示波器的校准

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衰减器 Y 前置放大器
Y 放大器
外触发输入
触发电路
X 放大器 CRT
时基
图1
1.2 数字存储示波器的工作原理 数 字 存 储 示 波 器 处 理 及 显 示 信 号 的 方 法 和 模 拟 示 波 器 有 所 不 同 。和 模 拟
示波器一样，数字存储示波器也通过输入衰减器和放大器接受被测信号。 信 号 经 输 入 衰 减 器 和 放 大 器 处 理 之 后 ，由 一 个 模 拟 数 字 变 换 器 进 行 数 字 化 ， 即沿着信号波形在很多采样点上将其变换为数字信号，生成了模拟信号的 人造表示形式。然后，这些数字的数值在 CRT 上用沿着水平方向显示的点 来表示。信号被数字化以后，就贮存在随机存储器中，并可以在各种任务 和功能的处理中使用。例如数字计算功能、数据管理功能、波形参数的测 量功能等。
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模 拟 示 波 器 又 可 以 称 为 实 时 示 波 器 。这 种 示 波 器 具 有 在 信 号 出 现 的 瞬 时 时刻探测和显示出现在其输入端的信号的固有能力。在大多数的模拟示波 器应用中，显示的信号要和时间或频率进行比较，所以，示波器都包含一 个称为时基发生器的内部部件，这个功能部件可以产生重复时间已知的锯 齿波。时基发生器的信号通常加到示波器的 X 输入端，为了在 CRT 上显示 出信号的真正的图像，必须使时基发生器的频率准确地等于 Y 输入信号的 频率或者其倍数。触发电路可以把时基发生器和被测信号或其它信号源同 步起来。在有些示波器中还使用了延迟线，把 Y 信号到达 CRT 的时间加以 延迟，使同步过程有足够的时间来完成其同步动作，从而得到希望的显示 波形。图 1 为一个典型示波器的原理框图。
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示波器校准仪
50Ω
被校示波器 CH1
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图4 垂 直 方 式 ： CHI ON（ V/div 置基准档） 水平方式：A（S/div 合适档） 耦 合 方 式 ： DC 2.1.3.2 稳 幅 信 号 发 生 器 输 出 频 率 置 基 准 频 率（ 300MHZ 带 宽 以 下 示 波 器 可 选 50KHZ）， 调 节 输 出 电 压 ， 使 屏 幕 显 示 幅 度 高 度 为 检 验 工 作 面 的 80%左 右 （ 通 常 为 6 div）。 2.1.3.3 保 持 发 生 器 输 出 电 压 不 变 ，然 后 均 匀 地 改 变 发 生 器 的 频 率 ，记 下 若 干频率点的波形高度。当信号发生器频率继续升高，示波器显示高度降为 基 准 频 率 高 度 的 0.707（ 即 4.2 格 ）时 ，对 应 的 频 率 即 为 示 波 器 频 带 宽 度 实 测值。
3.1 根 据 贝 塞 尔 公 式 S = ∑(xi − x) 求 得 实 验 标 准 差 S。
n −1
3.2 评定所用标准器
的 不 确 定 度 分 量 ，然 后 与 重 复 性 测 量 所 得
的不确定度分量进行合成，即得合成不确定度。再将合成不确定度乘上一
个 置 信 因 子 （ K）， 即 得 扩 展 不 确 定 度 。
位于屏幕中央，并使波形幅度的 10%和 90%点分别与坐标的 10%和 90%刻度
线相交，如图 5（b）所示。被校示波器上升时间 tr 由下式计算：
tr=扩 展 后 扫 描 时 间 因 数 ×L
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L——从基本幅度 A 的 10%到 90%在水平方向所占长度（div）
A——取示波器上升时间 25 倍处的波形高度平坦部分
耦 合 方 式 ： DC
触发方式：内
2.1.4.2 快沿脉冲周期置 1µS，调节快沿脉冲输出幅度，使波形占检验工作
面高度的 80%左右，使波形幅度 A 的 0%和 100%线分别与上下两水平刻度线
对 齐 。 将 扫 描 时 间 系 数 扩 展 拉 出 （ ×10）。 调 节 水 平 位 移 使 波 形 的 前 沿 中 点
4.结 束 语
示 波 器 的 校 准 是 比 较 重 要 的 一 项 工 作 ，它 为 现 场 的 调 试 工 作 提 供 了 有 力
的保证。但是这种校准方法依然是比较传统的，比较费时费力，效率不高。
况且尚没有能力来校准数字存储示波器。随着时间的推移将逐步地使校准
工作实现自动化，使工作效率得以进一步的提高。
图 2 为数字存储示波器的原理框图：
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通道 1 通道 2
衰减器
ADC
