电子测量示波器.pptx

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1、 4.1 4.1 概述概述 4.2 CRT4.2 CRT显示原理显示原理 4.3 4.3 通用示波器通用示波器 4.4 4.4 取样示波器取样示波器 4.5 4.5 数字示波器数字示波器第1页/共143页从本章开始将介绍几种从本章开始将介绍几种图示式仪器图示式仪器，从三个方面去进行研究，即，从三个方面去进行研究，即时域时域反映的幅度反映的幅度U U与时间与时间T T的关系的关系( (如如示波器示波器) )、频域反映的幅度、频域反映的幅度U U与频率与频率F F的关系的关系( (如频谱仪如频谱仪) )及调制域。及调制域。T T图图 调频波频谱图调频波频谱图F FU U调制域调制域频域频域时域时域

2、第2页/共143页4.1 4.1 概述概述 示波器的特点和用途示波器的特点和用途 它是一种用荧光屏显示电量随时间变化过程它是一种用荧光屏显示电量随时间变化过程的电子测量仪器。的电子测量仪器。 它能把人的肉眼它能把人的肉眼无法直接观察的电信号无法直接观察的电信号，转换转换成人眼能够成人眼能够看到的波形看到的波形，具体显示在示波屏，具体显示在示波屏幕上。幕上。第3页/共143页电子示波器的基本特点是： 能显示信号波形，可测量瞬时值，具有直观性。 输入阻抗高，对被测信号影响小。 工作频带宽，速度快，便于观察高速变化的波形的细节。 在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流量的函数关系，故可作为比较

3、信号用的高速XY记录仪。第4页/共143页 电子示波器除直接用于电量测试外，电子示波器除直接用于电量测试外，也可配以其他设备组成综合测量仪器。也可配以其他设备组成综合测量仪器。 电子示波器的电子示波器的主要用途是主要用途是： 观测电信号波形。观测电信号波形。 测量电压电流的幅度、频率、时间、测量电压电流的幅度、频率、时间、相位等电量参数。相位等电量参数。 显示电子网络的频率特性。显示电子网络的频率特性。 显示电子器件的伏安特性。显示电子器件的伏安特性。第5页/共143页 示波器的分类示波器的分类当前常用的示波器从技术原理上可分为：当前常用的示波器从技术原理上可分为： （1 1）模拟式模拟式通用

4、示波器通用示波器（采用单束示波管实现显示，当前（采用单束示波管实现显示，当前 最通用的示波器）。最通用的示波器）。 （2 2）数字式数字式数字存储示波器数字存储示波器（采用（采用A/DA/D、DSPDSP等技术实现等技术实现的数字化示波器）。的数字化示波器）。（1 1）中、低档示波器，带宽在中、低档示波器，带宽在60MHz60MHz以下以下。 （2 2）高档示波器，带宽在高档示波器，带宽在60MHz60MHz以上，大多在以上，大多在300MHz300MHz以下。以下。 更高档的有更高档的有1GHz1GHz2GHz2GHz以上。以上。 从性能上，按示波器的带宽可分为：从性能上，按示波器的带宽可分

5、为： 第6页/共143页1 1 模拟示波器模拟示波器 模拟示波器可分为通用示波器、多束示波模拟示波器可分为通用示波器、多束示波器、取样示波器、记忆示波器等。器、取样示波器、记忆示波器等。 通用示波器采用单束示波管，又可分为单踪、通用示波器采用单束示波管，又可分为单踪、双踪、多踪示波器。双踪、多踪示波器。 多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形都由单独的电子束扫描产生。的每个波形都由单独的电子束扫描产生。 取样示波器可以用较低频率的示波器测量高取样示波器可以用较低频率的示波器测量高频信号。频信号。第7页/共143页2 2 数字示波器 数字示波器将输

6、入信号数字化（时域取样和幅度量化）后，数字示波器将输入信号数字化（时域取样和幅度量化）后，经由经由D/AD/A转换器再重建波形。转换器再重建波形。 数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功能，又称为数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功能，又称为数字存数字存贮示波器贮示波器。 根据取样方式不同，数字示波器又可分为根据取样方式不同，数字示波器又可分为实时取样、随机取实时取样、随机取样和顺序取样样和顺序取样三大类。三大类。 第8页/共143页 示波器的组成示波器的组成 Y Y（垂直）通道（垂直）通道：引入被测信号。：引入被测信号。X X（水平）通道（水平）通道：主要产生与被测信号相适应的扫描锯齿波。：主

