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1、什么是示波器概念概念示波器是形象地显示信号幅度随时间变化的波形显示仪器，是一示波器是形象地显示信号幅度随时间变化的波形显示仪器，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。种综合的信号特性测试仪，是电子测量仪器的基本种类。用途用途电压表，电流表，功率计电压表，电流表，功率计频率计，相位计频率计，相位计脉冲特性，阻尼振荡脉冲特性，阻尼振荡电子，电力，电工电子，电力，电工压力，振动，声，光，热，磁压力，振动，声，光，热，磁对象对象示示波波器器概概述述1示波器类型模拟示波器模拟示波器数字存储示波器数字存储示波器虚拟数字示波器虚拟数字示波器数字荧光示波器数字荧光示波器采样示波器采样示波器示示
2、波波器器概概述述2示波器原理结构放大器放大器水平水平放大器放大器触发触发垂直垂直放大器放大器延迟线延迟线放大器放大器多路多路分解器分解器采集信号采集信号存储器存储器uP显示显示存储器存储器A/D触发和时基电路触发和时基电路放大器放大器多路多路分解器分解器采集信号采集信号存储器存储器uP显示显示存储器存储器A/D触发和时基电路触发和时基电路接口总线接口总线模拟示波器模拟示波器数字示波器数字示波器虚拟示波器虚拟示波器ARTLCDPC示示波波器器概概述述3示示波波器器概概述述反映信号特性反映信号特性l信号的时间和电压值信号的时间和电压值l l振荡信号的频率振荡信号的频率l l信号所代表电路的信号所代
3、表电路的“变化部分变化部分”l l信号的特定部分相对于其他部分的发生频率信号的特定部分相对于其他部分的发生频率l l是否存在故障部件使信号产生失真是否存在故障部件使信号产生失真l l信号的直流值信号的直流值 (DC) (DC) 和交流值和交流值 (AC) (AC)l l信号的噪声值和噪声是否随时间变化信号的噪声值和噪声是否随时间变化4示示波波器器发发展展过过程程波波第二章第二章示波器发展过程示波器发展过程5几个重要阶段初期主要为模拟示波器初期主要为模拟示波器廿世纪四十年代是电子示波器兴起的时代，雷达和电视的开发需要性廿世纪四十年代是电子示波器兴起的时代，雷达和电视的开发需要性能良好的波形观察工
4、具，泰克成功开发带宽能良好的波形观察工具，泰克成功开发带宽10MHz10MHz的同步示波器，的同步示波器，这是近代示波器的基础这是近代示波器的基础中期数字示波器独领风骚中期数字示波器独领风骚 进入九十年代，数字示波器除了提高带宽到进入九十年代，数字示波器除了提高带宽到1GHz1GHz以上，更重要的是它以上，更重要的是它的全面性能超越模拟示波器。出现所谓数字示波器模拟化的现象，的全面性能超越模拟示波器。出现所谓数字示波器模拟化的现象，换句话说，尽量吸收模拟示波器的优点，使数字示波器更好用换句话说，尽量吸收模拟示波器的优点，使数字示波器更好用数字示波器要有模拟功能数字示波器要有模拟功能 数字示波器
5、作出模拟效果，克服数字示波器的缺陷数字示波器作出模拟效果，克服数字示波器的缺陷数字荧光示波器数字荧光示波器 数字荧光示波器（数字荧光示波器（DPODPO）为示波器系列增加了一种新的类型，能实时显为示波器系列增加了一种新的类型，能实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息：幅度、时间和整个时间示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息：幅度、时间和整个时间的幅度分布。的幅度分布。数字采样示波器数字采样示波器 示示波波器器发发展展过过程程6波波第三章第三章波波7几种典型的波几种典型的波：几种典型的波：正弦波正弦波方波和矩形波方波和矩形波三角波和锯齿波三角波和锯齿波阶跃波和脉冲波阶跃波和脉冲波调幅波和调频
6、波调幅波和调频波波波8调幅波 调幅又程为振幅调制。它是用调幅信号去控制高频载调幅又程为振幅调制。它是用调幅信号去控制高频载波的振幅波的振幅V V，使其随调制信号的变化而变化。，使其随调制信号的变化而变化。波波F(t)=E(1+mcosF(t)=E(1+mcost)cosabtt)cosabt调幅波调幅波载波载波调制波调制波9调频波 调频又称频率调制。它是用调制信号去控制高频载波调频又称频率调制。它是用调制信号去控制高频载波信号的角频率，使其随调试信号变化而变化。信号的角频率，使其随调试信号变化而变化。 波波F(t)=Ecos(F(t)=Ecos(t+msint+msint)t)调幅波调幅波载波
7、载波调制波调制波10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。不同频率的谐波分量组成。例如：方波是由基波以及例如：方波是由基波以及3，5，7，9次谐波分量递加而成。次谐波分量递加而成。1次（基波）次（基波）3次次5次次7次次方波方波(2500次次)F(x)=2E/(sin(t)+1/3sin(3t)+1/5sin(5t)+1/7sin(7t)+)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。
