高速和取样示波器

对高频信号 会因电子通过偏转板期间偏转板上的电压 有明显变化，所显示的波形会有很大的失真。对应正 弦波会使得波形振幅变小，且引入相位差； 对脉冲波形，表现为上升沿和下降沿均变慢，甚至畸 变为三角形波。
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第四章 示波器及示波测量
③ Y 偏转放大器的带宽不足：
放大器高频截止频率不够高，高频信号前后沿失真。 ④ 扫描速度不够快：
4-6.1、高速示波器(100MHz～1GHz)
（2）放大器：Y 放大器是宽带放大器，目前集成电路放 大器带宽可达到1000MHz以上。
（3）时基发生器：由于高速示波管的偏转灵敏度很低， 限制了被测脉冲的最高重复频率。
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第四章 示波器及示波测量
4-6.2、取样示波器(1GHz—20GHz) 将高频（一般为1000MHz以上）的重复性的周期信号，经
ui (t)
1、非实时取样原理 如图（c）和（d）所示，（c）为采样值，（d）是经过保持及
延长后形成的量化信号。通过若干周期对波形的不同点的采样，
将高频信号转换成低频信号，以通用示波器显示uy(t)的包络波
形来反映和表现被测的实际高频信号波形。
被测高频信号 (a) ui t 1
T
2
t
3
2t
4
3t
5
次取样，最后将被测信号的波形展宽显示出来。
被测高频信号 (a) ui t 1
T
2
t
3
2t
4
3t
5
6t
4t
5t
取样脉冲
(b) pt
t1
t2
采样信号
2 1
(c) u s t
t3
t4
3
4
t
t5
t6
5
6t
输出的量化信号 (d) u y t
t 10
图4.6－3 非实时取样过程
第四章 示波器及示波测量
第四章 示波器及示波测量
4-6 高速和取样示波器
①示波器偏转板电容C与引线电感 L的影响：
当测量高频信号时，偏转板电容C与引线电感 L构成 的谐振回路，将使阶跃信号产生畸变，在上升沿处，形成 过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情况。过阻尼使得上升沿 变坏。欠阻尼情况，在上升沿顶部叠加振荡信号。其等效 电路及波形情况如下图所示。
Rs
L
uc
C
us
uc
t
(a)等效电路
(b)波形畸变
1
图4.6－1 分布参数的影响
第四章 示波器及示波测量
Rs
L
uc
C
us
uc
(a)等效电路
t
(b)波形畸变
图4.6-1 分布参数的影响
为了减小分布参数的影响，应尽量减小L和C。
快速示波管的偏转板从旁边引出以减短其长度，从而减
小了引线电感；同时增大偏转板间距可减小C，但这样
取样装置加普通示波器就是取样示波器的结构。取样装 置可将频率上限扩展到十几个GHz。例如HP1811A型取样示 波器的频宽为18GHz。
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第四章 示波器及示波测量
ui (t)
1、非实时取样原理
对取样脉冲，取样脉冲的间隔为 T+Δt ( T为输入信号Ui( t ) 的周期）。每次取样相当于前一个取样点时间延迟Δt ，经过多
（1）示波管：高速示波管的偏转系统接线要短，偏转板 间距离d 要大，以使分布电容小，加速电压要高，以减小电 子渡越时间。因而偏转灵敏度将很低。为了保证示波器灵敏 度，则要求Y 轴放大器必须有更大的放大倍数，这无疑增加 了Y 轴放大器实现上的困难。因此，在要求更高速度时，采 用行波示波管。
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第四章 示波器及示波测量
过取样（取样速率可调），变换成低频的重复Hale Waihona Puke Baidu的周期信号， 再运用通用示波器的原理进行显示和观测的示波器称为取样示 波器
取样示波器经过频率转换，是一种“非实时取样”示波器。
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第四章 示波器及示波测量
4-6.2、取样示波器(1GHz—20GHz) 非实时取样技术把一个高频或超高频的信号经过跨周期
的取样，形成一个波形和相位完全相同、幅度相等或成某种 严格比例的低频（或中频）信号。对低频信号的测量，要比 对高频信号的测量在技术上成熟得多，测量精度也宜于保证。
ui
被测信号
取样门
放大器
us
取样脉冲
取样门脉 冲发生器
t 延迟脉冲
延长 电路
延长门脉 冲发生器
同步信号
uy
时基单元
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图4.6－4 取样示波器框图
第四章 示波器及示波测量
取样信号波形由不连续的亮点构成，须采用阶梯波作扫描
电压。 其波形对应关系如下图。在量化信号（a）与阶梯扫
描信号（b）共同的作用下，就可在荧光屏上显示出被测高
频信号的波形如图（c）所示，当取样点足够密时，即图（c）
中亮点足够密时，该波形便能无失真的表现出被测高频波形。
uy
2
4
1 0
5
6
(a)
t
图4.6-5 显示过程
23
4
1 0
5 6
(c)
ux 0
1
2
3
4
5
13
6
(b)
第四章 示波器及示波测量
时基单元功能
产生阶梯波电压 产生与扫描电压同步的延迟脉冲
取样示波器是一种非实时取样过程，它只能观测 重复信号，对非重复的高频信号或单次信号，只能用 高速示波器进行观测。
又会使偏转灵敏度降低。
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第四章 示波器及示波测量
②电子渡越时间的影响： 当电子束通过偏转板时，偏转板上的电压不变，那么电
子束的偏转量正比于偏转电压。 普通示波管 电子渡越时间为1～10 ns 量级，如果显示波形 或脉宽比它大的多，则可以认为在波形显示期间，偏转板上 的电压不变。
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第四章 示波器及示波测量
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第四章 示波器及示波测量
4-7 记忆示波器与存贮示波器 从通用示波器到取样示波器，主要解决了示波器 的带宽问题，取样示波器最高带宽已经达到50 GHz。 但是，这些示波器没有存储功能，只有当被测信号 存在时，才能进行观测研究。
显示高频信号时，要有足够高的扫描速度。普通示 波器无法达到。 ⑤亮度不够： 对于高速脉冲，其亮度很低。
对于高频信号的显示必须采用更好的高速示波器和取 样示波器。
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第四章 示波器及示波测量
4-6.1、高速示波器(100MHz～1GHz) 高速示波器显示 ns、ps 级的脉冲或微波信号。它不同于
普通示波器的关键是示波管、Y放大器、时基发生器。
6t
4t
5t
取样脉冲
(b) pt
t1
t2
采样信号
2 1
(c) u s t
t3
t4
3
4
t
t5
t6
5
6t
输出的量化信号 (d) u y t
t 11
图4.6－3 非实时取样过程
第四章 示波器及示波测量
2.取样示波器组成 被测信号通过取样门后，变成窄脉冲信号，经放大后，
送入延长电路，形成信号包络。Y 通道由取样门、放大 电路及延长电路组成，延长电路由保持电容及直流放大 器构成，以便将窄脉冲取样信号Us（t）展宽，得到量化 的包络信号。