7、要产生与被测信号相适应的扫描锯齿波。显示屏显示屏：主要由阴极射线管组成，：主要由阴极射线管组成，常以常以CRT (Cathode Ray Tube)CRT (Cathode Ray Tube)表示，通常称为示波管。另外，表示，通常称为示波管。另外，液晶显示屏（液晶显示屏（LCDLCD）已经应用于）已经应用于示波器了。示波器了。 Y (Y (垂直垂直) )通通 道道X (X (水平水平) )通通 道道电源电源图图 示波器的基本组成示波器的基本组成显示屏显示屏第9页/共143页4.2 CRT4.2 CRT显示原理 CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，基本结构如下

8、图所示。 FKG1G2A1A2Y偏转板X偏转板辉度聚焦辅助聚焦+E-E荧光屏电子枪偏转系统荧光屏第10页/共143页示波管属于电真空器件，又称为示波管属于电真空器件，又称为阴极射线管（阴极射线管（CRTCRT）。KG1G2A1A2Y2X2F6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦UA1辅助聚焦后加速极A315KV电子枪偏转系统荧光屏Y1真空玻璃管图 阴极射线示波管Z Z轴轴第11页/共143页电子枪的作用是电子枪的作用是发射电子并形成强度可控制的很细的电子束。发射电子并形成强度可控制的很细的电子束。1.1.灯丝灯丝FF在交流低压在交流低压( (如如6.3V)6.3V)下使钨丝烧热下使钨丝烧热,

9、,用于加热阴极。用于加热阴极。2.2.阴极阴极KK是一个表面涂有氧化钡（其逸出功小，内部自由电子容易逸出）是一个表面涂有氧化钡（其逸出功小，内部自由电子容易逸出）的金属的金属 3.3.第一栅极第一栅极G1G1调节调节G1G1的电位可以调节示波器的亮度，常置于示波器的电位可以调节示波器的亮度，常置于示波器面板上供使用。面板上供使用。 当控制信号加于当控制信号加于G1G1，其，其亮度亮度可随之改变，则可以传递信息，称为示波器的可随之改变，则可以传递信息，称为示波器的Z Z轴轴电路。电路。4.4.第二栅极第二栅极G2G2隔离开隔离开G1G1和和A1A1，以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响。，以减小亮

10、度调节与聚焦调节的相互影响。5.5.第一阳极第一阳极A1A1与第二阳极与第二阳极A2A2构成一个电子透镜，对电子束起构成一个电子透镜，对电子束起聚焦聚焦作用。作用。 6.6.第二阳极第二阳极A2A2是个更大的同轴圆筒，其上电压较高，它主要与是个更大的同轴圆筒，其上电压较高，它主要与A1A1构成构成电子透镜。电子透镜。 7.7.第三阳极第三阳极A3A3具有上万伏的高压，用于对电子束加速，故也称具有上万伏的高压，用于对电子束加速，故也称后加速后加速阳极。阳极。 第12页/共143页 2 2 偏转系统偏转系统1 1静电偏转静电偏转-光点法光点法-用于示波用于示波器器2.2.磁偏转磁偏转-光栅法光栅法

11、-用于电视机、计算机显示器及示波器。用于电视机、计算机显示器及示波器。2yyyaLsyUh UbU图图 电子束的偏转电子束的偏转L LS SY YU Uy yU Ua a屏幕屏幕电子束电子束A A2 22yyyaLsyUh UbU比例系数称为示波管的偏转比例系数称为示波管的偏转因数，单位为因数，单位为cm/Vcm/V，它的倒，它的倒数数D Dy y1 1h hy y称为示波管的偏称为示波管的偏转灵敏度，单位为转灵敏度，单位为V/cmV/cm。偏。偏转灵敏度是示波管的重要参转灵敏度是示波管的重要参数数。第13页/共143页 示波管的偏转系统由两对相互垂直的平行示波管的偏转系统由两对相互垂直的平行