8、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，波形对于脉冲波占空比越小，波形所含谐波就越多，所含谐波就越多，谐波频率分量也谐波频率分量也越高。越高。波波11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。以上谐波为影响波形的重要因素选择示波器带宽。正弦波正弦波无谐波分量无谐波分量方方波波1:9三角波三角波1:3脉冲波（占空比脉冲波（占空比
9、50）1:9脉冲波（占空比脉冲波（占空比25）1:14脉冲波（占空比脉冲波（占空比10）1:26波波12波形的测量频率和周期频率和周期 波波频率和周期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（不断重复的信号具有频率特性。频率的单位是赫兹（HzHz），），表示一秒时间内信号重复的次数。成为周期每秒。重复信号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，即期和频率互为倒数关系，即1/ 1/ 周期等于频率，同理周期等于频率，同理1/ 1/ 频率频率等于周期
10、。等于周期。13波形的测量电压电压 波波电压电压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，则称为电压的峰值电压值，则称为电压的峰值- - 峰值。峰值。有效值是峰峰值的有效值是峰峰值的0.7070.707倍。倍。我我们平平时说的的220V220V市市电，是有效，是有效值。 14波形的测量幅度幅度 波波幅度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
11、最大电压。如图所示的波形的幅度为电压为参考时的最大电压。如图所示的波形的幅度为1V1V，而，而电压的峰值电压的峰值- - 峰值为峰值为2V2V。15波形的测量相位相位 波波相位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。一个圆的度数是动的。一个圆的度数是360360，而正弦波的一个周期也是，而正弦波的一个周期也是360360。为描述经过的周期数，可以参照正弦波的相位的角。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，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
12、为标号为“电流电流”的波形比标号为的波形比标号为“电压电压”的波形超前的波形超前9090，因为两者到达同一点刚好相差因为两者到达同一点刚好相差1/4 1/4 周（周（360o/4 = 90360o/4 = 90）。）。在电子学中，相移比较普遍。在电子学中，相移比较普遍。16波形的捕获 波波波形捕获率也就是波形刷新率波形捕获率也就是波形刷新率，已经成为考核一台示波器的，已经成为考核一台示波器的重要参数之一；重要参数之一；对于示波器来说，波形捕获率高，就能够组织更大数据量的对于示波器来说，波形捕获率高，就能够组织更大数据量的波形质量信息，尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常信号下波形质量信息，尤其是在
13、动态复杂信号和隐藏在正常信号下的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。17波形的刷新率 波波1000/s 以上的刷新率100/s 200/s 的刷新率高达每秒高达每秒1K以上的刷新率以上的刷新率18示示波波器器带带宽宽第四章第四章 示波器带宽示波器带宽19概念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，信号的幅度下降到率的增加，信号的幅度下降到3dB(70.7)，此时
14、的频率点称为示，此时的频率点称为示波器的带宽。波器的带宽。幅频特性曲线0dB(100%)-3dB(70.7%)仪器带宽fV示示波波器器带带宽宽20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。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
