數字示波器原理與應用

1、數字存儲示波器數字存儲示波器原理與應用原理與應用大連理工大學大連理工大學 電信學院電信學院 趙泰洋趙泰洋 主要內容主要內容 1. 電子測量課程內容概述電子測量課程內容概述 2. 示波器的示波器的發(fā)發(fā)展展過過程程 3. 模模擬擬示波器的工作原理示波器的工作原理 5. 一一個個由由數數字示波器字示波器構構成的自成的自動測試動測試系系統統 4. 數字存儲示波器的工作原理與使用方法數字存儲示波器的工作原理與使用方法電子測量課程內容概述電子測量課程內容概述v 測量總論及誤差理論測量總論及誤差理論v 基本電參量測量基本電參量測量n時間與頻率測量：頻率計。n電壓測量：直流、交流電壓表。n阻抗測量：阻抗分析儀

2、。v 時域測量：示波器時域測量：示波器v 頻域測量頻域測量n信號分析和頻域測量：頻譜分析儀。n頻率特性測量：掃頻儀。n線性系統網絡分析：網絡分析儀。v 數據域測量（邏輯分析儀、誤碼數據域測量（邏輯分析儀、誤碼儀）儀）v 測試系統集成技術測試系統集成技術機械工業(yè)出版社古天祥等編著模擬示波器的主要技術指標模擬示波器的主要技術指標v 頻帶寬度頻帶寬度bw和上升時間和上升時間n頻帶寬度：輸入信號上、下限頻率之差。n上升時間：與頻帶寬度有關，它表示由于輸入信號頻帶寬度的限制，當輸入一個理想階躍信號時，顯示波形的上升沿的幅度從10%上升到90%所需的時間。n頻帶寬度與上升時間的關系可近似表示為： 0.35

3、rtsbw mhz例如，對于帶寬為例如，對于帶寬為100mhz的示波器，上升時間約為的示波器，上升時間約為3.5ns。 n五倍準則：示波器帶寬應為待測信號最高頻率的五倍。模擬示波器的主要技術指標模擬示波器的主要技術指標 圖中所示三個信號分別圖中所示三個信號分別是是400mhz，100mhz和和10mhz帶寬下獲得的信號。帶寬下獲得的信號。 模擬示波器的主要技術指標模擬示波器的主要技術指標一些典型信號的上升時間與信號帶寬 模擬示波器的主要技術指標模擬示波器的主要技術指標v 時基因數時基因數n時基因數：表示單位距離代表的時間，單位為us/cm或ms/div。n當選擇較小的時基因數時，可將高頻信號在

4、水平方向上展開。v 偏轉因數偏轉因數 n偏轉因數：在輸入信號作用下，光點在熒光屏上垂直方向移動1格所需的電壓值，單位為“v/div”或“mv/div”。n偏轉因數越小，表示示波器觀測微弱信號的能力越強。 模擬示波器的主要技術指標模擬示波器的主要技術指標ch1信號的峰峰值約為：2div*50mv/div=100mv。 周期約為：3.6div*0.4ms/div=1.44msch2信號的峰峰值約為：2.5div*2v/div=5v。 模擬示波器的主要技術指標模擬示波器的主要技術指標v 輸入阻抗輸入阻抗n當被測信號接入示波器時，輸入阻抗成為被測信號的等效負載。n當輸入直流信號時，輸入阻抗用輸入電阻表

5、示，一般為1m 。n當輸入交流信號時，輸入阻抗用輸入電阻和輸入電容并聯表示，一般輸入電阻為1m ，輸入電容一般為33pf。n輸入阻抗通常還與使用的探頭有關。v 輸入方式輸入方式n直流（dc）：直接耦合。n交流（ac）：通過隔直電容耦合。n接地（gnd）：將輸入接地，用于測量前確定零電平位置。 模擬示波器的主要技術指標模擬示波器的主要技術指標v 觸發(fā)源選擇方式觸發(fā)源選擇方式n觸發(fā)源是指用于提供產生掃描同步信號的來源。n內觸發(fā)（int）：由被測信號產生同步觸發(fā)信號。n外觸發(fā)（ext）：由外部輸入信號產生同步觸發(fā)信號。n電源觸發(fā)（line）：利用50hz工頻電源產生同步觸發(fā)信號。模擬示波器的工作原理

6、模擬示波器的工作原理取樣示波器的工作原理取樣示波器的工作原理數字示波器與模擬示波器數字示波器與模擬示波器數字示波器的內部功能框圖數字示波器的內部功能框圖數字示波器的采樣率數字示波器的采樣率v 數字示波器的一個非常重要的指標：采樣率數字示波器的一個非常重要的指標：采樣率n采樣率是指采樣設備單位時間內對待測信號采樣的次數。n單位為s/s（采樣點/秒）。n采樣率分為實時采樣率和等效采樣率。數字示波器的等效采樣數字示波器的等效采樣v 等效采樣的工作原理與模擬取樣示波器相似。等效采樣的工作原理與模擬取樣示波器相似。v 通常的數字示波器的等效采樣率可達幾通常的數字示波器的等效采樣率可達幾gs/s到幾十到幾