12、金属板组成，分别称为金属板组成，分别称为垂直偏转板和水平偏转垂直偏转板和水平偏转板板 。 当有外加电压作用时，偏转板之间形成电当有外加电压作用时，偏转板之间形成电场，场，电子束打向由电子束打向由X X、Y Y偏转板共同决定的荧光偏转板共同决定的荧光屏上的某个坐标位置。屏上的某个坐标位置。第14页/共143页3 3 荧光屏荧光屏 当电子束停止轰击荧光屏时，光点仍能保当电子束停止轰击荧光屏时，光点仍能保持一定的时间，这种现象称为持一定的时间，这种现象称为“余辉效应余辉效应”。 在示波管正面内壁涂上一层荧光物质，在示波管正面内壁涂上一层荧光物质，荧光物质将高速电子的轰击动能转荧光物质将高速电子的轰击

13、动能转变为光能，产生亮点。变为光能，产生亮点。 第15页/共143页余辉时间：余辉时间：当电子束从荧光屏上移去后，光点仍能在屏上保持当电子束从荧光屏上移去后，光点仍能在屏上保持一定的时间才消失。从电子束移去到光点亮度下降为原始值一定的时间才消失。从电子束移去到光点亮度下降为原始值的的1010，所延续的时间称为余辉时间，所延续的时间称为余辉时间 小于小于10s10s的为极短余辉；的为极短余辉； 不同荧光材料余辉时间不一样：不同荧光材料余辉时间不一样：10s10s1ms1ms为短余辉（通常是为短余辉（通常是蓝色蓝色，便于摄影感光）；，便于摄影感光）；1ms1ms0.1s0.1s为中余辉（通常为为中

14、余辉（通常为绿色绿色，眼睛不易疲劳）；，眼睛不易疲劳）； 0.1s0.1s1s1s为长余辉（通常是为长余辉（通常是黄色黄色）；）；第16页/共143页 注意：在使用示波器时，应避免电子束长时间的停留在荧光屏注意：在使用示波器时，应避免电子束长时间的停留在荧光屏的一个位置，否则将使荧光屏受损。的一个位置，否则将使荧光屏受损。因此在示波器开启后不使因此在示波器开启后不使用的时间内，可将用的时间内，可将“辉度辉度”调暗。调暗。第17页/共143页波形显示的基本原理 1 1显示随时间变化的图形显示随时间变化的图形（1 1）UxUx、UyUy为固定电压时，有下面四种情况：为固定电压时，有下面四种情况：

15、(a) Ux=0、Uy=0 (b) Ux=0、Uy=常量 第18页/共143页(c) Ux=常量、Uy=0 (d) Ux=常量、Uy=常量第19页/共143页（2 2）X X、Y Y偏转板上分别加变化电压，有下面两偏转板上分别加变化电压，有下面两种情况：种情况：Uy0123401324Uy-Uyt 第20页/共143页Ux0123401324Ux-Uxt第21页/共143页（3 3）Y Y偏转板加偏转板加正弦波信号电压，正弦波信号电压，X X偏转板加锯齿波偏转板加锯齿波电压电压Uy0123401324Uy-Uyt0UxtUx-Ux第22页/共143页2 2显示任意两个变量之间的关系显示任意两个

16、变量之间的关系 示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为李沙育（为李沙育（LissajousLissajous）图形，）图形，这种图形在相位和频这种图形在相位和频率测量中常会用到。率测量中常会用到。 t0123401234uytux01234。 第23页/共143页t0123401234uytux01234024。第24页/共143页3 3扫描的概念扫描的概念 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描扫描”。 第25页/共143页4 4同步的概念同步的概念 （1 1）Tx=nTy(nTx=nTy(n为正整数为正整数

17、) )：荧光屏上将稳定显示：荧光屏上将稳定显示n n个周期的被测信号波形。个周期的被测信号波形。 uyTyTxuxtt 第26页/共143页（2 2）T Tx xnTnTy y(n(n为正整数为正整数) )，即不满足同步关系时，显示的波形不稳定。，即不满足同步关系时，显示的波形不稳定。 第27页/共143页5 5连续扫描和触发扫描连续扫描和触发扫描 扫描电压是连续的方式称为连续扫描。 当欲观测脉冲信号，尤其是占空比很小的脉冲时，采用连续扫描存在一些问题：选择扫描周期等于脉冲重复周期时，难以看清脉冲波形的细节。 TsT=Tstt(a)被测脉冲(b)连续扫描，且T=Ts不能观测到脉冲细节第28页/