15、具体表现在以下两方面：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。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。低带宽给波形的上升时间和幅度的测量带来较大的误差。示示波波器器带带宽宽21带宽对波形的影响下列图示为一个下列图示为一个10MHz的方波在的方波在200MHz带宽和带宽和10MHz带宽示波器上带宽示波器上的显示效果图。的显示效果图。正确失真200M带宽10M带宽-3dB70.7%示示波波器器带带宽宽22数字滤波滤波包括模拟滤波和数字滤波，其
16、作用是通过率除某个频率范围滤波包括模拟滤波和数字滤波，其作用是通过率除某个频率范围的谐波分量，从而使观测的波形更加完美。的谐波分量，从而使观测的波形更加完美。模拟滤波主要通过硬件来完成滤波目的。数字滤波是指对采样的模拟滤波主要通过硬件来完成滤波目的。数字滤波是指对采样的一组数据通过数学运算达成滤波的目的。一组数据通过数学运算达成滤波的目的。低通：率除高于设定频率上限的谐波分量。带宽限制就是一个低通：率除高于设定频率上限的谐波分量。带宽限制就是一个20MHz的低通模拟滤波器；示波器本身的带宽就也是一个低通滤波的低通模拟滤波器；示波器本身的带宽就也是一个低通滤波器。器。高通：率除低于设定频率下限的
17、谐波分量。高通：率除低于设定频率下限的谐波分量。带通：率除频率上限和频率下限之外的谐波分量。带通：率除频率上限和频率下限之外的谐波分量。带阻：率除频率上限和频率下限之间的谐波分量。带阻：率除频率上限和频率下限之间的谐波分量。示示波波器器带带宽宽23数字滤波幅频特性 低通低通示示波波器器带带宽宽频率上限频率上限-3dB 高通高通 带阻带阻 带通带通-3dB频率下限频率下限-3dB频率下限频率下限频率上限频率上限-3dB频率下限频率下限频率上限频率上限.频率上限频率上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频率下限频率下限频率下限24带宽与上升时间上升时间通常定义为信号从上升跳变
18、沿的上升时间通常定义为信号从上升跳变沿的10到到90的时间长度。的时间长度。示波器的上升时间则与其带宽有直接关系，其关系式如下：示波器的上升时间则与其带宽有直接关系，其关系式如下：T上升上升0.35/示波器带宽（示波器带宽（1GHZ以下）以下）90%10%上升时间示示波波器器带带宽宽25带宽与上升时间例：一个100Mhz方波上升时间为3.5ns的信号，使用100Mhz的示波器系统进行测量，根据上述公式计算显示信号与被测信号的误差为：100Mhz示波器上升时间350/100Mhz3.5ns仪器显示的信号上升时间 3.5ns23.5ns2 4.95ns测量误差（4.95ns3.5ns）/ 3.5n
19、s0.41441改善和提高测量精度只能提高示波器系统带宽，如选择比信号上升时间高5倍的示波器,测量误差为：500Mhz示波器系统上升时间为350 / 500Mhz0.7ns 仪器显示的信号上升时间 3.5ns20.7ns2 3.569ns测量误差（3.569ns3.5ns）/ 3.5ns0.01982（选择示波器的5倍法则）示示波波器器带带宽宽26带宽与最高频率5 5 倍准则倍准则 (The 5 times rule) (The 5 times rule)示波器所需带宽被测信号的最高频率成分示波器所需带宽被测信号的最高频率成分 5 5测定示波器带宽的方法：在具体操作中准确表征信号幅度，并运用测
20、定示波器带宽的方法：在具体操作中准确表征信号幅度，并运用5 5倍倍准则。使用五倍准则选定的示波器的测量误差将不会超过准则。使用五倍准则选定的示波器的测量误差将不会超过/ /2%2%，对今天的操作来说已经足够。然而，对今天的操作来说已经足够。然而， 随着信号速率的增加，这随着信号速率的增加，这个经验准则将不再适用。记住，带宽越高，再现的信号就越准确个经验准则将不再适用。记住，带宽越高，再现的信号就越准确示示波波器器带带宽宽27探头对波形的影响探头和示波器共同组成一个测量系统，探头的带宽和上升时间关系到探头和示波器共同组成一个测量系统，探头的带宽和上升时间关系到整个测量系统的带宽和上升时间。整个测
21、量系统的带宽和上升时间。RT(上升时间上升时间)0.35/BWBW系统系统BW示波器示波器2BW探头探头2RT系统系统RT示波器示波器2RT探头探头2RT测量测量RT系统系统2RT信号信号2误差（误差（RT）（）（RT信号信号RT测量测量）/RT信信号号由上式可知，当探头带宽过低时（低于示波器的带宽）将影响到由上式可知，当探头带宽过低时（低于示波器的带宽）将影响到整个测量系统的带宽，从而影响信号的一些测量参数的精确度。整个测量系统的带宽，从而影响信号的一些测量参数的精确度。在实际测量高频信号时，为保证测量的精确度，需将探头设置在实际测量高频信号时，为保证测量的精确度，需将探头设置10X，原因是
