数字示波器基础知识

采样率
示波器采样率高低对波形构建的真实性有直接 影响（采样率高的好处）。
采样率低会对波形产生哪些影响：
波形失真 波形混淆 波形漏失
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采样率
波形失真是由于某些原因导致示波器采样显示的波形 及实际信号存在较大的差异。
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采样率
波形混淆是指由于采样率低于实际信号频率的2倍（奈 奎斯特频率）时，对采样数据进行重新构建时出现的 波形的频率小于实际信号频率的一种现象。
差不边不低 不
能沿能
能
DSO示波器 好 差 差 好 差 好 差 等效采样技术
好差多能高 能 种
DSO示波器 好 好 好 好 好 好 差 实时采样技术
好好多能高 能 种
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示波器发展史
数字示波器——模拟效果（荧光效果DPO）
实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息： 幅度、时间和整个时间的幅度分布。
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触发系统
触发系统
对于数字示波器，工作时都是在不断地采集波形不论 仪器是否稳定触发
触发：只有稳定的触发才能有稳定的显示 自动触发：不论是否满足触发条件都有波形显示 普通触发：不满足触发条件就不显示波形 单次触发：满足触发条件后显示波形，每次触发仅刷
采样率
等效采样率
等效采样即重复采样， 指的是示波器把多次采集(触发)到的波形拼凑成一个波形 两次采集触发点有一定的偏移，最后形成的两个点间的最小采
样间隔的倒数称为等效采样速率。
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采样率
平均采样 ：指将多次普通采样的波形进行算术 平均，多用于信号本身噪声比较大时。
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采样率
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采样率
波形漏失是指由于采样率低而造成的没有反映全部实 际信号的一种现象。
脉冲消失
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实例：利用示波器进行点火系统波形分析
现代汽车直接点火系统的检查中，常规的断缸 测试已经无法精确判断系统是否正常，而示波 器由于其具有实时性、不间断性、直观性，越 来越得到广泛的应用。
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如TEK所说的数字荧光（DPO）、安捷伦的MageZoom 技术。
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示波器发展史
高灵敏度示波器
带宽很低，1MHz左右 灵敏度很高，可到几十
微伏每格 用以测量和显示一般示
波器不能观察到的各种 微弱的电信号
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示波器发展史
虚拟示波器
利用计算机资源做数 据处理和显示
体积小巧 可通过互联网进行远
程控制
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讲座内容
1 示波器发展 2 示波器基本概念及原理 3 RIGOL示波器
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波的组成
正弦波是波形的基本组成，任何非正弦波都可 视成是基波和无数不同频率的谐波分量组成。
例如：方波是由基波以及3，5，7，9……次 谐波分量递加而成。
1次（基波） 3次 5次 7次 方波(2500次)
峰值检测：指通过采集采样间隔信号的最大值 和最小值，获取信号的包络或可能丢失的窄脉 冲。
100ms
要求观察整个周期，当使用普通 采样方式时，采样率为10K，如前面 描述存在波形漏失现象，无法捕获完 整信号。使用峰值检测，采样率为1G， 获取间隔最大最小值，就可以获取完 10ns 整的周期信号。
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数字示波器基础知识
2021/3/9
1
讲座内容
1 示波器发展 2 示波器基本概念及原理 3 RIGOL示波器
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什么是示波器 概念
幅度随时间变化的波形显示仪器 相当于一个时域上的万用表
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示波器发展史 示波器类型
模拟示波器 数字示波器 取样示波器 高灵敏度示波器 虚拟示波器
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示波器发展史
初期主要是模拟示波器（CRT）
始创于二十世纪四十年代 最早应用于雷达和电视的开发 泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器，这是近代示
波器的基础
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示波器发展史
中期数字示波器独领风骚 （DSO）
始创于二十世纪九十年代， 数字示波器提高带宽到1GHz以上，全面性能超越模
预采样
延迟采样 存储深度
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波形刷新率
刷新率是指1秒内示波器捕获波形的次数 刷新率的高低直接影响波形捕获偶然事件发生
的概率。
波形n
死区时间 波形n＋1 死区时间 波形n＋2
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波形刷新率 高波刷新获率的好处：
对于示波器来说，波形刷新率高，就能够组 织更大数据量的波形质量信息，尤其是在动 态复杂信号和隐藏在正常信号下的异常波形 的捕获方面，有着特别的作用。
BW
带宽
示波器带宽的经验公式:BW ＝ 0.35 / △ t（ 保证信号的上升时间足够快）
90％
△t
10％
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带宽 带宽不够通常会产生什么明显后果？
高频信号幅度下降 信号高频成分消失（也有好处，抑制噪声）
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采样率
指示波器按照一定的时间间隔将模拟信号转换为数 据，并且顺序存储的过程。
采样率 = 1 / △t
△t
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采样率
实时采样率：实时采样率是指示波器一次采集 (一次触发)采样间隔时间的倒数。
示波器所需实时采样率＝被测信号最高频率分 量×5
①①①
①①
①①
①① ① ①
① ① ① ①
① ①
① ①
① ① ①①①①①①①①①①①①
①①①①①①①①①①①①①①①
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拟示波器。
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模拟和数字示波器的比较
简单重复信号ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
非
波形显示 稳 变 异 缓 随 快 复杂动 定 重 触 预 示 数
定 化常变机沿 态
时复发触波 据
信 信 信 信 毛 信 重复信 测 单 功 发 器 处
号 号息号刺号 号
量次能
带理
示波器类别
信
宽
号
模拟示波器 好 好 差 差 差 差 好 CRT显示技术
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波的基本参数
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波的基本参数
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模拟示波器
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DSO串行处理
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带宽
带宽
称为模拟带宽，指示波器系统的带宽。 定义为在幅频特性曲线中，随正弦波频率的增加，信号的幅度
下降到3dB(70.7％)，此时的频率点称为示波器的带宽。
1.0 0.707
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实例：利用示波器进行点火系统波形分析
汽车点火波形
U-次级：汽缸１
充磁开始 E
F
击穿电压 B
燃烧时间 D
C
A 燃烧电压
燃烧震荡波
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存储深度
存储深度：指在波形存储器中存储波形样本的数量。
波形存储时间＝存储深度/采样率
示波器的存储深度将决定能采集信号的时间以及能用
到的最大采样速率。
触发点