前置放大器
存
Y 放大器
储
DAC
衰减器
器
CRT
ADC
时钟
控制单元
X 放大器
图2
2. 示波器的主要校准项目及程序
由 于 数 字 存 储 示 波 器 与 模 拟 示 波 器 的 工 作 原 理 不 同 ，所 以 各 自 采 用 的 校
(a)
10%
90%
a(div)
b(div)
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(b)
图6 垂 直 方 式 ： CHI ON（ V/div 置基适档） 水平方式：A（S/div 置最小档） 扫描微调：校准位置 触发方式：内 2.2.1.2 置 时 标 周 期 与 A 扫 描 时 间 系 数 相 一 致 ，调 节 A 触 发 电 平 ，使 屏 幕 显 示图 6（b）波形。接校准仪“T 误差”键，调节微调旋钮使时标波形第 2 个波峰和第 10 个波峰与对应 10%和 90%的水平刻度线相重合，此时误差显 示读数即为扫描时间系数该档误差。 对 不 能 调 节 偏 差 的 档 位 ，可 根 据 图 6（ b）的 显 示 波 形 由 下 式 计 算 其 误 差 ： 扫描时间系数误差δt =(b-a)/a×100% 2.2.2 扫描时间系数的重复性 按 2.2.1.1 设置和连接，在小档、中档和高档各选一档级进行重复性测 量，记录每次测试数据。 2.2.3 扩展扫描时间系数 按 2.2.1.1 设 置 和 连 接 ， 扫 描 时 间 系 数 扩 展 拉 出 （ ×10）， 输 入 与 被 校 示波器允许带宽相对应的时标信号，调节示波器触发电平，在屏幕上显示
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示波器的校准
引言： 示 波 器 在 电 子 和 电 气 测 量 领 域 有 非 常 广 泛 的 应 用 ，尤 其 对 电 气 设 备 的 调
试有着很重要的作用。示波器的种类从简单的到非常复杂的，从通用的到 专用的，范围十分宽广。高度复杂的示波器可以和自动化的，由计算机控 制的系统相连接，提供非常复杂的功能。随着示波器技术和性能越来越先 进，它的地位也逐日地在提高。因此示波器的校准工作也自然就显得越来 越重要。 1. 示波器的工作原理 1.1 模拟示波器的工作原理
水平方式：A（500µS/div 左右） 耦 合 方 式 ： DC 触发方式：内 2.1.1.2 置 校 准 仪 输 出 脉 冲 1KHZ，改 变 其 输 出 幅 度 和 电 压 倍 率 使 显 示 波 形 高 度 为 屏 幕 检 验 工 作 面 的 80%左 右（ 通 常 为 6div）。此 时 调 节 校 准 仪“ V 误 差 ” 微调旋钮，直至脉冲上下基线与示波器水平刻度线完全重合，校准仪显示 的误差值为该档偏转系数误差δ。用同样的方法，依次对其它各通道的各 偏转系数档级分别进得校准。 2.1.2 垂直幅度测量的重复性 按图 3 连接和 2.1.1.1 设置，在小档、中档和高档各选取一档级进行重 复性测量。 2.1.3 频带宽度 2.1.3.1 按图 4 所示连接，示波器设置如下：
2.1.4 瞬态响应 2.1.4.1 按图 5(a)所示连接，示波器设置如下：
示波器校准仪 快沿
衰减器
(a)
b
Δc
90%
A 10%
tr
(b)
图5
被校示波器 50Ω CH1
e A
(c)
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垂 直 方 式 ： CHI ON（ V/div 置基准档）
水平方式：A（S/div 置最小档）
2.1.4.3 计算上冲量和顶部不平坦度
上冲量 Sb=b/A×100% 顶部不平度δf=Δc/A×100%
2.1.4.4 计算下垂量
下垂量δe =e/A×100%
2.2 水平偏转系统的校准
2.2.1 扫描时间系数
2.2.1.1 按图 6（a）所示连接，示波器设置如下：
示波器校准仪
被校示波器
50Ω
CH1
两个周期波形，如图 7 所示，则该档扩展扫描系数误差为：δt =(b-a)/a ×100%
对 带 宽 在 50MHZ 以 下 的 示 波 器 可 调 节 校 准 仪 误 差 微 调 旋 钮 直 接 读 出 误 差。
10% 0%
90% 100%
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a b
图7
3.测 量 结 果 不 确 定 度 的 评 定
准方法也不同。本校准实验室目前只能校准模拟示波器，因此，本篇只重
点讨论模拟示波器的校准方法。
2.1 垂直偏转系统的校准
2.1.1 垂直偏转系数
2.1.1.1 按图 3 所示连接示波器设置如下：
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示波器校准仪
图3 垂 直 方 式 ： CHI ON（ V/div 置最小档） 垂直微调：校准位置
被校示波器 CH1