取样示波器讲课稿
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如何显示离散波形？需给X、Y偏转板加什么样的电压？
6
23
vy
4
a 1
c
t
5
0
t
0
vx
vs
b
d
t
合成波形两点间 t mT t
0
t
mT t 取样电压
X,Y偏转板都应加阶梯电压：X：电压与时间成正比
Y： 量化阶梯电压 7
四、取样示波器的基本组成
输入
a 取样门
延长电路 g Y放
f
取样门脉 t 延迟脉冲 延长门脉
xm
00
450
900
1350
15
1800
Eg:要在X=10CM长度上（1）对f=10MHz的信号显示两个完整周期
的波形，求示波器应具有的扫描速度。（2）若用上面求出的扫 描速度对f=5MHz的信号能显示几个完整的波形。
解：
（1）扫速： Ss
T x
f
1 5cm
10
1 10 6
5
0.02
s
cm
（2）每周期宽度 x T 1 1 10cm Ss fS s 0.02 5
• 取样后的取样电压虽然也是一串脉冲列，但这串脉冲列的持续时
间却大大拉长了，两个脉冲之间的时间间隔变为
。由于包
络波形所需时间拉长（相对扫速降低），就有可能m用T 一 般t 低频示波
器显示。
• 由于显示一个信号包络所需时间（测量时间）远大于被测信号实 际所经历的时间，所以是非实时取样。
（二）显示信号的合成过程
➢只能测量重复频率较高的信号。
12
§2.5示波器的基本测量方法 ▪ 测电压 ▪ 测时间 ▪ 测脉冲宽度 ▪ 上升或下降时间
90%
50%
10%
13
▪ 测频率
f 1 T
f
N S s 10格
Ss
t cm
—扫描速度
N 有效区中10格内的重复数
N很大时用
▪ 相位差的测量（同频率、图形简单的两个信号）
a：线性扫描法
Vs
Ses
nt L
Vs t
L
Vs 1 L Vf
Tf
即等效扫速与快斜波的上升斜率Vf/Tf成反比；调整它 即可调整等效扫速,斜率大则扫速低。
11
取样示波器与通用示波器的主要差别： ➢取样示波器是非实时取样 ➢取样示波器的X轴具有双重任务， 产生扫描阶梯电压； 控制Y通道产生量化电压 ➢扫描 信号是阶梯式变化的（非线性）。
6
g mT t
分频
二者 比较 产生
t
( e)
取样门 脉冲
量化取样电压
9
脉冲（e）的三个作用： ❖ 作为 t 步进延迟脉冲，去触发取样脉冲发生器和延长门脉冲发
生器。 ❖ 去触发阶梯波发生器，使阶梯波上升一个台阶。 ❖ 加到快斜波发生器，使快斜波产生回程。
五、取样示波器的几个主要参数 （一）取样示波器的带宽： 数十GHz
原理：采用取样技术，把高频、快速的重复信号变换成低频信号，
再通过类似于通用示波器的方法，将变换后的信号显示出来。
实时取样：
P(t)
vi t
23
1 (a)
t vs t
tn T0
23 4
4 vi t
vs t
5
t
1
vs t vi t pt
(b)
wk.baidu.com
5
2t
vs t vi t pt pt 1 tn t tn
延长门脉冲
v01 KA1vi1
v02 KA1vi 2
vsf 2 B KA1vi 2
闭环取样电路组成框图（差值取样）
5
由上述可见：
• 取样脉冲与被测信号第一次相遇点是信号的起始点，在 t1 时刻进 行第一次取样，第二次取样在t2 进行。两次可以相隔mT个周期，每
一次比前一次延迟 1t。（m---两个取样脉冲之间被测信号周期数）
x1 x
3600
x1
• 400
超前信号作为触发信号
不适合的情况：相差较小时不易分辨
x1
1格
x
9格
14
b 、李沙育图形法（频率较低，且图形简单）可测频率比、相差等
2xm
2x0
vy
vx Vxm sint
2y0 2ym
t vy Vym sin t
椭圆方程
xm
vx
x0
t
sin x0
xm sin 1 x0
冲发生器
经脉冲 形成电
e
冲发生器
路
触发
快斜波
放大分频 b 发生器
c
比较器 d
阶梯波 发生器
X放
等效扫速
取样密度
Y通道的作用：把输入信号变成量化取样电压
X通道的作用：产生每隔 mT t上升一级的阶梯波及步进延迟脉冲
8
具体过程由各点波形加以说明：
a
b c
d
t
2t 3t
e 1
2
f 1
2
1
2
3
4
5
§2.4取样示波器 （简介）
利用取样技术把高频重复信号变成低频离散信号加以非实时显 示。
一、实时示波器
无论是连续扫描还是触发扫描，都是在被测信号可经历的实际时 间内显示信号波形，即测量时间（一个扫描正程）与被测信号的实 际持续时间相等。故称实时测量方法，与此相应这种示波器叫“实 时示波器”。