18、共143页选择扫描周期等于脉冲底宽时，观测者不易观察波形，而且扫描的同步很难实现。 Tstt(a)被测脉冲(c)连续扫描，且T=T=脉冲得到展宽，但波形显示暗，而时基线太亮第29页/共143页触发扫描，使扫描脉冲只在被测脉冲到来时才扫描一次；没有被测脉冲时，扫描发生器处于等待工作状态。第30页/共143页6 6扫描过程的增辉扫描过程的增辉 为了使回扫产生的为了使回扫产生的波形不在荧光屏上显示，波形不在荧光屏上显示，可以设法在扫描正程可以设法在扫描正程期间，给示波器增辉。期间，给示波器增辉。 t015234678012345678uytuxTyTx=2Ty第31页/共143页 示波器的基本组成；

19、示波器的基本组成； CRT CRT 的组成；的组成； CRTCRT的显示原理；的显示原理； 示波器的垂直（示波器的垂直（Y Y）通道；）通道；第32页/共143页4.3 4.3 通用示波器 通用示波器的组成通用示波器的组成 Y输 入电 路Y前 置放 大 器触 发 电 路延 迟 线Y后 置放 大 器水 平放 大 器扫 描发 生 器Y输 入外 触 发内外至 X偏 转 板至 Y偏 转 板校 准 信 号发 生 器低 压 电 源高 压 电 源电 源至 各 电 路正 高 压负 高 压X输 入校 准 信 号输 出第33页/共143页 示波器的示波器的Y(Y(垂直垂直) )通道通道 示波器的示波器的Y Y通道

20、的任务通道的任务是将被观测的信号尽量不失真地是将被观测的信号尽量不失真地加到示波管加到示波管Y Y偏转板上。偏转板上。 1.1.探头（探极）探头（探极）作用作用提高输入阻抗作用提高输入阻抗作用减小外界干扰减小外界干扰提高可测测电压幅度提高可测测电压幅度分类分类无源电压探头无源电压探头有源电压探头有源电压探头有源电流探头有源电流探头注意：注意：探头不能张冠李戴，必须配对使用探头不能张冠李戴，必须配对使用。否则。否则300MHz300MHz带带宽的示波器可能不到宽的示波器可能不到50MHz50MHz的效果。的效果。 高频示波器高频示波器第34页/共143页1)1)无源电压探头无源电压探头20pF2

21、0pF示波器示波器180pF180pF探头探头图图 通用示波器探极原理图通用示波器探极原理图输入电阻：输入电阻：1M10M1M10M输入电容：输入电容：180pF18pF180pF18pF展宽了频带展宽了频带分压比：分压比：10101 1扩展示波器的量程上限扩展示波器的量程上限第35页/共143页附加一个附加一个RLCRLC阻抗匹配网络，把工作频率上限提高到了阻抗匹配网络，把工作频率上限提高到了300300MHzMHz以上。以上。 图图 带有阻抗匹配时的无源探头带有阻抗匹配时的无源探头图图 源极跟随器式探头的基本电路源极跟随器式探头的基本电路第36页/共143页（1 1）输入耦合方式）输入耦合

22、方式 输入耦合方式设有输入耦合方式设有ACAC、GNDGND、DCDC三档选择开关。三档选择开关。观察交流信号时，置观察交流信号时，置“AC”AC”档。档。确定零电压时，置确定零电压时，置“GND”GND”档。档。观测频率很低的信号或带有直流分量的交流信号观测频率很低的信号或带有直流分量的交流信号 时，置时，置“DC”DC”档。档。 第37页/共143页c cACACDCDC50 50 1M1M 1M1M 地地20p20p730pf730pf. .第38页/共143页（2 2）输入衰减器）输入衰减器 图图 输入衰减器原理示意图输入衰减器原理示意图u ui iu uo oC C1 1C C2 2

