1、2020/8/4,1,第3章 示波測(cè)試技術(shù),3.1 概述 3.2 示波測(cè)量的基本原理 3.3 通用示波器 3.4 數(shù)字存儲(chǔ)示波器 3.5 示波器的選擇和使用 3.6 示波器的基本測(cè)量實(shí)例,結(jié)束 放映,2020/8/4,2,3.1 概述,（對(duì)信號(hào)的處理方式）,返回,3.1.1 示波器的分類(lèi),示波器,2020/8/4,3,2偏轉(zhuǎn)靈敏度 指輸入信號(hào)在無(wú)衰減的情況下，亮點(diǎn)在屏幕的Y方向上偏轉(zhuǎn)單位距離（1cm即1div）所需的電壓峰一峰值。 表示了示波器Y通道的放大/衰減能力，其下限表征示波器觀測(cè)微弱信號(hào)的能力，其上限表示示波器輸入所允許加的最大電壓（峰-峰值）。,3.1.2 示波器的主要技術(shù)指標(biāo),1頻

2、帶寬度BW和上升時(shí)間tr,tr反映了示波器Y通道跟隨輸入信號(hào)快速變化的能力。,BW一般指Y通道的頻帶寬度。,2020/8/4,4,3輸入阻抗 Y通道的輸入阻抗包括輸入電阻和輸入電容。輸入電阻越大越好，輸入電容越小越好。 4掃描速度 常用時(shí)基因數(shù)表示。 時(shí)基因數(shù)是掃描速度的倒數(shù)，指在無(wú)擴(kuò)展情況下，亮點(diǎn)在X方向偏轉(zhuǎn)單位距離所需的時(shí)間。 為了觀測(cè)緩慢變化的信號(hào)，則要求示波器具有極慢的掃描速度。 為了觀測(cè)很寬頻率范圍的信號(hào)，就要求示波器的掃描速度能在很寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。,2020/8/4,5,組成：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏 工作原理： 由電子槍產(chǎn)生的高速電子束轟擊熒光屏的相應(yīng)部位產(chǎn)生熒光，而偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)則能使

3、電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而改變熒光屏上光點(diǎn)的位置。,3.2 示波測(cè)量的基本原理,3.2.1 陰極射線示波管,返回,2020/8/4,6,示波管結(jié)構(gòu)圖及供電電路,2020/8/4,7,1電子槍 （1）作用：發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束，轟擊熒光屏使之發(fā)光。,（2）組成：燈絲F、陰極K、柵極G和陽(yáng)極A1、A2。 1）燈絲F、陰極K 燈絲用于加熱陰極。 陰極受熱后發(fā)射電子。 2）控制柵極G 控制柵極用來(lái)控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏上波形的輝度（亮度）。G的負(fù)電位絕對(duì)值越大，打到熒光屏上電子的數(shù)目越少，圖形越暗，反之越亮。 調(diào)節(jié)“輝度電位器”RP1改變柵、陰極之間的電位差即可達(dá)到此目的。,2

4、020/8/4,8,3）第一陽(yáng)極A1、第二陽(yáng)極A2 A1和A2對(duì)電子束進(jìn)行聚焦并加速，使到達(dá)熒光屏的電子形成很細(xì)的一束并具有很高速度。 調(diào)節(jié)A1的電位，即可調(diào)節(jié)G與A1和A1與A2之間的電位，調(diào)節(jié)A1的電位器稱(chēng)為“聚焦”旋鈕；調(diào)節(jié)A2電位的旋鈕稱(chēng)為“輔助聚焦”。 示波管的“輝度”與“聚焦”并非相互獨(dú)立，而是有關(guān)連的。在使用示波器時(shí)，這二者應(yīng)該配合調(diào)節(jié)。,G1、A1、A2的電位關(guān)系為：VGVA1，因此，電子從G至A1、A1至A2將得到會(huì)聚并加速，而從K至G將發(fā)散。,2020/8/4,9,2偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) （1）工作原理：線性偏轉(zhuǎn)理論 電子的位移與所加電壓的大小成正比。 （2）結(jié)構(gòu)： 由兩對(duì)相互垂直的平