22、，原因是1X时探头的带宽只有时探头的带宽只有6MHz。示示波波器器带带宽宽28带宽限制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，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。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。示示波波器器带带宽宽29采采样样第五章第五章 采样原理采样原理30采样过程 等间隔进行采样及等间隔进行采样及A/D转换转换顺序存储采样数据顺序存储采样数据 读取采
23、样数据以构建波形读取采样数据以构建波形采采样样31实时采样 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，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它要求采样率至少为被测波形最高频率分量的5 5倍。倍。 如上图所示，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。成一个采样过程。采采样样32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
24、与复波形。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。原已捕捉的样本点组合到一起。 如上图所示，如上图所示， 第第1 1，2 2，3 3次触发事件所采样的数据点，次触发事件所采样的数据点，1 1，2 2，3 3次触发相互间隔错开。次触发相互间隔错开。采采样样33采样特点等效采样等效采样 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。可以达到高采样率采样。不可对非周期信号进行等效采样。（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进行单次触发时得设置采样方式为实时采样方式为实时采样）实时采样
25、实时采样不仅是重复信号，对于非重复性信号非常适合。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。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。观测信号。采采样样34波形重建波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。线性内插：在相邻采样点直接连接上直线，局限于直边缘信号。线性内插：在相邻采样点直接连接上直线，局限于直边缘信号。正正弦弦内内插插：（SinX/xSinX/x）利利用用曲曲线线来来连连接接样
26、样点点，通通用用性性更更强强。它它利利用用数数学学处处理理，在在实实际际样样点点间间隔隔中中运运算算出出结结果果。这这种种方方法法弯弯曲曲信信号号波波形形，使使之之产产生生比比纯纯方方波波和和脉脉冲冲更更为为现现实实的的普普通通波波形形。sin sin x/x x/x 正正弦弦内内插插发复现信号。发复现信号。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。信号。 采采样样35采样方式 采样方式包括普通、平均、峰值检测、包络、模拟等采样方式包括普通、平均、峰值检测、包络、模拟等多种方式，其各有自身特点和作用方式。多种方
27、式，其各有自身特点和作用方式。 普通普通是最常用的一种采样方式。它是指示波器直接通是最常用的一种采样方式。它是指示波器直接通过采样点来构建波形。过采样点来构建波形。 平均平均是指示波器通过对多次触发采样点进行算术平均是指示波器通过对多次触发采样点进行算术平均后再构建波形，其作用是消除波形中一些随机噪声。后再构建波形，其作用是消除波形中一些随机噪声。 峰值检测峰值检测是指示波器即使在低时基档位时，也以高采是指示波器即使在低时基档位时，也以高采样率进行采样，其主要作用是捕捉低频信号中夹杂的高样率进行采样，其主要作用是捕捉低频信号中夹杂的高频分量，以及防止波形混淆。频分量，以及防止波形混淆。 包珞包
28、珞是指在采样间隔内，同时存储波形的最大和最小是指在采样间隔内，同时存储波形的最大和最小值，以便于察看波形的变化和抖动。值，以便于察看波形的变化和抖动。 模拟模拟是指通过数学运算，以颜色表示屏幕上某一点波是指通过数学运算，以颜色表示屏幕上某一点波形出现的概率，以显示模拟示波器的显示效果。形出现的概率，以显示模拟示波器的显示效果。采采样样36存储深度 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存储深度与采样的联系: : 波形存储时间存储深度波形存储时间存储深度/ /采样率采样率 从上式可以看出波形存储时间与采样率成反比关系，存