23、R R1 1R R2 2对于直流或低频情况：对于直流或低频情况： 212oiuRuRR对于高频情况对于高频情况 212oiuZuZZ第39页/共143页当满足当满足 R R1 1C C1 1= =R R2 2C C2 2 能在很宽频率范围得到能在很宽频率范围得到最佳补偿最佳补偿，使信号不失真。，使信号不失真。 R R1 1C C1 1=R=R2 2C C2 2R R1 1C C1 1RR2 2C C2 2R R1 1C C1 1R1500MHz 1500MHz周期重复信号难以实现周期重复信号难以实现取样取样 2. 2. 单次、非周期信号单次、非周期信号难以观测（拍照）难以观测（拍照）存储存储

24、B BWW再提高受到下列因素的限制：再提高受到下列因素的限制：（1 1）受到示波管的上限工作频率的限制。）受到示波管的上限工作频率的限制。（2 2）受）受Y Y通道放大器带宽的限制；通道放大器带宽的限制；(3) (3) 受时基电路扫描速度的限制。受时基电路扫描速度的限制。 第92页/共143页4.5 4.5 取样示波器的基本原理取样示波器的基本原理 一取样的基本概念一取样的基本概念取样就是从被测波形上取得样点的过程取样就是从被测波形上取得样点的过程, ,以少量以少量间间 断的样点表征一个连续的完整的波形。断的样点表征一个连续的完整的波形。取样分为取样分为实时取样实时取样和和非实时取样非实时取样

25、两种。两种。第93页/共143页 实时取样示意图实时取样示意图 u ui i( (t t) )t tt tt tU Uo o( (t t) )图图 取样过程取样过程(a) (a) 输入信号输入信号(b) (b) 取样门与取样脉冲取样门与取样脉冲(c) (c) 取样信号取样信号U Uo o( (t t) )u ui i( (t t) )第94页/共143页输入信号输出信号Vi(t)Vo(t)取样脉冲p(t)取样门RCS第95页/共143页条件：周期信条件：周期信号号连绵不断连绵不断取样点间隔：取样点间隔： mTmT+t t左图左图 mm=1=1（每个（每个周期取一点）周期取一点）若若 mm=10

26、,=10,10001000则波形展得更宽则波形展得更宽第96页/共143页第97页/共143页TT取样输入()Tn mTt取样输入第98页/共143页步进间隔步进间隔tt与信号最高频率与信号最高频率f fh h应满足取样定理应满足取样定理非实时采样只适用于周期性信号。非实时采样只适用于周期性信号。 12htf第99页/共143页两对偏转板上两对偏转板上加什么样的电加什么样的电压呢压呢? ? 因要经过因要经过mtmt+t t的停的停留时间，然后跳至下留时间，然后跳至下一点。一点。 可见可见X X、Y Y偏转板上偏转板上都应该加阶梯波都应该加阶梯波第100页/共143页 取样示波器中的水平扫描信号

27、为阶梯波电压，取样示波器中的水平扫描信号为阶梯波电压，阶梯持续时间，阶梯数阶梯持续时间，阶梯数对应屏幕上对应屏幕上显示的不连续的光点数。显示的不连续的光点数。 第101页/共143页三、取样示波器的基本框图三、取样示波器的基本框图 Y Y通道的作用是在取样脉冲的作用下，把通道的作用是在取样脉冲的作用下，把高频信号变为低频信高频信号变为低频信号。号。延长电路起记忆作用，把每个取样信号幅度记录下来并延长电路起记忆作用，把每个取样信号幅度记录下来并展宽。展宽。 水平系统的主要任务是产生时基扫描信号，同时产生水平系统的主要任务是产生时基扫描信号，同时产生 t t步进延迟脉冲送步进延迟脉冲送Y Y轴系统

28、。轴系统。 第102页/共143页4.6 4.6 数字存储示波器 1 1数字存储示波器的组成原理数字存储示波器的组成原理 第103页/共143页2 2、数字示波器的工作原理数字示波器的工作原理其工作过程一般分为其工作过程一般分为 存储存储和和显示显示两个阶段。两个阶段。第104页/共143页第105页/共143页 当被测信号接入时当被测信号接入时 1 1、首先对摸拟量首先对摸拟量进行取样进行取样； 2 2、将取样点分别存贮于将取样点分别存贮于地址为地址为A A0 0A A1212的的1313个存贮单个存贮单元中；元中； 3 3、在显示时，、在显示时，取出取出DD0 0DD1212数据数据，进行