5、行金屬板組成，分別稱(chēng)為垂直（Y）偏轉(zhuǎn)板和水平（X）偏轉(zhuǎn)板。 偏轉(zhuǎn)板上沒(méi)有外加電壓時(shí)，電子束打向熒光屏的中心點(diǎn)；有外加電壓，則在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下，電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個(gè)坐標(biāo)位置。,3熒光屏 熒光屏將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，是示波管的波形顯示部分，通常制作成矩形平面。,2020/8/4,10,電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點(diǎn)在屏幕上移動(dòng)的軌跡，是加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號(hào)的波形。 1、掃描 （1）定義：光點(diǎn)在掃描電壓作用下掃動(dòng)的過(guò)程。 （2）掃描電壓波形：鋸齒波,3.2.2 波形顯示原理,2、波形顯示原理 Y偏轉(zhuǎn)板：加被測(cè)信號(hào) X偏轉(zhuǎn)板：加掃描電壓信號(hào),2020/8/4,11,（1）設(shè)Ux

6、=Uy=0，則光點(diǎn)在垂直和水平方向都不偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)在熒光屏的中心位置。,2020/8/4,12,（2）設(shè)Ux=0，Uy=Umsint ,由于X偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在水平方向是不偏移的，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來(lái)回移動(dòng)，出現(xiàn)一條垂直線段。,2020/8/4,13,（3）設(shè)Ux=kt，Uy=0 ,由于Y偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在垂直方向是不移動(dòng)的，則光點(diǎn)在熒光屏的水平方向上來(lái)回移動(dòng)，出現(xiàn)的是一條水平線段。,2020/8/4,14,由上三種情況可看出： 1、X偏轉(zhuǎn)板上所加電壓控制電子的水平運(yùn)動(dòng)； 2、Y偏轉(zhuǎn)板上所加電壓控制電子的垂直運(yùn)動(dòng)； 3、電子位移長(zhǎng)度取決于所加電壓的大小。,2020/8/4,15,

7、（4）設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux=kt，且有Tx=Ty。熒光屏顯示被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定波形。,2020/8/4,16,（5）設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux=kt，且有Tx=2Ty，熒光屏顯示被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定波形。,2020/8/4,17,第一掃描周期,第二掃描周期,（6）設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux=kt，且有Tx=3/2Ty，熒光屏顯示被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的不穩(wěn)定波形。,2020/8/4,18,(1)當(dāng)掃描電壓的周期是被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍時(shí)，即Tx=nTy（

8、n為正整數(shù)），掃描的后一個(gè)周期描繪的波形與前一個(gè)周期完全重合，熒光屏上得到穩(wěn)定的波形，此時(shí)，掃描信號(hào)與被測(cè)信號(hào)同步。,3、掃描電壓與信號(hào)的同步,(2)為了在屏幕上獲得穩(wěn)定的波形顯示，應(yīng)保證每次掃描的起始點(diǎn)都對(duì)應(yīng)信號(hào)的相同相位點(diǎn)，即保證掃描信號(hào)與被測(cè)信號(hào)同步。,(3)電子束在被測(cè)電壓與同步掃描電壓的共同作用下，亮點(diǎn)在熒光屏上所描繪的圖形反映了被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的過(guò)程，當(dāng)多次重復(fù)就構(gòu)成穩(wěn)定的圖像。,2020/8/4,19,4、X-Y顯示方式 示波器也是一個(gè)XY圖示儀。 若加在水平偏轉(zhuǎn)板上的不是由示波器內(nèi)部產(chǎn)生的掃描鋸齒波信號(hào)，而是另一路被測(cè)信號(hào)，則示波器工作于XY顯示方式，它可以反映加在兩副偏轉(zhuǎn)板

9、上的電壓信號(hào)之間的關(guān)系。,2020/8/4,20,3.3 通用示波器,通用示波器的組成:主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分組成。此外，還包括電源電路及校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。,2020/8/4,21,作用： 將輸入的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行衰減或線性放大后，輸出符合示波器偏轉(zhuǎn)要求的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)，使被測(cè)信號(hào)在屏幕上顯示出來(lái)。,構(gòu)成： 輸入電路、Y前置放大器、延遲線和Y后置放大器等。,3.3.1 通用示波器的垂直系統(tǒng)（通道）,返回,2020/8/4,22,1、輸入電路 作用：引入被測(cè)信號(hào)，并為前置放大器提供良好的工作條件。,輸入電路必須有適當(dāng)?shù)耐l帶、輸入阻抗、較高的靈敏度、大的過(guò)載能力、適當(dāng)?shù)鸟詈戏绞?，盡

