数字示波器基础原理知识讲解

正弦波 方波 三角波 脉冲波（占空比50％） 脉冲波（占空比25％） 脉冲波（占空比10％）
无谐波分量 1:9 1:3 1:9 1:14 1:26
示波器的带宽限制功能
u 大多数示波器中存在限制示波器带宽的电路。限制带宽后， 可以减少显示波形中不时出现的噪声，显示的波形会显得 更为清晰。请注意，在消除噪声的同时，带宽限制同样会 减少或消除高频信号成分。
micro ｎａｎｏ ｐｉｃｏ ｆｅｍｔｏ
记号 Ｐ Ｔ Ｇ Ｍ ｋ ｈ
ｄａ ｄ ｃ ｍ μ ｎ ｐ ｆ
意思 5
怪物 巨人 大量 1000 100
10 10 100 1000 微小 小人 少量 15
语源 希腊 希腊 希腊或者拉丁语 希腊或者拉丁语 希腊 希腊 希腊 拉丁语 拉丁语 拉丁语 希腊或者拉丁语 希腊或者拉丁语 西班牙 丹麦
垂直轴 放大器
触发 电路
扫描 电路
水平轴 放大器
显示器
数字存储示波器
u 始于80年代初期。采用现代的A/D技术和计算机技术实现 的示波器，是示波器工业的一次革命，是当今示波器的 主流。
•数字示波器的优点：
• 带宽可以达数10GHz
• 可以捕获瞬态波形 • 可以存储波形 • 易于使用 • 功能更多、应用范围更广泛
u 示波器的上升时间则与其带宽有直接关系
ｍｉｌｉ micro ｎａｎｏ ｐｉｃｏ
ｍ
μ
ｎｐ
前缀一览
倍数 1015 1012 109 106 103 102
10
10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15
前缀名称 ｐｅｔａ ｔｅｒａ ｇｉｇａ ｍｅｇａ ｋｉｌｏ ｈｅｃｔｏ ｄｅｃａ ｄｅｃｉ ｃｅｎｔｉ ｍｉｌｉ
模拟示波器
纯“模拟”技术实现。
•模拟示波器的优点：
•快速的波形捕获速度 •灰度显示 •价格便宜
•模拟示波器的缺点：
• 不能存储波形 • 很难捕获瞬态现象 • 带宽窄，只能到几百MHz • 通道数一般最多只有2个通道 • 参数测量很麻烦 • 不能作复杂的应用
（ａ）模拟示波器
示波器分类
信号
衰减器 前置放大器
u 例如：方波是由基波以及3，5，7，9……次谐波分量递加而成。
u 1次（基波） 3次
5次
7次
方波(2500次)
u F(x)=2E/ Π(sin(ωt)+1/3sin(3 ωt)+1/5sin(5 ωt)+1/7sin(7 ωt)+……)
u 对于非正弦波由最小值过渡到最大值的时间越短，所含的谐波分量也 就越多，波形所含谐波的频率也越高。
弧状接近正弦波。 u ② 低带宽给波形的上升时间和幅度的测量带来较大的误差。
带宽对信号测试的影响实例
•不同带宽的示波器观察到的50MHz的方波信号
60MHz带宽的 示波器
100MHz带宽的 示波器
350MHz带宽的 示波器
500MHz带宽的示波器
波形的主要谐波分量
u 由于任何非正弦波都可视为无数正弦波组成，因此谐波分 量的多少将直接影响波形的形状。为保证波形不失真，考 虑按基波幅度的10％以上谐波为影响波形的重要因素选择 示波器带宽。
仪器带宽
f
幅频特性曲线
带宽对波形的影响
u 如果要对波形进行准确测量应该让示波器的带宽大于波形的主要谐波 分量。因此对于正弦波可以要求示波器的带宽大于波形的频率，但是 对应非正弦波则要求示波器的带宽大于波形的最大主要谐波频率。
u 对于带宽带来的波形影响具体表现在以下两方面： u ① 由于低带宽导致的主要谐波分量消失，使原本规则的波形呈圆
示波器主要指标
■带宽
⇒包含在输入信号中的高频成分能够再现到什么程度？
■探头
⇒ 选择最合适的探头
■采样率
⇒ 数字化的时侯，时间轴的最小分辨率是多少？
■存储容量
⇒最多可以记录多少数据？
■触发(触发模式)
⇒什么时候开始观测波形？
波的组成
u 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。
u 对于脉冲波占空比越小，波形所含谐波就越多，谐波频率分量也越高。
、
示波器带宽
u 数字示波器带宽也称为模拟带宽，指示波器前端输入放大器的带宽， 相当于一个低通滤波。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。 V
0dB(100%) -3dB(70.7%)
数字存储示波器基础知识培训
示波器功能
n 具有观测随时间变化的电信号的功能 o 电信号的大小（振幅）、形状 o 同一电信号的2点间的时间差 o 2个电信号间的时间差
l 记录功能 o 画面的打印和保存
l 保存功能 o 以各种文件形式保存
可观察的信号举例
重复周期信号 单次/瞬态信号
重复周期信号中的异常波形
视频信号
调制信号
数据串
低频脉冲群
串行数字通讯信号
波形测量参数
数字示波器常用单位
■数字示波器经常使用的单位
单位名称 单位记号
时间单位
秒
ｓ
电压单位
伏特
Ｖ
电流单位
安培
Ａ
频率单位
赫兹
Ｈｚ
■前缀
倍数 ：１０１２ １０９
名称 ：ｔｅｒａ ｇｉｇａ
记号 ： Ｔ
Ｇ
１０６ １０３
ｍｅｇａ ｋｉｌｏ
Ｍ
ｋ
１０－３ １０－６ １０－９ １０－１２
百度文库
•数字示波器的缺点：
• 波形捕获速度慢 • 量化噪声 • 价格相对较贵
数字存储示波器原理框图
模拟输入
电压
A/D转换
电压
采样保持
采样时钟
时间
数字输出
二进制代码化
电压
Voltage
量化 时间
采样
采样是等间隔地进行的。 采样率以 “点/秒”来表示。 有实时采样、随机等效采样、等效采样等方式
采样点
采样间隔
数字滤波幅频特性
① 低通
-3dB
② 高通
-3dB
频率上限
③ 带通 频率下限
-3dB
④ 带阻
频率下限 频率上限
-3dB
频率下限 频率上限
频率上限
频率下限
…..
频率上限 频率下限
频率上限
频率下限
…..
带宽与上升时间
u 上升时间通常定义为信号从上升跳变沿的10％到90％的时间长度。
90%
10% 上升时间
数字化需要的 保持时间
等效采样率
数字示波器一般有两种采样方式
采样方式
实时(real-time) 采样
等效 (repetitive) 采样
Trig 1 Trig 2
Trig n
等效采样
触发点
实时采样捕捉不到的高速信号，可多次触 发并将采集到的数据按时间顺序排列并显 示。
重复信号是前提。
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Yokogawa Electric Corporation