数字示波器的调节与使用一、 实验目的1. 了解示波器的结构与示波原理2. 掌握示波器的使用方法，学会用示波器观测各种电信号的波形3. 学会用示波器测正弦交流信号的电压幅值及频率4. 学会用李萨如图法，测量正弦信号频率二、 实验仪器RIGOL DS1000E型数字存储示波器，DG 1 0 2 2函数波形发生器三、 实验原理1、双踪示波器的原理：双踪示波器控制电路主要包括：电子开关、垂直放大电路、水平放大电 路、扫描发生器、同步电路、电源等丫莊输人EASE单束•示波管 融垸扫 -图1.双踪示波器原理方框图其中，电子开关使两个待测电压信号YCH1和YCH2周期性地轮流作用在Y偏 转板，这样在荧光屏上忽而显示YCH1信号波形，忽而显示YCH2信号波形 由于荧光屏荧光物质的余辉及人眼视觉滞留效应，荧光屏上看到的是两个波 形如果正弦波与锯齿波电压的周期稍不同，屏上出现的是一移动的不稳定 图形，这是因为扫描信号的周期与被测信号的周期不一致或不呈整数倍，以 致每次扫描开始时波形曲线上的起点均不一样所造成的为了获得一定数量 的完整周期波形，示波器上设有“ time/div”调节旋钮，用来调节锯齿波电 压的周期，使之与被测信号的周期呈合适的关系，从而显示出完整周期的正 弦波形。
当扫描信号的周期与被测信号的周期一致或是整数倍，屏上一般会显示 出完整周期的正弦波形，但由于环境或其他因素的影响，波形会移动，为此 示波器内装有扫描同步电路，同步电路从垂直放大电路中取出部分待测信号, 输入到扫描发生器，迫使锯齿波与待测信号同步，此称为“内同步”如果同 步电路信号从仪器外部输入，则称为“外同步”2 •示波器显示波形原理：如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的X偏转板加 上示波器内部的锯齿波，当锯齿波电压的变化周期与正弦电压的变化周期相 等时，则在荧光屏上将显示出完整周期的正弦波形，如图2所示如果在示 波器的YCH1、YCH2端口同时加上正弦波，在示波器的X偏转板加上示波器内 部的锯齿波，则在荧光屏上将得到两个正弦波图2.示波器显示正弦波形的原理3、数字存储示波器的基本原理数字存储示波器的基本原理框图如图3所示：图3.数字存储示波器的基本原理框图数字示波器是按照采样原理，利用A/D变换，将连续的模拟信号转变成 离散的数字序列，然后进行恢复重建波形，从而达到测量波形的目的输入缓冲器放大器（AMP）将输入的信号作缓冲变换，起到将被测体与示 波器隔离的作用，示波器工作状态的变换不会影响输入信号，同时将信号的 幅值切换至适当的电平范围（示波器可以处理的范围），也就是说不同幅值的 信号在通过输入缓冲放大器后都会转变成相同电压范围内的信号。
A/D单元的作用是将连续的模拟信号转变为离散的数字序列，然后按照 数字序列的先后顺序重建波形所以A/D单元起到一个采样的作用，它在采 样时钟的作用下,将采样脉冲到来时刻的信号幅值的大小转化为数字表示的 数值这个点我们称为采样点A/D转换器是波形采集的关键部件多路选通器（DEMUX）将数据按照顺序排列，即将A/D变换的数据按照其 在模拟波形上的先后顺序存入存储器，也就是给数据安排地址，其地址的顺 序就是采样点在波形上的顺序，采样点相邻数据之间的时间间隔就是采样间隔数据采集存储器（Acquisition Memory）是将采样点存储下来的存储单 元，他将采样数据按照安排好的地址存储下来，当采集存储器内的数据足够 复原波形的时候，再送入后级处理，用于复原波形并显示处理器（“P）及显示内存（Display Memory）处理器用于控制和处理 所有的控制信息，并把采样点复原为波形点，存入显示内存区，并用于显示 显示单元（Display）将显示内存中的波形点显示出来，显示内存中的数据与 LCD显示面板上的点是一一 —对应的关系4、李萨如图形的基本原理如果在示波器的CH1通道加上一正弦波，在示波器的CH2通道加上另一 正弦波，当两正弦波信号的频率比值为简单整数比时，在荧光屏上将得到李 萨如图形，如下图所示。