29、储深度固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），存储的时间越短定的情况下，采样率越高（时基档位越高），存储的时间越短采采样样存储深度（存储深度（4K）当前屏幕（当前屏幕（2.4K）37混淆 混淆是指当采样率低于实际信号最高频率混淆是指当采样率低于实际信号最高频率2 2倍（耐奎斯特频率）时倍（耐奎斯特频率）时所出现的一种现象。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。频率低于实际信号频率。这种信号频率与实际信号不同，它却能表这种信
30、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。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：抑制混淆的方法： 打开混淆抑制。打开混淆抑制。 手动较小时基，提高采样率。手动较小时基，提高采样率。采采样样实际信号实际信号混淆信号混淆信号38第六章第六章 触发触发示示波波器器的的触触发发39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次扫描或采集的波形就同步，
31、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叠，从而显示稳定的波形，或保证单次信号的捕获 触触发是使重复信号是使重复信号稳定定显示示 对单次信号次信号进行捕行捕获 对重复信号中的异常波形和重复信号中的异常波形和单次事件中的特殊波形次事件中的特殊波形进行隔离捕行隔离捕获 示示波波器器的的触触发发40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：常用的还是边沿触发：
32、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。输出。示示波波器器
33、的的触触发发41触发位置数字示波器的一个最显著特点在于它容许用户观看触发位置之前数字示波器的一个最显著特点在于它容许用户观看触发位置之前的事件，其称之为预触发。这是因为数据被连续地存储到内存中，的事件，其称之为预触发。这是因为数据被连续地存储到内存中，直到触发事件发生，并且采样数据达到存储深度一次触发结束为止。直到触发事件发生，并且采样数据达到存储深度一次触发结束为止。触发点之后的数据称之为延迟触发。同时可以变更触发位置，以触发点之后的数据称之为延迟触发。同时可以变更触发位置，以改变延迟触发和预触发的数据长度。改变延迟触发和预触发的数据长度。示示波波器器的的触触发发预触发预触发延迟触发延迟触发
34、42触发模式自动自动：即使没有触发，自动模式也能引起示波器的扫描。如果没有：即使没有触发，自动模式也能引起示波器的扫描。如果没有信号的输入，示波器中的定时器触发扫描。有信号显示信号，没有信号的输入，示波器中的定时器触发扫描。有信号显示信号，没有信号显示水平基线。信号显示水平基线。普普通通：当当输输入入信信号号不不能能满满足足触触发发条条件件时时，不不扫扫描描，示示波波器器没没有有任任何何显显示示。只只有有当当输输入入信信号号满满足足设设置置的的触触发发点点条条件件时时，才才进进行行扫扫描描，并并将将最最后后捕捕获获到到的的信信号号冻冻结结显显示示在在屏屏幕幕上上。如如符符合合触触发发条条件件，
35、再再次次进进行捕获，清除上次信号，保留冻结此次的波形。行捕获，清除上次信号，保留冻结此次的波形。单单次次：当当输输入入的的单单次次信信号号满满足足触触发发条条件件时时，进进行行捕捕获获（扫扫描描），将将波波形形存存储储和和显显示示在在屏屏幕幕上上。此此时时再再有有信信号号输输入入示示波波器器不不予予理理会会。需需要进行再次捕获必须进行单次设置。要进行再次捕获必须进行单次设置。注：在实际应用中，采用普通触发模式即使触发以很慢的速率发生，注：在实际应用中，采用普通触发模式即使触发以很慢的速率发生，也能观测感兴趣的内容。对低重复的信号捕获是非常有意义也能观测感兴趣的内容。对低重复的信号捕获是非常有意
36、义示示波波器器的的触触发发43触发耦合由于示波器的输入信号经放大器分两路，一路进入由于示波器的输入信号经放大器分两路，一路进入A/D采样器；采样器；一路到触发电路，形成触发信号。一路到触发电路，形成触发信号。触发耦合是触发信号与触发电路的耦合方式，就像垂直系统输入触发耦合是触发信号与触发电路的耦合方式，就像垂直系统输入一样，可为触发信号选择各种耦合方式。正确的选择触发耦合可使一样，可为触发信号选择各种耦合方式。正确的选择触发耦合可使示波器稳定触发。耦合方式：示波器稳定触发。耦合方式：DC耦合耦合：触发信号直接连到触发电路：触发信号直接连到触发电路交流耦合：触发源通过一个串联的电容连到触发电路起