二、实时示波器的缺点
能显示一个完整的波形
16
Eg:利用示波器椭圆法测量被测网络输出与输入信号电压的相位差
（1）在图中连接测试线路。
（2）如何判断示波器X、Y两个通道之间是否存在固有相位差 。
（3）如果X、Y两通道之间存在固有相位差 xy 且900 xy 0
有信号
0 tn ttn T0 无信号
从(a)-----(b)的波形我们可以看到， 实时取样的特点是： ▪ 取样一个波形所得脉冲列的持续时间(b)等于输入信号实际经历
的时间(a) 。
▪ 脉冲 越窄越好。
▪ 因此实时取样不能解决通用示波器的频带不够的问题，
3
非实时取样：取样电压是由多个波形上取到的；并非实际经历时间
频率限制主要在取样门，fh与采样脉冲宽度成反比。
(二) 取样密度----屏上水平轴上单位长度内所包含的取样点数目。 用每cm的光点数表示 cm
10
取样密度与X轴阶梯电压的关系如图
vx
屏上总点数 n Vs X方向最大偏转电压 Vs 阶梯波每级上升的电压
Vs
Vs固定
t
（三）等效扫速
等效于被测信号经过了nt 时间与水平方向展宽的距离L之比。
周期性信号 2
3
a 1
1t 2t
4
5
6
3t 4t 5t
b
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t
c
mT t
d
t
量化取样电压
t
4
取样示波器的Y通道
B
电路反馈
取样门
vi
S k vsf A1
CS
A 延长门
Cm
A2
A2=1
v0 KA1vi
至Y放大器
平滑调整
vsf 1 KA1B vi1
( KA1B 1)
取样门脉冲
实时示波器的上限工作频率直接受下列因素的限制
1、受到示波管上限工作频率的限制。
2、受Y通道放大器带宽的限制。
3、受时基电路扫描速度的限制 。（扫速必须与信号速度相当）
1
三、取样示波器的基本原理
（一）取样
广义：对连续波形离散的采集样本，从而用离散信号代替连续波形。
取样：利用采样门把连续时间信号变成离散时间信号
6
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vy
4
a 1
c
t
5
0
t
0
vx
vs
b
d
t
合成波形两点间 t mT t
0
t
mT t 取样电压
X,Y偏转板都应加阶梯电压：X：电压与时间成正比
Y： 量化阶梯电压 7
四、取样示波器的基本组成
输入
a 取样门
延长电路 g Y放
f
取样门脉 t 延迟脉冲 延长门脉
xm
00
450
900
1350
15
1800
Eg:要在X=10CM长度上（1）对f=10MHz的信号显示两个完整周期
的波形，求示波器应具有的扫描速度。（2）若用上面求出的扫 描速度对f=5MHz的信号能显示几个完整的波形。
解：
（1）扫速： Ss
T x
f
1 5cm
10
1 10 6
5
0.02
s
cm
（2）每周期宽度 x T 1 1 10cm Ss fS s 0.02 5
• 取样后的取样电压虽然也是一串脉冲列，但这串脉冲列的持续时
间却大大拉长了，两个脉冲之间的时间间隔变为
。由于包
络波形所需时间拉长（相对扫速降低），就有可能m用T 一 般t 低频示波
器显示。
• 由于显示一个信号包络所需时间（测量时间）远大于被测信号实 际所经历的时间，所以是非实时取样。
（二）显示信号的合成过程
➢只能测量重复频率较高的信号。
12
§2.5示波器的基本测量方法 ▪ 测电压 ▪ 测时间 ▪ 测脉冲宽度 ▪ 上升或下降时间
90%
50%
10%
13
▪ 测频率
f 1 T
f
N S s 10格
Ss
t cm
—扫描速度
N 有效区中10格内的重复数
N很大时用
▪ 相位差的测量（同频率、图形简单的两个信号）
a：线性扫描法
Vs
Ses
nt L
Vs t
L
Vs 1 L Vf
Tf
即等效扫速与快斜波的上升斜率Vf/Tf成反比；调整它 即可调整等效扫速,斜率大则扫速低。
11
取样示波器与通用示波器的主要差别： ➢取样示波器是非实时取样 ➢取样示波器的X轴具有双重任务， 产生扫描阶梯电压； 控制Y通道产生量化电压 ➢扫描 信号是阶梯式变化的（非线性）。
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g mT t
分频
二者 比较 产生
t
( e)
取样门 脉冲
量化取样电压
9
脉冲（e）的三个作用： ❖ 作为 t 步进延迟脉冲，去触发取样脉冲发生器和延长门脉冲发
生器。 ❖ 去触发阶梯波发生器，使阶梯波上升一个台阶。 ❖ 加到快斜波发生器，使快斜波产生回程。
五、取样示波器的几个主要参数 （一）取样示波器的带宽： 数十GHz
