示波器培训(经典)

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• 波形测量参数
• 存储深度
• 触发方式
• 探头的增益
• 探头的类型
流耦合的区别
出测量
第一章:示波器基本概念-用途与功能简介
示波器主要功能
• 示波器的主要功能是:精确地再现时间和电压幅度的函数 波形。用它可以即时地观察电压幅度相对时间的变化情况,
从而获得波形的质量信息,如幅度和频率,波形,不同波
形的时间和相位的关系。
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)
• 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。 • 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。
F(x)=2E/ Π (sin(ω t)+1/3sin(3 ω t)+1/5sin(5 ω t)+1/7sin(7 ω t)+……)
第一章:示波器基本概念-用途与功能简介
可观察的信号举例
重复周期信号 视频信号 调制信号
单次/瞬态信号
数据串
低频脉冲群
重复周期信号中的异常波形
串行数字通讯信号
第一章:示波器基本概念-用途与功能简介
示波器的典型结构比较
延迟线
垂直 放大器
显示
ART
放大器 触发器 水平 放大器
模拟显示
DSO
放大器
A/D
第一章:示波器基本概念-用途与功能
什么是示波器

工程师的眼睛
示波器是形象地显示信号随时间变化波形地仪器,是一种综合的信号特性测 试仪,是电子测量仪器的基本种类。
示波器的用途
• 电压表,电流表,功率计
准确地显示波形,保证信号完整性测量


频率计,相位计
脉冲特性,阻尼振荡
讲义提纲
示波器测量讲解内容概要
基本概念 • 用途介绍 • 数字与模拟示 波器比较 指标与功能 • 带宽指标 • 采样率指标 • 实时/等效采样 基本使用 • 面板操作 • LCD显示 • 触发的设定 注意事项 • 示波器校正 • 有关浮动测量 • 交流耦合与直 实例讲解 • 开关电源测量 • 交流电压测量 • 编码器脉冲输
• 几种典型波
显示得出被测信号的幅度衰减
41% 12% 5% 2%
What you don’t know...
...can hurt you!
第二章:指标与功能-示波器主要指标
采样过程
① 等间隔进行采样及A/D转换

② 顺序存储采样数据 ③ 读取采样数据以构建波形


第二章:指标与功能-示波器主要指标
实时采样
波形的主要谐波分量
• 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。
正弦波 无谐波分量
方 波
三角波 脉冲波(占空比50%)
1:9
1:3 1:9
脉冲波(占空比25%)
脉冲波(占空比10%)
• 存储深度与采样的联系: 波形存储时间=存储深度/采样率 • 从上式可以看出波形存储时间与采样率成反比关系,存储深度固定的 情况下,采样率越高(时基档位越高),存储的时间越短
第二章:指标与功能-示波器主要指标
混淆现象
• • 混淆是指当采样率低于实际信号最高频率2倍(耐奎斯特频率)时所出现的一种现象。 如下图,由于采样率低于实际信号的频率,导致结果采集的波形频率低于实际信号频率。这种信号 频率与实际信号不同,它却能表示正确的波形形状,往往还具有正确的幅度。
第三章 基本使用-示波器的触发和信号存储
触发基本概念
• 示波器的触发电路主要用于帮助对对所要的波形进行定位。根据不同的信号特征 和测量目的,可以选择不同的触发类型。但是,最常用的还是边沿触发:

波形进入触发比较器的正输入端,在这里与另一个输入端上的触发电平电压进行
比较。触发比较器有上升沿输出和下降沿输出。当您的波形的上升沿穿越触发电 平时,上升沿比较器输出变为高,而下降沿输出变为低。当波形的下降沿穿越触 发电平时,上升沿输出变为低,而下降沿输出变为高。示波器使用您选择的输出 作为触发输出。
第一章:示波器基本概念-波的概念
波形的幅度
• 幅度是指电路两点间电压量。幅度通常指被测信号以地或 零电压为参考时的最大电压。如图所示的波形的幅度为1V,
而电压的峰值- 峰值为2V。
第一章:示波器基本概念-波的概念
波形的相位
• 参照正弦波很容易理解相位。正弦波的电压值是基于圆形运动的。一个圆的 度数是360°,而正弦波的一个周期也是360°。为描述经过的周期数,可以参 照正弦波的相位的角度。相移用来描述两个不同相似信号在时间上的差值。
普通数字示波器的缺点
• 量化误差 • 由于采样率不够,造成信号频域混叠
模拟示波器的缺点
• 只有纯粹的视觉信息 • 闪烁,丢失 • 带宽提高困难 • 只有边沿触发,无预触发
第一章:示波器基本概念-波的概念
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。

200M带宽
正确
-3dB
70.7%
10M带宽
失真
第二章:指标与功能-示波器主要指标
带宽对波形的影响
例:测量10.5MHz的方波
150MHz带宽限制的情况 下的显示结果
在20MHz带宽限制的情况 下的显示
示波器所显示的波形
第二章:指标与功能-示波器主要指标
示波器的带宽限制功能
• 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
• 实时采样
– 不仅是重复信号,对于非重复性信号非常适合。 – 对高频信号,如果采样率不够得进行正弦内插。
– 结合上述特点,可根据实际信号选择合适的采样方式以更完美的
观测信号。
第二章:指标与功能-示波器主要指标
采样率
• 存储深度是指在波形存储器中存储波形样本的数量。
当前屏幕(2.4K)
存储深度(4K)
0dB(100%) -3dB(70.7%)
仪器带宽
f
幅频特性曲线
第二章:指标与功能-示波器主要指标
带宽对波形的影响
• 在波形的主要谐波分量中提到过,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。
• 如上图所示,①②③ 第1,2,3次触发事件所采样的数据点,1,2, 3次触发相互间隔错开。
第二章:指标与功能-示波器主要指标
两种采样特点比较
• 等效采样
– 可以通过低采样率实现对高频重复信号的采样。 – 可以达到高采样率采样。 – 不可对非周期信号进行等效采样。(进行单次触发时得设置采样 方式为实时采样)
延时时间
记忆长度
终点
第二章:指标与功能-示波器主要功能
记录长度
• 定义:一个波形记录是指可被示波器一次性采集的波形点数。 • 最大的记录长度由示波器的存储容量决定,要增加存储容量才
能增加记录长度。
• 记录长度和观看波形细节有关 • 记录时间=记录长度 / 采样率 • 举例:TDS3012B,记录长度10K约为10000点 • 时基与采样率的关系
多路分解器
采集存储器y
微处理器
显示存储器
显示
串行处理
数字磷光
DPX波形图像示波器
DPO
放大器
A/D
ຫໍສະໝຸດ Baidu
采集光栅
显示存储器
显示
NEW
并行处理
微处理器
第一章:示波器基本概念-数字与模拟示波器比较
数字示波器与模拟示波器
• 测量的目标是相同,实际结构上内部采用不同技术,所以它们的表现形式并不相同。
数字技术的发展赋予示波器更多波形捕获能力,更多的数学运算功能,它可以是一 台具有波形显示的功率计,可以进行波形参数分析,它还能存储各种波形以及相关 信息……
第一章:示波器基本概念-波的概念
示波器带宽不足导致波形失真
• 非正弦波是由基波加无数次谐波所构成。包含的谐波越多, 波形越近似方波。
幅度衰减
波形失真
• 例:100M方波是由3次、5次、7次………….合成,3次 • 谐波频率为300M、5次谐波频率为500M………….
第一章:示波器基本概念-波的概念
第一章:示波器基本概念-波的概念
波形的电压表征
• 电压是电路两点间的电势能或信号强度。有时把地线或零 电压作为参考点。如果测量的是波形从最高峰值到最低峰
值的电压值,则称为电压的峰值- 峰值。有效值(Vrms)
是峰峰值(Vpp)的0.707倍。 • 我们平时说的相电压220V、线电压380V,是有效值。
第二章:指标与功能-示波器主要指标
带宽与上升时间
• 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
• 示波器的上升时间则与其带宽有直接关系