10、可能靠近被測(cè)信號(hào)源，一般采取平衡對(duì)稱(chēng)輸出。,2020/8/4,23,（1）探頭 作用：便于直接探測(cè)被測(cè)信號(hào)，提供示波器的高輸入阻抗，減小波形失真及展寬示波器的工作頻帶等。,探頭分有源探頭及無(wú)源探頭。無(wú)源探頭由R、C組成，其原理電路如圖所示。其中C是可變電容，調(diào)整C對(duì)頻率變化的影響進(jìn)行補(bǔ)償。,2020/8/4,24,（2）耦合方式選擇開(kāi)關(guān) AC：交流耦合，適于觀察交流信號(hào)。 DC：直流耦合，用于觀測(cè)頻率很低的信號(hào)或帶有直流分量的交流信號(hào)。 GND：接地，用于確定零電壓。,（3）步進(jìn)衰減器 作用：衰減輸入信號(hào)，進(jìn)行頻率補(bǔ)償。面板上用“V/cm”標(biāo)記的開(kāi)關(guān)改變分壓比從而改變示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度。,電阻

11、衰減直流分量； 電容器衰減交流分量。,2020/8/4,25,2、延遲線 作用：把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)延遲一段時(shí)間，使信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間滯后于掃描開(kāi)始時(shí)間，保證在屏幕上掃描出信號(hào)全過(guò)程。,2020/8/4,26,3、Y通道中的放大電路 為了保證示波器的頻帶寬度，Y通道放大器為寬帶放大器，多采用帶有高頻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的多級(jí)差動(dòng)反饋放大電路。它的基本任務(wù)是將被測(cè)信號(hào)不失真地放大到足夠幅度，使電子束在Y方向獲得足夠的偏轉(zhuǎn)。另外，在Y放大器中還設(shè)有極性倒換、移位、尋跡等功能。 4、觸發(fā)放大電路 設(shè)置此放大電路的目的，是使從延遲線之前引出的被測(cè)信號(hào)，先經(jīng)過(guò)此電路加以放大，以便有足夠幅度驅(qū)動(dòng)觸發(fā)整形電路。,202

12、0/8/4,27,作用：產(chǎn)生并放大一個(gè)與時(shí)間呈現(xiàn)線性關(guān)系的鋸齒波電壓，形成時(shí)間基線；能選擇適當(dāng)?shù)挠|發(fā)或同步信號(hào)，產(chǎn)生穩(wěn)定的掃描電壓，確保顯示波形的穩(wěn)定；能產(chǎn)生增輝或消隱信號(hào)，控制示波器的Z通道。,構(gòu)成：觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等。,3.3.2 通用示波器的水平系統(tǒng)（通道）,返回,2020/8/4,28,1、掃描發(fā)生器（時(shí)基發(fā)生器）電路 作用：掃描發(fā)生器電路在觸發(fā)脈沖啟動(dòng)下，產(chǎn)生線性變化的鋸齒波掃描電壓。 結(jié)構(gòu)：由時(shí)基閘門(mén)、掃描電壓產(chǎn)生電路、電壓比較電路及釋抑電路組成，上述電路組成一個(gè)閉環(huán)，故也稱(chēng)掃描發(fā)生器環(huán)。,2020/8/4,29,掃描發(fā)生器環(huán)的基本工作過(guò)程： 觸發(fā)脈沖到來(lái)后，打開(kāi)時(shí)基

13、閘門(mén)，掃描電壓產(chǎn)生電路開(kāi)始產(chǎn)生線性變化的鋸齒波電壓，此電壓送至X放大器，控制電子束自左向右掃描，同時(shí)也送往比較器； 當(dāng)鋸齒波電壓達(dá)到預(yù)定的幅度后，電壓比較器輸出經(jīng)釋抑電路產(chǎn)生停止信號(hào)，關(guān)閉時(shí)基閘門(mén)，使掃描電壓產(chǎn)生電路進(jìn)入回程期； 在回程期，釋抑電路起“抑止”作用，防止后續(xù)觸發(fā)脈沖去開(kāi)啟時(shí)基閘門(mén)，直到閘門(mén)輸入端及掃描電路完全恢復(fù)到初始狀態(tài)才釋放閘門(mén)。,2020/8/4,30,掃描正程：從時(shí)基閘門(mén)打開(kāi)到閘門(mén)關(guān)閉的一段時(shí)期。 釋抑期：從掃描正程開(kāi)始到閘門(mén)“釋放”時(shí)為止的一段時(shí)間，比逆程期長(zhǎng)。 一次掃描至少包括掃描正程和釋抑期，釋抑期內(nèi)既完成掃描回程，又保證電路恢復(fù)到初始狀態(tài)，等待下一個(gè)觸發(fā)脈沖觸發(fā)。

