示波器培训(经典).

《示波器培训(经典).》由会员分享，可在线阅读，更多相关《示波器培训(经典).（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、示波器的使用 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。 嘉宾介绍 第一章：示波器基本概念-用途与功能 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。 什么是示波器 电压表，电流表，功率计 频率计，相位计 脉冲特性，阻尼振荡 示波器的用途 工程师的眼睛 准确地显示波形，保证信号完整性测量 讲义提纲 示波

2、器测量讲解内容概要示波器测量讲解内容概要 第一章：示波器基本概念-用途与功能简介 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。 示波器主要功能 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 单次/瞬态信号 重复周期信号中的异常波形 调制信号 串行数字通讯信号 视频信号 低频脉冲群数据串 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 ARTART DSODSO DPODPO 放大器 水平 放大器 垂直 放大器 延迟线 触

3、发器 显示 放大器多路分解器采集存储器y微处理器显示存储器A/D显示 放大器采集光栅显示存储器A/D显示 数字磷光 微处理器 DPXDPX波形图像示波器波形图像示波器 模拟显示模拟显示 串行处理串行处理 并行处理并行处理 NEW NEW 第一章：示波器基本概念-数字与模拟示波器比较 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。 数字示波器与模拟示波器 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 正弦波是波形的基本组成，任何

4、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。 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) F(x)=2E/ (sin(t)+1/3sin(3 t)+1/5sin(5 t)+1/7sin(7 t)+) 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 。 波的组成 第一章：示波器基本概念-波的概念 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。 例：100M方波是由3次、5次、7次.合成，3

5、次 谐波频率为300M、5次谐波频率为500M. 示波器带宽不足导致波形失真 幅度衰减波形失真 第一章：示波器基本概念-波的概念 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。 波形的主要谐波分量 正弦波 无谐波分量 方 波1:9 三角波1:3 脉冲波（占空比50）1:9 脉冲波（占空比25）1:14 脉冲波（占空比10）1:26 第一章：示波器基本概念-波的概念 波形测量参数 50% 90% 10% Vmax Vmin Vp-p Vhi Rise Time +Width-

6、Width Vlo 100% FallTime 幅值 正向超调 负向超调 频率1/周期 第一章：示波器基本概念-波的概念 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。 波形的频率和周期 第一章：示波器基本概念-波的概念 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

7、倍。 我们平时说的相电压220V、线电压380V，是有效值。 波形的电压表征 第一章：示波器基本概念-波的概念 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。 波形的幅度 第一章：示波器基本概念-波的概念 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。 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

8、（360o/4 = 90）。在电子学中，相移比较普遍。 波形的相位 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 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。 、 幅频特性曲线 0dB(100%) -3dB(70.7%) 仪器带宽f V 第二章：指标与功能-示波器主要指标 示波器带宽 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

9、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。 对于带宽带来的波形影响具体表现在以下两方面： 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。 低带宽给波形的上升时间和幅度的测量带来较大的误差。 带宽对波形的影响 第二章：指标与功能-示波器主要指标 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 。 带宽对波形的影响 正确 失真 200M带宽 10M带宽 -3dB 70.7% 第二章：指标与功能-示波器主要指标 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 在20M

10、Hz带宽限制的情况 下的显示 150MHz带宽限制的情况 下的显示结果 示波器所显示的波形 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。 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 低通 频率上限 -3dB 高通 带阻 带通 -3dB 频率下限 -3dB 频率下限频率上限 -3dB 频率下限频率上限 . . 频率上限 频率上限 频率上限 频率下限 频率下限 频率下限 第二章：指标与功能-示波器主要指标 数字滤波幅频特性 上升时间通常定义为信号从

11、上升跳变沿的10到90的时间长度。 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） 带宽与上升时间 90% 10% 上升时间 第二章：指标与功能-示波器主要指标 第二章：指标与功能-示波器主要指标 多快才是足够快? What you dont know. .can hurt you! 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 示波器自身上升时间 41% 12% 5% 2% 显示得出被测信号的幅度衰减 第二章：指标与功能-示波器主要指标 采样过程 等间隔进行采样及A/D转换 顺序存储采样数据 读取采

12、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， 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 实时采样 第二章：指标与功能-示波器主要指标 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。 如上图所示， 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。 等效采样 第二章：指标与功能-示波器主要指标 等效采样 可以通过低采样率实现对高频重复

13、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） 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。 两种采样特点比较 第二章：指标与功能-示波器主要指标 存储深度是指在波形存储器中存储波形样本的数量。 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 采样率 存储深度（4K） 当前屏幕（2.4K）

14、第二章：指标与功能-示波器主要指标 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。 抑制混淆的方法： 打开混淆抑制。 手动较小时基，提高采样率。 混淆现象 实际信号 混淆信号 第二章：指标与功能-示波器主要功能 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 波形的存储 触发点 延时时间 记忆长度 起点 终点

15、第二章：指标与功能-示波器主要功能 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 记录长度 第三章 基本使用-示波器的触发和信号存储 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 触发基本概念 第三章 基本使用-示波器的触发和信号存储 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