信号时域、频域以及数据域测试技术高效应用

·

时域频域概念·通用示波器的原理第三章信号的时域

、频域与数据域测试技术本章重要内容本章其余内容·频谱分析仪·逻辑分析仪第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

111/22/2021 3.1信号时域与频域的关系一、信号的时域分析与频域分析·信号是信息的载体和具体表现形式,信息需转化为传输媒质能够接受的信号形式方能传输。广义的说,信号是随着时间变化的某种物理量。只有变化的量中,才可能含有信息。第三章

信号的时域、频域与数据域测试技术11/22/20212·信号的描述通常以时间为自变量,表示为随时间变化的函数。·信号可分为连续信号和离散信号两种结构。·在实际的物理系统中,信号还可以分为确定性信号和随机信号。第三章信号的时域

、频域与数据域测试技术

31

、信号11/22/2021·对信号的传统分析方法是波形分析。·表示信号的时间函数,包含了信号的全部信息量,信号的特性首先表现为它的时间特性。 ·可以显示,例如信号幅值对应的时间；同一形状的波形重复出现的周期长短；信号波形本身变化的速率（如脉冲信号的脉冲持续时间及脉冲上升和下降边沿陡直的程度）。·以时间函数描述信号的图象称为时域图,在时域上分析信号称为时域分析。2

、

时域分析第三章信号的时域

、频域与数据域测试技术11/22/20214·频域分析也称为频谱分析,是指对信号在频率域内进行分析。分析的结果是以频率为坐标的各种物理量的谱线和曲线,可得到各种幅值谱、相位谱、功率谱和各种谱密度等。3

、频域分析图一个周期信号的频谱频率幅值

An第三章

信号的时域、频域与数据域测试技术频率成分11/22/20214f02f03f0f0f5 ·时域分析与频域分析是对模拟信号的两个观察面。时域分析是以时间轴为坐标表示动态信号的关系；频域分析是把信号变为以频率轴为坐标表示出来。一般来说,时域的表示较为形象与直观,频域分析则更为简练,剖析问题更为深刻和方便。目前,信号分析的趋势是从时域向频域发展。然而,它们是互相联系,缺一不可,相辅相成的。第三章信号的时域

、频域与数据域测试技术11/22/20216·信号的时域分析与频域分析既相互独立又密切相关

。

可

以通过傅里叶变换把它们联系起来并互相转换。时域二

、信号的时域分析与频域分析的关系频域（不显示负向变换）第三章信号的时域

、频域与数据域测试技术

7频域平面时域平面11/22/2021频域周期信号的频域分析(三角与指数傅立叶级非周期信号的频域分析（傅立叶积分）·

时域分析···频域分析·数）·信号时域分析（线性系统叠加原理）卷积积分的应用及其数学描述·信号在频域与时域之间的变换（正反傅立叶变换式）三

、

时域和频域下的信号分析第三章

信号的时域、频域与数据域测试技术11/22/20218满足狄里赫利条件:①在一个周期里连续或只有有限个第一类间断点②在一个周期里只有有限个极大值和极小值③积分存在周期信号f(t)=f(t+kT)，T:信号周期，展开为傅立叶级数:第三章

信号的时域、频域与数据域测试技术或:C0=A011/22/20219·一个周期信号可以分解为直流分量和一系列谐波分量。或者说,一个周期信号由一个直流分量和一系列谐波分量叠加成。·一般的电信号都可以展开为傅立叶级数。第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

10物理意义:11/22/2021常见信号波形图及频谱

书p56

表3-

1第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

1111/22/2021·前言·示波器是一种用途广泛的电子测量仪器,用它能直接观察电信号的波形,也能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差或相位差。凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。借助示波器可以直观地“看到”电路各点的状态。3.2

通用示波器的组成及分类第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

1211/22/2021·根据示波器对信号的处理方式的不同可分为模拟、数字两大类:·1、模拟示波器·——采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。·2、数字示波器·——对信号进行数字化处理后再显示。·模拟示波器可分为通用示波器、多束示波器、取样示波器、记忆示波器和专用示波器等。第三章信号的时域

、频域与数据域测试技术13示波器的分类11/22/2021基本组成部分:示波管、X轴放大器、Y轴放大器、扫描发生器（锯齿波发生器）、触发同步和电源·示波器是利用示波管内电子射线的偏转,在荧光屏上显示出电信号波形的仪器。一

、通用示波器基本组成第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

1411/22/2021二

、波形显示原理

（

一

）示波管·CRT主要由电子枪、

本结构如下图所示。电信号变化为光信号的转换器。偏转系统和荧光屏三部分组成,基第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

1511/22/2021·电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子束,它由灯丝F、阴极K、栅极G1和G2和阳极A1、A2组成。·通过调节G1对K的负电位可控制电子束的强弱,从而调节光点的亮度,即进行“辉度”控制。·调节A1的电位器称为“聚焦”旋钮,通过对它进行调节可调节G2与A1和A1与A2之间的电位；调节A2电位的旋钮称为“辅助聚焦”。灯丝F阴极K