14、,2020/8/4,31,2、觸發(fā)整形電路 作用：為掃描信號(hào)發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)脈沖。,結(jié)構(gòu)：包括觸發(fā)源選擇、觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)方式選擇、觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平選擇和觸發(fā)放大整形等電路。,2020/8/4,32,（1）觸發(fā)源選擇 內(nèi)觸發(fā)（INT）：采用來(lái)自Y通道的被測(cè)信號(hào)作觸發(fā)信號(hào)源。 外觸發(fā)（EXT）：用外接的、與被測(cè)信號(hào)有嚴(yán)格同步關(guān)系的信號(hào)作為觸發(fā)源，用于比較兩個(gè)信號(hào)的同步關(guān)系?；蛘?，當(dāng)被測(cè)信號(hào)不適于作觸發(fā)信號(hào)時(shí)使用。 電源觸發(fā)（LINE）：用50Hz的工頻正弦信號(hào)作為觸發(fā)源，適用于觀測(cè)與50Hz交流有同步關(guān)系的信號(hào)。,2020/8/4,33,（2）觸發(fā)耦合方式 DC直流耦合：用于

15、接入直流或變化緩慢的信號(hào)，或者頻率很低且含有直流成分的信號(hào)。一般用于外觸發(fā)或連續(xù)掃描方式。 AC交流耦合：用于觀察由低頻到較高頻率的信號(hào)，“內(nèi)”、“外”、“電源”觸發(fā)均可使用，是常用的一種耦合方式。 AC（H）高頻耦合：屬低頻抑制狀態(tài)。用于觀察高頻信號(hào)。,2020/8/4,34,（3）觸發(fā)極性：開(kāi)關(guān)S3稱(chēng)為觸發(fā)極性開(kāi)關(guān)。當(dāng)S3置于“+”，則在觸發(fā)源信號(hào)的上升部分某時(shí)刻開(kāi)始產(chǎn)生鋸齒波，即開(kāi)始掃描；若S3置于“”，則在被測(cè)信號(hào)的下降部分某時(shí)刻開(kāi)始掃描。 （4）觸發(fā)電平：電位器RP為“觸發(fā)電平”電位器。調(diào)節(jié)它可以選擇合適的觸發(fā)點(diǎn)，以控制鋸齒波電壓的起始時(shí)刻。,2020/8/4,35,（5）放大整形電

16、路 掃描信號(hào)發(fā)生器要穩(wěn)定工作，對(duì)觸發(fā)信號(hào)有一定的要求，因此，需對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行放大、整形。 整形電路的基本形式是電壓比較器，當(dāng)輸入的觸發(fā)源信號(hào)與通過(guò)“觸發(fā)極性”和“觸發(fā)電平”選擇的信號(hào)之差達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，比較電路翻轉(zhuǎn)，輸出矩形波，然后經(jīng)過(guò)微分整形，變成觸發(fā)脈沖。,2020/8/4,36,3、X放大器 作用：主要是放大掃描電壓，使電子束在水平方向獲得足夠偏轉(zhuǎn)，同時(shí)還兼設(shè)尋跡、水平位移、掃描擴(kuò)展等功能。 掃描擴(kuò)展：就是在不改變掃描電壓產(chǎn)生電路參數(shù)的情況下提高掃描速度。通過(guò)提高X放大器的放大倍數(shù)，使掃描鋸齒波的幅度加大，因而使光點(diǎn)在相同的時(shí)間里，在擴(kuò)展后通過(guò)的水平距離較擴(kuò)展前大得多，從而使掃描速度得