其关系式:T上升=0.35 / 示波器带宽(1GHZ以下)
第二章:指标与功能-示波器主要指标
多快才是足够快?
示波器自身上升时间 等于信号的上升时间 2 倍于信号的上升时间 3 倍于信号的上升时间 5 倍于信号的上升时间
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。
第二章:指标与功能-示波器主要指标
数字滤波幅频特性
① 低通
-3dB
② 高通
-3dB
频率上限
频率上限
…..
频率下限 频率下限
③ 带通
-3dB
④ 带阻
-3dB
频率下限
频率上限
频率上限
频率下限
…..
频率下限 频率上限 频率上限 频率下限
混淆信号
实际信号
• 抑制混淆的方法:
– – 打开混淆抑制。 手动较小时基,提高采样率。
第二章:指标与功能-示波器主要功能
波形的存储
• 示波器的存储由两个方面来完成: • 触发信号和延时的设定确定了示波器存储的起点; • 示波器的存储深度决定了数据存储的终点。 • 记录时间=记录长度 / 采样率 起点 触发点
第三章 基本使用-示波器的触发和信号存储
触发基本概念
• 触发电路的作用就是保证每次时基扫描或采集的时候,都 从输入信号上与定义的相同的触发条件开始,这样每一次
扫描或采集的波形就同步,可以每次捕获的波形相重叠,
从而显示稳定的波形,或保证单次信号的捕获 • 触发是使重复信号稳定显示 • 对单次信号进行捕获 • 对重复信号中的异常波形和单次事件中的特殊波形进行隔 离捕获
• 实时采样在一次触发事件期间捕获所有用于重建波形的样本点,它要
求采样率至少为被测波形最高频率分量的5倍。
• 如上图所示,① 表示第一次触发所采样的数据点,并且一次就完成一 个采样过程
第二章:指标与功能-示波器主要指标
等效采样
• 等效采样是在多个触发事件上捕捉样本点,要求输入的波形为重复波
形。对于每个触发事件示波器会捕捉多个样本点,并把它们与原已捕 捉的样本点组合到一起。
示波器的使用
嘉宾介绍
• • • 姓名:刘邈 专业:天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室 博士研究生 主要负责项目:
– 高铁列车动态限界仪硬件系统 – wMPS室内工件三维精密定位系统
– 大型断路器在线质量检测系统

曾多次参与各类国际、国内各类电子设计竞技比赛并获奖,具有丰富的电 子电路设计、精密测量仪器设计及使用经验。
• 对于带宽带来的波形影响具体表现在以下两方面: • 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 弧状接近正弦波。
• 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。
第二章:指标与功能-示波器主要指标
带宽对波形的影响
• 下列图示为一个10MHz的方波在200MHz带宽和10MHz带宽示波器上的显示效果图。
1:14
1:26
第一章:示波器基本概念-波的概念
波形测量参数
Rise Time Vmax Vhi 90% FallTime 正向超调
Vp-p 幅值
50% 100%
Vmin
Vlo +Width -Width
10%
负向超调
频率=1/周期
第一章:示波器基本概念-波的概念
波形的频率和周期
• 不断重复的信号具有频率特性。频率的单位是赫兹(Hz),表示一秒 时间内信号重复的次数。成为周期每秒。重复信号也具有周期特性, 即信号完成一个循环所需要的时间量。周期和频率互为倒数关系,即 1/ 周期等于频率,同理1/ 频率等于周期。
图中,标号为“电流”的波形比标号为“电压”的波形超前90°,因为两者到
达同一点刚好相差1/4 周(360o/4 = 90°)。在电子学中,相移比较普遍。
第二章:指标与功能-示波器主要指标
看懂示波器型号和规格
最大采样率
第二章:指标与功能-示波器主要指标
示波器带宽

• 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
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