37、到隔直作交流耦合：触发源通过一个串联的电容连到触发电路起到隔直作用用HF抑制抑制：使触发信号通过低通滤波器以抑制高频分量，这意味即：使触发信号通过低通滤波器以抑制高频分量，这意味即使一个低频信号中包含很多高频噪声，仍能使其按低频信号触使一个低频信号中包含很多高频噪声，仍能使其按低频信号触发。发。LF抑制抑制：使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成分。：使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成分。这意味即使一个高频信号中包含很多低频噪声，仍能使其按低这意味即使一个高频信号中包含很多低频噪声，仍能使其按低频信号触发。这对于显示包含很多电源交流信号时情况是很有频信号触发。这对于显示包含很多
38、电源交流信号时情况是很有用处的。用处的。示示波波器器的的触触发发44脉宽触发 脉宽触发是让示波器通过寻找波形中比其它脉冲宽、窄或相等的脉宽触发是让示波器通过寻找波形中比其它脉冲宽、窄或相等的脉冲来确认脉冲宽度触发。脉冲来确认脉冲宽度触发。 如上图，由于信号在波形的沿上都具有触发点，如果采用正常的如上图，由于信号在波形的沿上都具有触发点，如果采用正常的边沿触发方式将无法准确捕捉到关心的异常脉宽的信号。边沿触发方式将无法准确捕捉到关心的异常脉宽的信号。采用脉宽触发功能，监视脉冲宽度，通过与设置脉宽进行比较采用脉宽触发功能，监视脉冲宽度，通过与设置脉宽进行比较（、=），达到捕捉异常脉冲的功能。），达
39、到捕捉异常脉冲的功能。触发电平关心信号关心信号示示波波器器的的触触发发45视频标准 有有 4 4 种电视（种电视（TVTV）触发工作方式：）触发工作方式：525 (NTSC525 (NTSC或或PAL-M)PAL-M)、625(PAL625(PAL或或SECAM)SECAM)、 875 (High Definition Zenith 875 (High Definition Zenith 标准标准) )和用户自定义标和用户自定义标准。准。 上图表示一帧的视频信号，黄色代表奇数行信号，蓝色代表偶数上图表示一帧的视频信号，黄色代表奇数行信号，蓝色代表偶数行。所有奇数行组成一个奇数场，偶数行组成偶数
40、场，并且在奇偶行。所有奇数行组成一个奇数场，偶数行组成偶数场，并且在奇偶场的开头有一个场同步，作为判断奇偶场的条件。场的开头有一个场同步，作为判断奇偶场的条件。.示示波波器器的的触触发发46视频触发场 视频触发用于捕获电视设备中复杂的电视（视频触发用于捕获电视设备中复杂的电视（TVTV）波形。触发电路）波形。触发电路检测波形的垂直间距，并在触发前判断信号是否满足奇数或偶数场检测波形的垂直间距，并在触发前判断信号是否满足奇数或偶数场同步信号标准。同步信号标准。奇数场同步信号偶数场同步信号示示波波器器的的触触发发47视频触发行 触发电路检测波形的垂直间距，并在触发前以视频场同步为基准触发电路检测波
41、形的垂直间距，并在触发前以视频场同步为基准对您选择的视频行进行计数，使示波器稳定触发于指定视频行。对您选择的视频行进行计数，使示波器稳定触发于指定视频行。 视频信息就是由视频标准个数个上述行组成的。视频信息就是由视频标准个数个上述行组成的。第n行同步信号色同步信号第n行信息示示波波器器的的触触发发48触发释抑 一组序列脉冲在采用正常的边沿触发方式下，由于每次触发时，一组序列脉冲在采用正常的边沿触发方式下，由于每次触发时，触发点位于不同脉冲的上升沿上，因此波形显示混乱。触发点位于不同脉冲的上升沿上，因此波形显示混乱。 触发点,分别表示不同的触发点。,分别对应,不同触发点所采集的波形。正常触发的显
42、示效果图一组脉冲序列示示波波器器的的触触发发49触发释抑 触发释抑通过控制释抑时间触发释抑通过控制释抑时间触发电路重新启动的时间，可使触发电路重新启动的时间，可使复杂的波形稳定显示。如下图，使用触发释抑让触发点总是位于脉复杂的波形稳定显示。如下图，使用触发释抑让触发点总是位于脉冲序列的某个同一脉冲上。冲序列的某个同一脉冲上。 触发点,分别表示不同的触发点。,分别对应,不同触发点所采集的波形。触发释抑，波形稳定显示释抑时间示示波波器器的的触触发发50李李萨萨育育图图形形李萨育图形 李莎育图形是以通道李莎育图形是以通道1 1来表示来表示x x轴，通道轴，通道2 2来表示来表示y y，可通过李莎育，
43、可通过李莎育图形来定性观察两通道之间的相位差。下表列出图形与相位的关系：图形来定性观察两通道之间的相位差。下表列出图形与相位的关系： 测量相位差的另一种方法：通过自动测量两通的延迟测量相位差的另一种方法：通过自动测量两通的延迟波形波形频率频率2pi。51FFT快快速速傅傅立立叶叶变变换换FFTFFT的基本原理的基本原理 使用示波器在时域中观察和测量波形，其中垂直轴为幅度，而使用示波器在时域中观察和测量波形，其中垂直轴为幅度，而水平轴为时间。对绝大多数波形来说，这是最好的观察方法。但有时水平轴为时间。对绝大多数波形来说，这是最好的观察方法。但有时您还想了解波形的频率含量。于是提出了傅立叶变化建立