17、到提高。 當(dāng)示波器工作于X-Y方式時(shí)，X放大器則作為X外接輸入信號(hào)的傳輸通道。,2020/8/4,37,4、掃描方式 （1）連續(xù)掃描：掃描電壓是連續(xù)的，即掃描正程緊跟著逆程，逆程結(jié)束又開(kāi)始新的正程，掃描是不間斷的。 （2）觸發(fā)掃描：由被測(cè)信號(hào)激發(fā)掃描發(fā)生器的間斷的工作方式，適用于測(cè)量脈沖信號(hào)。 （3）自動(dòng)掃描：無(wú)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，連續(xù)掃描；有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，觸發(fā)形成掃描。 （4）單次掃描：只在第一個(gè)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)啟動(dòng)掃描一次，主要用于觀測(cè)非周期信號(hào)。,2020/8/4,38,1、高低壓電源：低壓電源為電路提供所需的直流電壓。高壓電源多用于示波器的高、中壓供電。 2、Z軸的增輝與消隱： （1）掃描正程讓電

18、子束通過(guò)，在熒光屏上顯示被測(cè)信號(hào)波形。必要時(shí)，可在Z軸電路上外加信號(hào)來(lái)對(duì)顯示圖形進(jìn)行加亮，即增輝。 （2）在掃描逆程開(kāi)始至觸發(fā)脈沖到來(lái)并啟動(dòng)掃描之前，使電子束截止，這樣熒光屏上無(wú)跡線顯示，稱(chēng)為消隱。此外，在雙蹤示波器及雙掃描示波器中，還要對(duì)波形轉(zhuǎn)換過(guò)程中的光跡進(jìn)行消隱處理。 3、校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器：產(chǎn)生幅度和頻率準(zhǔn)確的基準(zhǔn)方波信號(hào)，為儀器本身提供校準(zhǔn)信號(hào)源，以便隨時(shí)校準(zhǔn)示波器的垂直靈敏度和掃描時(shí)間因數(shù)。,3.3.3 通用示波器的主機(jī)系統(tǒng),返回,2020/8/4,39,3.3.4 示波器的多波形顯示,1、雙線示波器 雙線示波器是把兩個(gè)相互獨(dú)立的電子槍和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)封裝在同一個(gè)示波管內(nèi)，利用同一熒光屏加以

19、顯示。 適于觀測(cè)同一時(shí)間出現(xiàn)的兩個(gè)瞬變信號(hào)，且圖像清晰，無(wú)間斷現(xiàn)象。但它的制造工藝要求高，使其應(yīng)用受到一定限制。,2020/8/4,40,2、雙蹤示波器 雙蹤示波器使用單束示波管，利用Y軸電子開(kāi)關(guān)，采用時(shí)間分割的方法輪流地將兩個(gè)信號(hào)接至同一垂直偏轉(zhuǎn)板，實(shí)現(xiàn)雙蹤顯示。,2020/8/4,41,根據(jù)電子開(kāi)關(guān)工作方式的不同，雙蹤示波器有5種顯示方式：YA、YB、YAYB、交替和斷續(xù) 。,（1）交替：電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率受掃描電路控制，以一個(gè)掃描周期為間隔，電子開(kāi)關(guān)輪流接通YA和YB。若掃描頻率較高，兩個(gè)信號(hào)輪流顯示的速度很快，由于熒光屏的余輝效應(yīng)和人眼的視覺(jué)滯留效應(yīng)，便會(huì)獲得兩個(gè)波形“同時(shí)”顯示的效果

20、。,這種顯示方式只適用于被測(cè)信號(hào)頻率較高的場(chǎng)合。,2020/8/4,42,用交替顯示方式易產(chǎn)生 “相位誤差”：若示波器處于交替觸發(fā)狀態(tài)，即顯示YA信號(hào)時(shí)用YA信號(hào)觸發(fā)，顯示YB信號(hào)時(shí)用YB信號(hào)觸發(fā)，則原來(lái)有相位差的兩個(gè)信號(hào)會(huì)顯示為相位相同的信號(hào)。 解決辦法：用相位超前的信號(hào)作固定的內(nèi)觸發(fā)源，或者改用“斷續(xù)”顯示方式。,2020/8/4,43,（2）斷續(xù)：示波器的電子開(kāi)關(guān)工作在自激振蕩狀態(tài)，將兩個(gè)被測(cè)信號(hào)分成很多小段輪流顯示。由于轉(zhuǎn)換頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高得多，間斷的亮點(diǎn)靠得很近，人眼看到的波形好像是連續(xù)波形。,這種顯示方式只適用于被測(cè)信號(hào)頻率較低的場(chǎng)合。,2020/8/4,44,CA8020A前