29、进行DDA A变换，变换，加到加到Y Y垂直系统垂直系统, , ； 4 4、同时、同时 存贮单元地址号从存贮单元地址号从A A0 0A A1212也经过也经过DDA A变换，变换，形成阶梯波，加到形成阶梯波，加到X X水平系统水平系统，控制扫描电压，这样就，控制扫描电压，这样就将被测波形将被测波形u uy y重现于荧光屏上。重现于荧光屏上。 只要只要X X方向和方向和Y Y方向的量化程度足够精细方向的量化程度足够精细，就能在荧光，就能在荧光屏上显示被测波形屏上显示被测波形. .第106页/共143页t tU Ui iu us st tU U1 1s st tt tU Ux xt t锁存及锁存及

30、D/AD/A变换变换读出数字量读出数字量A/DA/D变换及存储变换及存储存储数字量存储数字量图图2 2 数字存储示波器的读出显示过程数字存储示波器的读出显示过程图图 1 1 数字存储示波器的采样存储过程数字存储示波器的采样存储过程RAMRAMA A0 0A A1 1A A2 2A A3 3A A4 4A A5 5A A6 6A A7 7A A8 8A A9 9A A1010A A1111A A1212地址地址D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3DD1212DD4 4DD5 5DD6 6DD7 7DD8 8DD9 9DD1010DD1111数据数据A A0 0A A1 1A A2 2

31、A A3 3A A4 4A A5 5A A6 6A A7 7A A8 8A A9 9A A1010A A1111A A1212地址地址DD0 0DD1 1DD2 2DD3 3DD1212DD4 4DD5 5DD6 6DD7 7DD8 8DD9 9DD1010DD1111数据数据RAMRAM第107页/共143页 第108页/共143页t tU Ui iu us st tU U1 1s st tU Uy yt tU Ux xt t锁存及锁存及D/AD/A变换变换数据数据A/DA/D变换及变换及存储存储存 储 数 字存 储 数 字量量图图 数字存储示波器的读出显示过程数字存储示波器的读出显示过程A

32、 A0 0A A1 1A A2 2A A3 3A A4 4A A5 5A A6 6A A7 7A A8 8A A9 9A A1 10 0A A1 11 1A A1 12 2RAMRAM地地址址数数据据D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3D D1 12 2D D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D8 8D D9 9D D1 10 0D D1 11 1模拟示波器模拟示波器：光点矢量：光点矢量扫描图形是连续的。扫描图形是连续的。数字示波器数字示波器：光点是离：光点是离散的。当光点少时可插散的。当光点少时可插补。补。读出数字量读出数字量A A0 0A A1 1A A2 2A A

33、3 3A A4 4A A5 5A A6 6A A7 7A A8 8A A9 9A A1010A A1111A A1212RAMRAM地址地址D D0 0D D1 1D D2 2DD3 3DD1212DD4 4DD5 5DD6 6DD7 7DD8 8DD9 9DD1010DD1111 波形显示技术波形显示技术第109页/共143页2.2.模拟示波器与数字示波器比较模拟示波器与数字示波器比较 2020世纪世纪4040年代是电子示波器兴起年代是电子示波器兴起，几十年来，示波器由电子，几十年来，示波器由电子管发展到晶体管、集成电路的示波器，由模拟示波器发展到管发展到晶体管、集成电路的示波器，由模拟示波

34、器发展到数字示波器。数字示波器。 7070年代模拟示波器发展到高峰年代模拟示波器发展到高峰，带宽达到，带宽达到1GHz1GHz以上。但此后以上。但此后进展不大，因为模拟示波器要提高带宽，需要示波管、垂直放进展不大，因为模拟示波器要提高带宽，需要示波管、垂直放大和水平扫描全面改进，技术、工艺难点较多。大和水平扫描全面改进，技术、工艺难点较多。 2020世纪世纪8080年代数字示波器异军突起年代数字示波器异军突起，技术发展很快，各项性，技术发展很快，各项性能指标赶上并超过了模拟示波器能指标赶上并超过了模拟示波器，数字示波器要改善带宽只需，数字示波器要改善带宽只需要提高前端的要提高前端的A/DA/D