44、时域和频域您还想了解波形的频率含量。于是提出了傅立叶变化建立时域和频域的数学相关关系：的数学相关关系：V(f)=V(f)= v(t)e v(t)e-j2-j2ftft dt dt ( (连续连续) )X Xk k = = x xi ie e-j2-j2ik/Nik/N（离散）（离散） 上式是一个上式是一个DFTDFT，需要大量的数学运算，速度很慢。从而出现，需要大量的数学运算，速度很慢。从而出现FFTFFT数学算法，两者差别如下：数学算法，两者差别如下： DFTDFTN N2 2FFTFFTNlogNlog2 2N N-N-1N-1i=0i=052FFT快快速速傅傅立立叶叶变变换换选择窗函数
45、绝大多数测量都要求使用窗函数，如绝大多数测量都要求使用窗函数，如 Hanning Hanning 或或 Rectangular Rectangular窗函数。窗函数。 它们都适合典型的频率分析测量。选择这两种窗函数要它们都适合典型的频率分析测量。选择这两种窗函数要在频率分辨率和幅度准确度间进行权衡。在频率分辨率和幅度准确度间进行权衡。窗窗 优点优点缺点缺点HanningHanning频率分辨率较好频率分辨率较好幅度准确度较差幅度准确度较差HammingHamming幅度准确度较好幅度准确度较好频率分辨率较差频率分辨率较差RectangleRectangle频率分辨率最好频率分辨率最好幅度准确度
46、最差幅度准确度最差BlackmanBlackman副值分辨率最好副值分辨率最好频率分辨率最差频率分辨率最差 -53第七章第七章 探头探头示示波波器器的的探探头头54探探头头理想的探头理想的探头 探头是在一个测试点或信号源和一台示波器之间做的物理及电路的连探头是在一个测试点或信号源和一台示波器之间做的物理及电路的连接，探头对于被测回路，必须有最小的影响，同时对想要测量地信接，探头对于被测回路，必须有最小的影响，同时对想要测量地信号应保证足够的保真度。号应保证足够的保真度。 在理想世界中，理想的探头将提供下列关键的属性：连接简单和便利在理想世界中，理想的探头将提供下列关键的属性：连接简单和便利绝对
47、的信号保真度零信号源极负载完全的噪音抗扰性绝对的信号保真度零信号源极负载完全的噪音抗扰性实际上，实际上，一根一根 100 MHz 100 MHz 探探头或示波器被或示波器被设计为在高至在高至 100 MHz 100 MHz 的的频率范率范围内内进行行测量。在信号量。在信号频率高于指定率高于指定带宽时进行行测量会量会导致不致不可可预知的知的测量量结果。果。为了合理精确地了合理精确地测量脉冲上升或下降量脉冲上升或下降时间，探，探头和示波器的上升和示波器的上升时间之和之和应该是是 3 35 5 倍倍快于被快于被测脉冲脉冲 55探探头头动态范范围限制限制 所有的探头应该有不应超过的高电压安全限制。所有
48、的探头应该有不应超过的高电压安全限制。对于无源探头来说，这个限制能从对于无源探头来说，这个限制能从几百伏特几百伏特延伸到延伸到几千伏特几千伏特。然而，。然而，对于有源探头，最大的安全电压限制经常是对于有源探头，最大的安全电压限制经常是几十伏特几十伏特。为了避免个人安全上的危险及潜在的损坏探头的危险，知道被测量的为了避免个人安全上的危险及潜在的损坏探头的危险，知道被测量的电压范围及需要使用的探头的电压限制，是明智的选择。电压范围及需要使用的探头的电压限制，是明智的选择。一根一根 1X 1X 探头探头( 1 ( 1 倍增益探头倍增益探头) )，它的动态测量范围同示波器一样。对，它的动态测量范围同示
49、波器一样。对于上面的例子，这将是于上面的例子，这将是4mV 4mV 到到40V 40V 范围内的信号测量。但是，如果范围内的信号测量。但是，如果你需要测量一个超过你需要测量一个超过40V 40V 的信号时该怎么办？你可以通过使用一个的信号时该怎么办？你可以通过使用一个衰减探头，从而扩展示波器的动态范围至更高的高电压。例如一根衰减探头，从而扩展示波器的动态范围至更高的高电压。例如一根 10X 10X 探头，将扩展动态测量范围至探头，将扩展动态测量范围至40 mV 40 mV 到到400V400V。它衰减输入信号。它衰减输入信号1010倍，有效地在增大了示波器的测量范围。倍，有效地在增大了示波器的
50、测量范围。 56探探头头补偿你的探你的探头 大多数探头被设计为匹配特定的示波器的输入电路。然而，不同的示大多数探头被设计为匹配特定的示波器的输入电路。然而，不同的示波器之间有细微的变化，甚至在同一示波器的不同的输入通道之间波器之间有细微的变化，甚至在同一示波器的不同的输入通道之间也有。为了处理这一问题，许多探头，特别是衰减探头也有。为了处理这一问题，许多探头，特别是衰减探头( 10X ( 10X 和和 100X 100X 探头探头) )，有内建的补偿网络。，有内建的补偿网络。探头补偿，遵循下列过程：探头补偿，遵循下列过程：1 . 1 . 把探头接入示波器。把探头接入示波器。2. 2. 把探头尖