21、面板控制裝置圖,通用示波器典型產(chǎn)品介紹,2020/8/4,45,3.4 數(shù)字存儲(chǔ)示器,數(shù)字存儲(chǔ)示波器（Digital Storage Oscilloscope，簡(jiǎn)稱(chēng)DSO）將捕捉到的波形通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字化，而后存入示波管外的數(shù)字存儲(chǔ)器中。,返回,3.4.1 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的特點(diǎn),（1）對(duì)信號(hào)波形的采樣、存儲(chǔ)與波形的顯示可以分離 （2）能長(zhǎng)期存儲(chǔ)信號(hào) （3）具有先進(jìn)的觸發(fā)功能 （4）具有很強(qiáng)的處理能力 （5）便于觀測(cè)單次過(guò)程和緩慢變化的信號(hào) （6）多種顯示方式 （7）可用字符顯示測(cè)量結(jié)果 （8）便于程控和用多種方式輸出 （9）便于進(jìn)行功能擴(kuò)展 （10）實(shí)現(xiàn)多通道混合信號(hào)測(cè)量 （11）便攜式

22、示波器,2020/8/4,46,3.4.2 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要技術(shù)指標(biāo),（1）最高取樣速率（數(shù)字化速率） 指單位時(shí)間內(nèi)取樣的次數(shù)，用每秒鐘完成的A/D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來(lái)衡量，單位為采樣點(diǎn)/秒（Sa/s），也常以頻率來(lái)表示。 取樣速率愈高，示波器捕捉信號(hào)的能力愈強(qiáng)。 （2）存儲(chǔ)帶寬 主要反映在最大數(shù)字化速率（取樣速率）時(shí)還要能分辨多位數(shù)（精確度要求）。 最大存儲(chǔ)帶寬由取樣定理確定，即當(dāng)取樣速率大于被測(cè)信號(hào)中最高頻率分量頻率的兩倍時(shí)，即可由取樣信號(hào)無(wú)失真地還原出原模擬信號(hào)。 通常信號(hào)都是有諧波分量的，一般用最高取樣速率除以25作為有效的存儲(chǔ)帶寬。,2020/8/4,47,（）分辨力 分辨力指示波器

23、能分辨的最小電壓增量和最小時(shí)間增量，即量化的最小單元。它包括垂直分辨力（電壓分辨力）和水平分辨力（時(shí)間分辨力）。 （）存儲(chǔ)容量(存儲(chǔ)深度) 由采集存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器）的最大存儲(chǔ)容量來(lái)表示，常以字（word）為單位。 （）讀出速度 指將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出的速度，常用t/div來(lái)表示。,2020/8/4,48,3.4.3 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成及工作原理,1、數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成,工作原理可分為波形的取樣與存儲(chǔ)、波形的顯示、波形的測(cè)量與處理等幾部分。,2020/8/4,49,2、工作過(guò)程 (1)存儲(chǔ)階段：模擬輸入信號(hào)先經(jīng)適當(dāng)?shù)胤糯蠛退p，送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化處理，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后，在邏輯控制

24、電路的控制下依次將A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)寫(xiě)入存儲(chǔ)器RAM中。 (2)顯示階段： 將信號(hào)從存儲(chǔ)器中讀出，送入D/A轉(zhuǎn)換器變換為模擬信號(hào)，經(jīng)垂直放大器放大后加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板。 CPU的讀地址信號(hào)加至D/A轉(zhuǎn)換器，得到一階梯波電壓，經(jīng)水平放大器放大后加至示波管的水平偏轉(zhuǎn)板，從而達(dá)到在示波管上以稠密的光點(diǎn)重現(xiàn)輸入的模擬信號(hào)的目的。,2020/8/4,50,2、工作原理 （1）取樣：就是從被測(cè)波形上取得樣點(diǎn)的過(guò)程。 實(shí)時(shí)取樣：從一個(gè)周期的信號(hào)波形中取得所有取樣點(diǎn)，來(lái)表示一個(gè)信號(hào)波形的方法。,2020/8/4,51,非實(shí)時(shí)取樣（等效取樣）：從被測(cè)信號(hào)的許多相鄰周期的信號(hào)波形上取得樣點(diǎn)的方法。要解