栅极G1

、G2

阳极A1

、A2第三章信号的时域

、频域与数据域测试技术161

、

电子枪11/22/2021电子在电子枪中的运动轨迹·电子束聚焦的原理：电子从阴极K发射，经G1、G2、A1.A2聚焦和加速后进入偏转系统。几个重要电位关系:UG1<UK；UG2>UA1；UG2>>UG1；UA2>UA1>>UK第三章信号的时域

、频域与数据域测试技术1711/22/2021加速加速E·示波管的偏转系统由两对相互垂直的平行金属板组成,分别称为垂直偏转板和水平偏转板。·当有外加电压作用时,偏转板之间形成电场；在偏转电场作用下,电子束打向由X、Y偏转板共同决定的荧光屏上的某个坐标位置。·为了示波器有较高的测量灵敏度,Y偏转板置于靠近电子枪的部位,而X偏转板在Y的右边。第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

182

、偏转系统11/22/2021·由阴极热激发的电子经第二阳极加速后,在到达荧光屏之前,还要经过由水平偏转极板和垂直偏转极板所围成的空间。在偏转极板上加上几十伏特的偏转电压。当电子穿过偏转极中间时,由于受电场力的作用而使电子束偏离直线。偏转电压越大,电场力越大,荧光屏上的亮点偏离荧光屏中心越远——电偏转原理。第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

19电偏转原理11/22/2021其中:l为偏转板的长度；L为偏转板中心到屏幕中心的距离；d为偏转板间距；UA2为阳极A2上的电压;UY偏转板间电压。第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

20Y轴偏转灵敏度:电偏转原理偏转距离:Y11/22/2021ld·电子束偏转距离与外加偏转电压成正比;·偏转灵敏度越大(值越小),示波管越灵敏。但与被测电压无关。·增加l、L,减小d,都可以提高偏转灵敏度。·减小UA2,提高灵敏度,但UA2低,亮点辉度变弱。为提高Y轴偏转灵敏度,可在偏转板至荧光屏之间加一个后加速阳极A3。弯折偏转结构:增加电子束偏转角第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

21结论:电子束11/22/2021 3、荧光屏·荧光屏将电信号变为光信号,是示波管的波形显示部分。·在使用示波器时,应避免电子束长时间的停留在荧光屏的一个位置,否则将使荧光屏受损。因此在示波器开启后不使用的时间内,可将“辉度”调暗。·当电子束停止轰击荧光屏时,光点仍能保持一定的时间,这种现象称为“余辉效应”。考虑：观察高频信号和缓慢变化的信号分别适用哪种余辉时间的示波管？第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

2211/22/2021光点仅在垂直方向偏移:Uy为正电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向上移；Uy为负电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向下移。1．显示随时间变化的图形（1）Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况:光点出现在荧光屏的中心位置。(二)波形显示的基本原理第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

2311/22/2021光点仅在水平方向偏移:Ux为正电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向右移；Ux为负电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向左移。当两对偏转板上同时加固定的正电压时,光点位置应为两电压的矢量合成。第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

2411/22/2021a）仅在垂直偏转板的两板间加正弦变化的电压,则光点只在荧光屏的垂直方向来回移动,出现一条垂直线段。（2）X、Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情况:第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

2511/22/2021b)仅在水平偏转板的两板间加锯齿电压,则光点只在荧光屏的水平方向来回移动,出现一条水平线段。第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

2611/22/2021（3）Y偏转板加正弦波信号电压,X偏转板加锯齿波电压,荧光屏上将显示出被测信号随时间变化的一个周期的波形曲线。第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

2711/22/2021若两信号的初相相同,且在X、Y方向的偏转距离相同,在荧光屏上画出一条与水平轴呈45度角的直线。·示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为李沙育（Lissajous）图形,在相位和频率测量中常会用到。（4）

显示任意两个变量之间的关系第三章信号的时域

、频域与数据域测试技术

2811/22/2021若两信号的初相相差90度,且在X、Y方向的偏转距离相同,在荧光屏上画出的图形为圆。第三章信号的时域、频域与数据域测试技术

2911/22/2021·图中电子束的运动轨迹是1-2-3-4-5-6。到达6后由于x方向所加的电压突然回到零,因此电子束将由6快速回到初始位置1。电子束的这种运动称为扫描。·通常将1-6的运动称为扫描正程；将6迅速返回1称作扫描逆程,逆程的光 迹为连结6-1之间的线段。➢光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描”,能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压。2

、扫描的概念第三章

信号的时域、频域与数据域测试技术锯齿波11/22/202130·uY周期:TY·uX周期:TX＝TY·uXuY共同作用下，亮点轨迹正好是一条与uY相同的正弦曲线。X大小可代表时间的长短。第