51、接入示波器前面板上的探头补偿测试点。把探头尖接入示波器前面板上的探头补偿测试点。3. 3. 使用探头自带的调整工具或其他无感调节工具，来调节补偿网络，使用探头自带的调整工具或其他无感调节工具，来调节补偿网络，从而获得一个标准波形，这一波形应当具有平直的顶部，不能有过从而获得一个标准波形，这一波形应当具有平直的顶部，不能有过冲及圆弧冲及圆弧57探探头头探探头分分类 l l无源无源电压探探头 无源探无源探头由由电线和接和接头组成，并且，当需要成，并且，当需要补偿或衰减或衰减时，还有有电阻阻器与器与电容器。探容器。探头没有有源的部件没有有源的部件- -晶体管或放大器，并且不需供晶体管或放大器，并且不
52、需供电源源给探探头。常用无源探。常用无源探头的最大的最大测量的量的电压大大约在在400400500 500 伏特伏特附近附近( (直流直流+ + 交流峰交流峰值) )。 58探探头头探探头分分类 l l有源电压探头有源电压探头有源探头通常包含有源器件，例如晶体管。通常，有源设备是一只场有源探头通常包含有源器件，例如晶体管。通常，有源设备是一只场效应晶体管效应晶体管( FET )( FET )有源的场效应管探头一般具有从有源的场效应管探头一般具有从500 500 兆赫至高兆赫至高达达 4 GHz 4 GHz 的带宽。有源探头的线性动态范围通常是从的带宽。有源探头的线性动态范围通常是从 0.6 V
53、 0.6 V 到到10V10V。 l l差分探头差分探头差分信号是相互作差分信号是相互作为参考，而不是以地参考，而不是以地为参考参考 59探探头头探探头分分类 l l高压探头高压探头 我们可以定义高压为：任一超过典型通用的我们可以定义高压为：任一超过典型通用的10X 10X 无源探头安全使用无源探头安全使用的电压。的电压。 另一方面，高压探头能测量的电压最大高达另一方面，高压探头能测量的电压最大高达 20 20，000 000 伏特。伏特。如图：如图：20kV20kV直流电，直流电，40KV40KV脉冲，带宽脉冲，带宽7575兆兆HZHZ60探探头头探探头分分类 l l电流探头电流探头电流通流
54、通过导线引起引起导线周周围电磁磁场的形成。的形成。电流探流探头感感应这一一场的的强强度，度， 并且并且转换为电压信号由示波器信号由示波器测量量 61探探头头探探头分分类 l l光电探头光电探头光电探头就是一个光电转换器。在光学一侧，探头的选择必须匹配专光电探头就是一个光电转换器。在光学一侧，探头的选择必须匹配专用的光学连接器和被测量设备的光纤类型或光学模式。在电学一侧，用的光学连接器和被测量设备的光纤类型或光学模式。在电学一侧，遵循标准的探头与示波器匹配标准。遵循标准的探头与示波器匹配标准。其他探头类型。其他探头类型。除了上述所列的除了上述所列的“标准的标准的”探头类型，也有许多特别的探头及探
55、头系探头类型，也有许多特别的探头及探头系统。包括：统。包括： l l抗恶劣环境探头，它被设计为可以超过一个很宽的温度抗恶劣环境探头，它被设计为可以超过一个很宽的温度范围内操作。范围内操作。 l l温度探头，它被设计为用来测量器件和热量产生单元的温度探头，它被设计为用来测量器件和热量产生单元的温度。温度。 l l用于探测微距设备如多片模块、混合电路、集成电路等用于探测微距设备如多片模块、混合电路、集成电路等所用的探测站和有探头伸缩臂所用的探测站和有探头伸缩臂62探探头头探探头对电路的影响对电路的影响地环路自感等效电路地环路自感等效电路63探探头头地环路自感的品质因数地环路自感的品质因数地环路为R
56、LC环路,其品质因数Q可以按下式计算:其中Rs为信号源输出阻抗.较小的Rs将导致在处产生较强的谐振,影响截止频率高于fr的信号测量结果64探探头头减小地环路自感的方法减小地环路自感的方法示波器探头的地环路自感严重影响测量信号上升时间,并可能导致谐振减小地环路面积是减小地环路自感最有效的方法65探探头头地环路可用作检测器地环路可用作检测器地环路可以用作电磁波检测器,以检测电路中电磁辐射源的位置66第八章第八章 接口接口示示波波器器的的接接口口67接接口口接口概念接口概念在很多情况下，我们需要把示波器数据传往在很多情况下，我们需要把示波器数据传往PC机，而在另一些情况下，机，而在另一些情况下，我们可能希望用我们可能希望用PC机来对示波器进行控制，这两种情况都要求示波机来对示波器进行控制，这两种情况都要求示波器具有通讯能力，也就是说，示波器必须装有通讯硬件及支持软件，器具有通讯能力，也就是说，示波器必须装有通讯硬件及支持软件，我们称此通讯软硬件为我们称此通讯软硬件为“接口接口”。常用的接口有两种常用的接口有两种RS232接口接口通用接口总线通用接口总线GPIB，又又称为称为IEEE488总线总线68