25、決示波器上限頻率不夠高的問(wèn)題，應(yīng)該采用非實(shí)時(shí)取樣。,非實(shí)時(shí)取樣只適用于周期性信號(hào)順序進(jìn)行的取樣稱(chēng)為順序取樣；否則稱(chēng)為隨機(jī)取樣。,2020/8/4,52,（3）數(shù)字時(shí)基發(fā)生器 用于產(chǎn)生取樣脈沖信號(hào)，以控制A/D轉(zhuǎn)換器的取樣速率和存儲(chǔ)器的寫(xiě) 入速度。,（2）A/D轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換器是波形存儲(chǔ)的關(guān)鍵部件，它決定了示波器的最高取樣速率、存儲(chǔ)帶寬以及垂直分辨力等多項(xiàng)指標(biāo)。,（4）地址計(jì)數(shù)器 地址計(jì)數(shù)器用來(lái)產(chǎn)生存儲(chǔ)器地址信號(hào)，由二進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。 計(jì)數(shù)器的位數(shù)由存儲(chǔ)深度來(lái)決定。,2020/8/4,53,（5）存儲(chǔ)器 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)高速信號(hào)的測(cè)量，應(yīng)該選用存儲(chǔ)速度較高的RAM，若要測(cè)量的時(shí)間長(zhǎng)度較長(zhǎng)，則應(yīng)選用存

26、儲(chǔ)深度較大的RAM。 要想斷電后仍能長(zhǎng)期存儲(chǔ)波形數(shù)據(jù)，則應(yīng)配有E2PROM，有些新型數(shù)字示波器配有硬盤(pán)和軟驅(qū)，可將波形數(shù)據(jù)以文本文件的形式長(zhǎng)期保存。 （6）預(yù)置觸發(fā)功能 預(yù)置觸發(fā)功能含有延遲觸發(fā)和負(fù)延遲觸發(fā)兩種情況。 在數(shù)字存儲(chǔ)示波器中可以通過(guò)控制存儲(chǔ)的寫(xiě)操作過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)置觸發(fā)。,2020/8/4,54,3.4.4 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式,1、存儲(chǔ)顯示 是數(shù)字存儲(chǔ)示波器最基本的顯示方式。 （1）CPU控制方式 無(wú)論是Y軸還是X軸的數(shù)據(jù)，都必須通過(guò)CPU傳送，數(shù)據(jù)傳送速度受到一定的限制。 （2）直接控制方式 直接控制方式的數(shù)據(jù)傳送不經(jīng)過(guò)CPU而直接對(duì)內(nèi)存進(jìn)行輸入輸出操作，因此速度很快。 2、雙

27、蹤顯示 雙蹤顯示與存儲(chǔ)方式密切相關(guān)。存儲(chǔ)時(shí)，為了使兩條復(fù)現(xiàn)的波形在時(shí)間上保持原有的對(duì)應(yīng)關(guān)系，常采用交替存儲(chǔ)技術(shù)。,2020/8/4,55,3、 鎖存和半存顯示 鎖存顯示：把一幅波形數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器之后，只允許從存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，不準(zhǔn)新數(shù)據(jù)再寫(xiě)入。 半存顯示：指波形被存儲(chǔ)之后，只允許存儲(chǔ)器奇數(shù)（或偶數(shù)）地址中的內(nèi)容更新，但偶數(shù)（或奇數(shù)）地址中的內(nèi)容保持不變。 4、 滾動(dòng)顯示 表現(xiàn)形式是被測(cè)波形連續(xù)不斷地從屏幕右端進(jìn)入，從屏幕左端移出。 5、插值顯示 就是在被測(cè)信號(hào)相鄰兩個(gè)采樣點(diǎn)之間進(jìn)行估值。 數(shù)字存儲(chǔ)示波器廣泛采用插值方法有矢量插值法和正弦插值法。,2020/8/4,56,典型產(chǎn)品介紹,T

28、DS220數(shù)字實(shí)時(shí)示波器前面板圖,2020/8/4,57,3.5 示波器的選擇和使用,根據(jù)被測(cè)信號(hào)特性選擇： （1）若定性觀察一般的正弦波或其他重復(fù)信號(hào)的波形，被測(cè)信號(hào)頻率也不高，可選用普通示波器或簡(jiǎn)易示波器等。 （2）若觀察非周期信號(hào)、很窄的脈沖信號(hào)，應(yīng)當(dāng)選用具有觸發(fā)掃描或單次掃描功能的寬頻帶示波器，其掃描速度應(yīng)能使顯示的脈沖信號(hào)占有熒光屏的大部分面積。 （3）若觀察快速變化的非周期性信號(hào)，則應(yīng)選用高速示波器。,返回,3.5.1 示波器選擇的一般原則,2020/8/4,58,（4）若觀察低頻緩慢變化的信號(hào)，可選用低頻示波器或長(zhǎng)余輝慢掃描示波器。 （5）若需要對(duì)兩個(gè)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，則應(yīng)選用雙

