数字示波器-太原理工大学物理实验必备

数字示波器使用"Faster,Higher,Stronger"模拟/数字转换器(ADC)数字存储器数字/模拟转换器(DAC)显示电路CRT时基时钟数字计算数字输出接口键盘输入模拟输出接口IEEE488或其它母线连接笔记录仪模拟信号输入放大器/衰减器数字存储示波器-原理图1）取样取样即连续波形的离散化。把模拟波形送到加有反偏的取样门的a点，在c点加入等间隔取样脉冲，则对应时间tn(n＝1，2，3，…),

t是常数，取样脉冲打开取样门的瞬间，在b点就得到相应的模拟量an(n＝1，2，3，…)，这个模拟量an

就是取样后得到的离散化的模拟量。2）A/D转换若把an中的每一个离散模拟量进行A/D转换，就可以得到相应的数字量。例如a1→A/D→01H；a2→A/D→02H；a3→A/D→03H；…a7→A/D→07H。如果把这些数字量按序存放在存储器中，就相当于把一幅模拟波形以数字量的形式存储起来离散模拟波形用于控制A/D转换速率以及存储器的写入速度，它由一个准确度、稳定性很好的晶体振荡器、一组分频器和相应的组合电路组成。采样时钟时基分频器（扫描(取样)速度t/div控制器）数字存储器

模数转换器从被测信号的特定时间取出若干个样点，由控制电路形成存储器的写入地址，并将模数变换后的数据一次存入存储器中，触发信号用于终止存储。1）写地址计数器写地址计数器用来产生写地址信号，它由二进制计数器组成，计数器的位数由存储长度来决定。写地址计数器的计数频率应该与控制A/D转换器的取样时钟的频率相同。2）预置触发功能在数字存储示波器中预置触发可以通过控制存储器的写操作过程来实现。在常态触发状态下，当被测信号大于预置电平时，触发电路便产生触发信号，于是存储器就从零地址开始写入采集的数据，假设示波器的存储容量为1024，则当写满1024个单元后便停止写操作。显示也从零地址开始读数据，则对应示波器屏幕上显示的信号便是触发点开始后的波形。存储显示存储显示是数字存储示波器最基本的显示方式。它显示的波形是触发后所存储的一帧波形信号，即在一次触发所完成的一帧信号数据采集之后，再通过控制存储器的地址依次将数据读出，并经D/A转换稳定地显示在CRT上。依照读出方法的不同，又可分为:CPU控制方式直接控制方式数字存储示波器的主要技术指标

1:最大取样速率fmax

定义：单位时间内完成的完整A／D转换的最高次数。最大取样速率愈高，仪器捕捉信号的能力愈强。

数字存储示波器在某个测量时刻的实际取样速率可根据示波器当时设定的扫描时间因数（t/div）推算。（8.1）式中N——每格的取样数；

t/div——扫描时间因数，扫描一格所占用的时间。亦称扫描速度，例如，若某数字示波器的扫描时间因数设定为10μs/div，每格取样数为100点，则此时的取样速率等于10MHz。很显然，数字示波器最大取样速率fmax与示波器最快扫描速度相对应。若该数字示波器最快扫描速度为100μs/div，则其fmax为1GHz。存储带宽与取样速率密切相关。根据奈奎斯特取样定理，如果取样速率大于或等于信号最高频率分量的2倍，便可重现原信号波形。实际上，在数字存储示波器的设计中，为保证显示波形的分辨率，往往要求增加更多的取样点，一般一个周期取4～10点。带宽是决定示波器准确测量信号能力的基本参数之一。带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值，而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。

2.存储带宽

数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽，数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关（数字实时带宽=最高数字化速率/K），一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出，模拟带宽只适合重复周期信号的测量，而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆，实际上指的是模拟带宽，数字实时带宽是要低于这个值的。例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz，实际上是指其模拟带宽为500MHz，而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。所以在测量单次信号时，一定要参考数字示波器的数字实时带宽，否则会给测量带来意想不到的误差。

分辨率用于反映存储信号波形细节的综合特性。分辨率包括垂直分辨率和水平分辨率。垂直分辨率与A/D转换器的分辨率相对应，常以屏幕每格的分级数(级/div)表示。水平分辨率由存储器的容量来决定，常以屏幕每格含多少个取样点（点/div）表示。示波管屏幕坐标的刻度一般为8×10div。若示波器采用8位A/D转换器(256级)，则其垂直分辨率为32级/div，用百分数表示为1/256≈0.39％。若采用容量为1KB的存储器，则水平分辨率为1024/10≈100点/div，或用百分数表示为1/1024≈0.1％。3.分辨率

存储容量又称记录长度，用记录一帧波形数据占有的存储容量来表示，常以字（word）为单位。存储容量与水平分辨率在数值上互为倒数关系。存储容量=采样率

采样时间数字存储器的存储容量通常采用256B，512B，1KB，4KB等。存储容量愈大，水平分辨率就愈高。但存储容量并非越大越好，由于仪器最高取样速率的限制，若存储容量选取不恰当，往往会因时间窗口缩短而失去信号的重要成分，或者因时间窗口增大而使水平分辨率降低。4.存储容量

数字示波器优缺点优点1.能长期贮存波形，并能对波形进行放大等多种操作与分析。2.特别适合测量单次和低频信号（无闪烁现象）3.灵活的触发方式（预触发，逻辑触发、脉冲宽度触发等）4.与计算机等硬件设备连接进行交互操作。5.强大的波形处理能力，能自动测量频率、上升时间、脉冲宽度等很多参数。缺点1.高频信号失真比较大。2.测量复杂信号能力差。3.取样率不高而低于信号频率，可能出现假象和混淆波形。4.价格昂贵！！面板介绍电源开关

标签区软件操作键模拟通道输入外触发输入探头校准信号软件菜单区运行控制区通道总控区控制垂直区水平控制区触发控制区测量应用存储

液晶显示区使用自校正可使示波器自动更改系统内部的校正系数，而保证测量值满足精度要求。系统信息：显示示波器系统信息屏幕测试：运行屏幕测试程序键盘测试：运行键盘测试程序

辅助系统自校正、自测试自动普通单次

直流

交流

高频抑制

低频抑制

自动测量示意图

探头补偿在首次将探头与任一输入通道连接时，进行此项调节，使探头与输入通道相配。未经补偿或补偿偏差的探头会导致测量误差或错误。

探头补偿改为10X将探头菜单衰减系数设定为10X，将探头上的开关设定为10X，并将示波器探头与通道1连接。如使用探头钩形头，应确保与探头接触紧密。将探头端部与探头补偿器的信号输出连接器相连，基准导线夹与探头补偿器的地线连接器相连，打开通道1，然后按AUTO

探头补偿实验内容1-准备将信号电缆接到标准方波，检查示波器状态。2-正弦波电压：Measure>>电压测量>>峰峰值>>Vpp(1)=···V,记录。频率：Measure>>时间测量>>频率>>Freq(1)=···kHz,记录。全部：Measure>>全部测量>>打开，对比。3-光标测量1信号：噪声方波。峰峰值：

1)cursor>>信源选择>>CH1；

2)光标类型>>电压；

3)水平旋钮>>光标线对准第一，二尖峰；

4)纪录：curA=···mV; curB=···mV;

Δy=···mV;3-光标测量2信号：噪声方波。频率：

1)cursor>>信源选择>>CH1；

2)光标类型>>时间；

3)水平旋钮>>光标线对准第一，二尖峰；

4)纪录：curA=···ns; curB=···ns;

Δx=···ns;1/Δx=···MHz4-