原理：采用取样技术，把高频、快速的重复信号变换成低频信号，
再通过类似于通用示波器的方法，将变换后的信号显示出来。
实时取样：
P(t)
vi t
23
1 (a)
t vs t
tn T0
23 4
4 vi t
vs t
5
t
1
vs t vi t pt
(b)
wk.baidu.com
5
2t
vs t vi t pt pt 1 tn t tn
延长门脉冲
v01 KA1vi1
v02 KA1vi 2
vsf 2 B KA1vi 2
闭环取样电路组成框图（差值取样）
5
由上述可见：
• 取样脉冲与被测信号第一次相遇点是信号的起始点，在 t1 时刻进 行第一次取样，第二次取样在t2 进行。两次可以相隔mT个周期，每
一次比前一次延迟 1t。（m---两个取样脉冲之间被测信号周期数）
x1 x
3600
x1
• 400
超前信号作为触发信号
不适合的情况：相差较小时不易分辨
x1
1格
x
9格
14
b 、李沙育图形法（频率较低，且图形简单）可测频率比、相差等
2xm
2x0
vy
vx Vxm sint
2y0 2ym
t vy Vym sin t
椭圆方程
xm
vx
x0
t
sin x0
xm sin 1 x0
冲发生器
经脉冲 形成电
e
冲发生器
路
触发
快斜波
放大分频 b 发生器
c
比较器 d
阶梯波 发生器
X放
等效扫速
取样密度
Y通道的作用：把输入信号变成量化取样电压
X通道的作用：产生每隔 mT t上升一级的阶梯波及步进延迟脉冲
8
具体过程由各点波形加以说明：
a
b c
d
t
2t 3t
e 1
2
f 1
2
1
2
3
4
5
§2.4取样示波器 （简介）
利用取样技术把高频重复信号变成低频离散信号加以非实时显 示。
一、实时示波器
无论是连续扫描还是触发扫描，都是在被测信号可经历的实际时 间内显示信号波形，即测量时间（一个扫描正程）与被测信号的实 际持续时间相等。故称实时测量方法，与此相应这种示波器叫“实 时示波器”。
二、实时示波器的缺点
能显示一个完整的波形
16
Eg:利用示波器椭圆法测量被测网络输出与输入信号电压的相位差
（1）在图中连接测试线路。
（2）如何判断示波器X、Y两个通道之间是否存在固有相位差 。
（3）如果X、Y两通道之间存在固有相位差 xy 且900 xy 0
有信号
0 tn ttn T0 无信号
从(a)-----(b)的波形我们可以看到， 实时取样的特点是： ▪ 取样一个波形所得脉冲列的持续时间(b)等于输入信号实际经历
的时间(a) 。
▪ 脉冲 越窄越好。
▪ 因此实时取样不能解决通用示波器的频带不够的问题，
3
非实时取样：取样电压是由多个波形上取到的；并非实际经历时间
频率限制主要在取样门，fh与采样脉冲宽度成反比。
(二) 取样密度----屏上水平轴上单位长度内所包含的取样点数目。 用每cm的光点数表示 cm
10
取样密度与X轴阶梯电压的关系如图
vx
屏上总点数 n Vs X方向最大偏转电压 Vs 阶梯波每级上升的电压
Vs
Vs固定
t
（三）等效扫速
等效于被测信号经过了nt 时间与水平方向展宽的距离L之比。
周期性信号 2
3
a 1
1t 2t
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3t 4t 5t
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t1
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mT t
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量化取样电压
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取样示波器的Y通道
B
电路反馈
取样门
vi
S k vsf A1
CS
A 延长门
Cm
A2
A2=1
v0 KA1vi
至Y放大器
平滑调整
vsf 1 KA1B vi1
( KA1B 1)
取样门脉冲
实时示波器的上限工作频率直接受下列因素的限制
1、受到示波管上限工作频率的限制。
2、受Y通道放大器带宽的限制。
3、受时基电路扫描速度的限制 。（扫速必须与信号速度相当）
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三、取样示波器的基本原理
（一）取样
广义：对连续波形离散的采集样本，从而用离散信号代替连续波形。
取样：利用采样门把连续时间信号变成离散时间信号