29、蹤示波器。 若需要同時(shí)觀測(cè)多個(gè)被測(cè)信號(hào)，則應(yīng)采用多通道示波器。 （6）若希望將被測(cè)信號(hào)波形的局部突出顯示，則可采用雙時(shí)基示波器。 （7）若希望將波形存儲(chǔ)起來(lái)，可選擇存儲(chǔ)示波器。 （8）若希望在野外進(jìn)行示波測(cè)量，應(yīng)采用便攜式示波器。,2020/8/4,59,使用前須檢查電網(wǎng)電壓是否與示波器要求的電源電壓一致。通電后需預(yù)熱幾分鐘再調(diào)整各旋鈕。各旋鈕應(yīng)先大致旋在中間位置，以便找到被測(cè)信號(hào)波形。,3.5.2 示波器的正確使用,1、輝度 使用示波器時(shí)，亮點(diǎn)輝度要適中，不宜過(guò)亮，且光點(diǎn)不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間停留在同一點(diǎn)上，以免損壞熒光屏。 2、聚焦 應(yīng)使用光點(diǎn)聚焦，不要用掃描線聚焦。如果用掃描線聚焦，很可能只在垂直方

30、式上聚焦，而在水平方向上并未聚焦。 顯示方波時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)如下圖所示這樣的現(xiàn)象。,2020/8/4,60,3、測(cè)量 應(yīng)在示波管屏幕的有效面積內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，最好將波形的關(guān)鍵部位移至屏幕中心區(qū)域觀測(cè)，這樣可以避免因示波管的邊緣彎曲而產(chǎn)生測(cè)量誤差。,4、探頭 探頭要專(zhuān)用，且使用前要校正。將示波器內(nèi)部校正信號(hào)（方波信號(hào)）經(jīng)探頭接入通道，觀察波形形狀。,2020/8/4,61,3.6 示波器的基本測(cè)量實(shí)例,返回,3.6.1 模擬示波器測(cè)量實(shí)例,1、電壓測(cè)量,電壓測(cè)量換算公式：,電壓測(cè)量方法是先在示波器屏幕上測(cè)出被測(cè)電壓的波形高度，然后和相應(yīng)通道的偏轉(zhuǎn)因數(shù)相乘即可。,測(cè)量時(shí)應(yīng)注意將偏轉(zhuǎn)因數(shù)的微調(diào)旋鈕置于“校準(zhǔn)

31、”位置（順時(shí)針旋到底），還要注意輸入探頭衰減開(kāi)關(guān)的位置。,2020/8/4,62,（2）交流電壓的測(cè)量 使用示波器測(cè)量電壓的優(yōu)點(diǎn)是在確定其大小的同時(shí)可觀察波形是否失真，還可同時(shí)顯示其頻率和相位，但示波器只能測(cè)出被測(cè)電壓的峰值、峰峰值、任意時(shí)刻的電壓瞬時(shí)值或任意兩點(diǎn)間的電位差值，如要求電壓有效值或平均值，則必須經(jīng)過(guò)換算。,（1）直流電壓的測(cè)量 示波器測(cè)量直流電壓的原理是利用被測(cè)電壓在屏幕上呈現(xiàn)一條直線，該直線偏離時(shí)間基線（零電平線）的高度與被測(cè)電壓的大小成正比的關(guān)系進(jìn)行的。,2020/8/4,63,、時(shí)間測(cè)量 時(shí)間測(cè)量包括測(cè)量信號(hào)周期（頻率也可由周期計(jì)算出），脈沖寬度、前后沿等。,用示波器測(cè)量時(shí)間時(shí)應(yīng)注意時(shí)基因數(shù)的微調(diào)應(yīng)置于“校準(zhǔn)”位置（順時(shí)針旋到底），同時(shí)還要注意有沒(méi)有掃描擴(kuò)展。,計(jì)算公式：,2020/8/4,64,（1）正弦周期測(cè)量 對(duì)于周期性信號(hào)，周期和頻率互為倒數(shù)，只要測(cè)出其中一個(gè)量，另一個(gè)參量可通過(guò)公式求出。,（2）矩形脈沖寬度和上升時(shí)間測(cè)量 對(duì)于同一被測(cè)