这些李萨如图形是两个相互垂直的简谐振动合成的 结果，它们满足其中，/代表CH1通道上正弦波信号的频率，f代表CH2通道上正弦波信号x y的频率，n代表李萨如图形与假想水平线的切点数目，n代表李萨如图形与x y假想垂直线的切点数目四、实验内容与步骤1、 观察各种波形并测量正弦波形的电压、周期和频率调节信号发生器，分别观察三角波、方波、正弦波形三种，熟悉信号发 生器和示波器的使用选择三个频率段正弦波形，分别测量对应波形电压（峰 -峰值）、周期和频率将数据填入表格，并计算绝对误差注：标准值即 信号发生器显示的值）2、 利用李萨如图形测频率将两信号发生器分别从示波器的CH1输入端和CH2输入端输入，将CH1和 CH2输入端信号置于XY模式，可保持CH1输入端信号发生器的频率不变（例 如f =100Hz）,调节CH2输入端信号发生器的频率，使屏中出现大小适中的图x形，即出现如讲义中所示的李莎如图形，计算出f ,读出信号发生器上CH2输y入端信号的频率f比较f和f 'y y y1、观察各种波形正弦波、锯齿波和三角波，测量3种正弦波形的电压、频率和周期，计算相对误差注：标准值即信号发生器显示的值）测量值标准值测量值标准值测量值标准值信号1相对误差信号2相对误差信号3相对误差2、利用李萨如图形测频率（拍照片）1: 12： 13： 1fx (CHI) (Hz)100100100李萨如图形fy（Hz）（计算值）f f（Hz）（测量值）y五、思考题1. 若在示波器上看到的波形幅度太小，应调节哪个旋钮，使波形的大小适中?2. 怎样用示波器定量地测量交流信号的电压有效值和频率?3. 观察两个信号的合成李萨如图形时，应如何操作示波器?实验仪器RIGOL DS1000E型数字存储示波器RIGOL osii02CcS液晶显示TRICCEROSCALEo33IC探头补偿信号输出△400VMa>CATfl丘叮一CsHD-[math)~< SCAU >垂直控制水平控制运行控制触发控制Y■ AUTQJ多功能旋D（常用菜单）（ColiTROL hmySk7模拟信号输入USB 接口运行状态T? DWAITSTOP打开RIGOL T'竽带宽限制探头1X数芋減波sms SWmU 因触发位移显示触发中状态触发状态待触发状态 声形停止状态I C波形显示窗jnTime 500 ・0u唇 0^0套触发模式Dur操作菜单边沿触发脉宽触发斜率触发视频触发码型触发 持续时间触发相关知识储示波器的主要技术指标：1. 最大取样速率fmax定义：单位时间内完成的完整A/D转换的最高次数。
最大取样速率主要由A/D转换器的最高转换速率来决定最大取样速率愈 高，仪器捕捉信号的能力愈强数字存储示波器在某个测量时刻的实际取样速率可根据示波器当时设定的扫 描时间因数（t/div）推算其推算公式为式中，N——每格的取样数，t/div——扫描时间因数，扫描一格所占用的时 间，亦称扫描速度2. 存储带宽：存储带宽与取样速率密切相关根据奈奎斯特取样定理，如果 取样速率大于或等于信号最高频率分量的2倍，便可重现原信号波形实际 上，在数字存储示波器的设计中，为保证显示波形的分辨率，往往要求增加 更多的取样点，一般一个周期取4〜10点带宽是决定示波器准确测量信号 的能力的基本参数之一带宽是表征示波器能准确测量的频率范围带宽的 定义是指正弦输入信号衰减至真实幅值的70.7%（-3dB）的频率点没有足够 的带宽，示波器就不能观测到高频的变化幅值将会失真，信号沿将会变得 平缓，细节将会丢失5倍原则：示波器需要的带宽二测量信号的最高频率分 量的频率X 55倍原则可以提供+/-2%的测量误差，对于通常的应用已足够3. 分辨率：分辨率用于反映存储信号波形细节的综合特性分辨率包括垂直 分辨率和水平分辨率垂直分辨率与A/D转换器的分辨率相对应，常以屏幕 每格的分级数（级/div）表示。
水平分辨率由存储器的容量来决定，常以屏 幕每格含多少个取样点（点/div）表示4. 储容量：存储容量又称记录长度，用记录一帧波形数据占有的存储容量来 表示，常以字（word）为单位存储容量与水平分辨率在数值上互为倒数关 系数字存储器的存储容量通常采用256B，512B，1KB，4KB等存储容量 愈大，水平分辨率就愈高但存储容量并非越大越好，由于仪器最高取样速 率的限制，若存储容量选取不恰当，往往会因时间窗口缩短而失去信号的重 要成分，或者因时间窗口增大而使水平分辨率降低5. 读出速度：读出速度是指将存储的数据从存储器中读出的速度，常用(时 间)/div表示其中，时间等于屏幕中每格内对应的存储容量X读脉冲周期 使用时，示波器应根据显示器、记录装置或打印机等对速度的不同要求，选 择不同的读出速度注意事项1、 AC电源输入应该在100V-240V, 47-63Hz ± 10%的选择电压范围以内2、 第一次使用前先确认安装正确的保险丝值:100 V- 240 VAC输入电压：T2A / 250V3、 接地警告：为避免电击，电源线的地线必须接地使用本机时，为确保使用者的安全及周边仪器安全，在与产品的输入与输出端子连接之前，确认产品已正确接地。
4、 保险丝的更换、保险丝规格及更换方式：请依后面板标示值选用保险丝更换保险丝的步骤：更换前必须先切断电源，并将电源线从电源插座上取下来，换保险丝前先将仪器电源开关(POWER)关闭保险丝的型号：T2A/250V5、 开机前先确定保险丝已装设妥当警告：为了确保有效的防火措施，只限于更换特定样式和额定值的保险丝。