7、十gs/s。數字示波器的探頭數字示波器的探頭v 對示波器探頭的要求：對示波器探頭的要求：n將待測信號以較小的失真引入示波器。n對待測系統產生最小的影響。v 探頭的功能探頭的功能n在測試點或信號源與示波器之間建立一條信號的物理連接。v 理想的探頭理想的探頭n連接方便。n絕對的信號保真度。n零信號源負荷。n能夠全面抗噪聲。數字示波器的探頭數字示波器的探頭探頭的頻率特性探頭的頻率特性v 多數示波器探頭可以看作一個低通濾波器。多數示波器探頭可以看作一個低通濾波器。v 針對不同帶寬的示波器應選用不同的探頭。針對不同帶寬的示波器應選用不同的探頭。探頭的動態(tài)范圍探頭的動態(tài)范圍v 所有探頭都有其電壓安全極限，

8、我們稱其為動態(tài)范圍。所有探頭都有其電壓安全極限，我們稱其為動態(tài)范圍。v 通常無源探頭的動態(tài)范圍可以從幾百伏到上千伏，而有源通常無源探頭的動態(tài)范圍可以從幾百伏到上千伏，而有源探頭的探頭的 動態(tài)范圍一般只有十幾伏。動態(tài)范圍一般只有十幾伏。v 可利用衰減功能來提高探頭的動態(tài)范圍?？衫盟p功能來提高探頭的動態(tài)范圍。n如一個1：1時動態(tài)范圍為50v的無源探頭，若將其衰減切換開關放在10：1的位置，其動態(tài)范圍就變?yōu)?00v。 探頭的補償探頭的補償v 大多數探頭都有補償功能。大多數探頭都有補償功能。v 調節(jié)探頭內的補償網絡，可調節(jié)探頭內的補償網絡，可使信號失真達到最小。使信號失真達到最小。v 補償時應使用

9、示波器上提供補償時應使用示波器上提供的標準信號。的標準信號。數字示波器的互連特性數字示波器的互連特性 超聲部件方向圖測量系統超聲部件方向圖測量系統計算機轉臺麥克風放大器示波器rs232usb同軸線超聲部件方向圖測量系統超聲部件方向圖測量系統數字示波器的基本操作數字示波器的基本操作數字示波器的操作數字示波器的操作v 基本操作基本操作n正弦、方波信號的測量。n自動設置功能。n使用光標。v 高級操作高級操作n使用觸發(fā)捕捉單次信號。n信號的fft運算。數字示波器的基本操作數字示波器的基本操作數字示波器的屏幕顯示數字示波器的屏幕顯示1 波形基線2 運行、停止狀態(tài)3 觸發(fā)位置4 展開點5 波形記錄圖標6

10、觸發(fā)狀態(tài)7 觸發(fā)電平8 光標或測量讀數9 觸發(fā)設置信息11 水平讀數顯示13 通道讀數顯示數字示波器的探頭輸入端數字示波器的探頭輸入端數字示波器的按鍵區(qū)數字示波器的按鍵區(qū)數字示波器的光標操作數字示波器的光標操作v 光標光標 (cursor)n光標是為了在屏幕上進行波形測量而放置的標記。實驗：使用數字示波器觀察基本波形實驗：使用數字示波器觀察基本波形v 觀察由信號源產生的正弦信號，并測量其各項參數：觀察由信號源產生的正弦信號，并測量其各項參數：n頻率、周期。n峰峰值（vpp）、有效值（rms）。v 觀察由信號源產生的方波信號，并測量其各項參數：觀察由信號源產生的方波信號，并測量其各項參數：n頻率

11、、周期。n峰峰值（vpp）、有效值（rms）。n占空比。n上升時間、下降時間。數字示波器的觸發(fā)功能數字示波器的觸發(fā)功能v 觸發(fā)功能觸發(fā)功能n數字化儀器區(qū)別于傳統儀器的功能之一。n在使用者設置一定的觸發(fā)條件后，儀器對輸入信號進行監(jiān)測，當輸入信號達到之前所設置的觸發(fā)條件后，將觸發(fā)點前后的一段信號存儲并顯示。n觸發(fā)方式分為：自動觸發(fā)、正常觸發(fā)和單次觸發(fā)。n觸發(fā)條件有：邊沿、視頻等。實驗：觀察瞬態(tài)非周期信號的波形實驗：觀察瞬態(tài)非周期信號的波形v 利用示波器的觸發(fā)功能觀察一個瞬態(tài)非周期信號的波形，利用示波器的觸發(fā)功能觀察一個瞬態(tài)非周期信號的波形，比較各種不同觸發(fā)功能。比較各種不同觸發(fā)功能。實驗：使用數字