35、转换器性能，转换器性能，后端主要是数字电路。有许多后端主要是数字电路。有许多功能是模拟示波器无法实现的。功能是模拟示波器无法实现的。 第110页/共143页表表 模拟示波器与数字示波器比较模拟示波器与数字示波器比较 类类 型型优优 点点缺缺 点点模拟示波器模拟示波器直接操作控制，简单方便直接操作控制，简单方便数据更新快数据更新快实时带宽和实时显示实时带宽和实时显示垂直分辨率高垂直分辨率高价格较低价格较低不能看到触发前信号不能看到触发前信号只能用照相方法保留波只能用照相方法保留波形形难以显示低重复率信号难以显示低重复率信号数字示波器数字示波器负时间测量负时间测量单次瞬态信号测量单次瞬态信号测量波

36、形存储与数据处理能力波形存储与数据处理能力自动测量能力自动测量能力易于校准易于校准有数字有数字I/OI/O接口接口可用打印机或绘图仪绘制波可用打印机或绘图仪绘制波形形实时性不如模拟示波器实时性不如模拟示波器水平、垂直分辨率不够水平、垂直分辨率不够高高可能出现混迭失真可能出现混迭失真价格较高价格较高第111页/共143页示波器的选用示波器的选用 数字示波器和模拟示波器的选用原则相同。数字示波器和模拟示波器的选用原则相同。 t tx x/ /t tr r=3=35 5 B BWW/ /f fh h=3=35 5若选购示波器，按性能若选购示波器，按性能/ /价格比和市场行情来看，一般说来，价格比和市

37、场行情来看，一般说来，购买带宽购买带宽100MHz100MHz以下的示波器，当前还是以买模拟示波器以下的示波器，当前还是以买模拟示波器为主为主；购买带宽购买带宽100MHz100MHz以上的示波器，当前应是以买数字以上的示波器，当前应是以买数字示波器为主示波器为主。当然还要依据购买目的及对特殊功能的要求，。当然还要依据购买目的及对特殊功能的要求，综合考虑决定。综合考虑决定。 第112页/共143页3数字存储式波器的工作方式 （1）数字存储器的功能 随机存储器RAM包括信号数据存储器、参考波形存储器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种。 （2）触发工作方式 1）常态触发 同模拟示波器基本一样。

38、2）预置触发 可观测触发点前后不同段落上的波形。 第113页/共143页（3）测量与计算工作方式 数字存储示波器对波形参数的测量分为自动测量和手动测量两种。（4）面板按键操作方式 数字存储示波器的面板按键分为立即执行键和菜单键两种。 第114页/共143页4数字存储示波器的特点 （1）波形的采样/存储与波形的显示是独立的 因而可以无闪烁地观测极慢变化信号 ；对于观测极快信号来说，数字存储示波器可采用低速显示。（2）能长时间地保存信号 便于观察单次出现的瞬变信号。 （3）先进的触发功能 不仅能显示触发后的信号，而且能显示触发前的信号。 第115页/共143页（4）测量准确度高 采用了晶振和高分辨

39、率A/D转换器。 （5）很强的数据处理能力 内含微处理器，能自动实现多种波形参数的测量与显示；还具有自检与自校等多种自动操作功能。 （6）外部数据通信接口 可以很方便地将存储的数据送到计算机或其他的外部设备，进行更复杂的数据运算和分析处理。 第116页/共143页（1）最高取样速率 指单位时间内取样的次数，用每秒钟完成的A/D转换的最高次数来衡量。 实时取样速率 （N为每格的取样数； t/div为扫描一格所用的时间即扫描时间因数）。（2）存储带宽(B) 与取样速率密切相关。 /divNft第117页/共143页（3）分辨率 包括垂直分辨率（电压分辨率）和水平分辨率（时间分辨率）。 垂直分辨率与

40、A/D转换器的分辨率相对应，常以屏幕每格的分级数(级div)或百分数来表示。 水平分辨率由存储器的容量决定，常以屏幕每格含多少个取样点或用百分数来表示。 第118页/共143页（4）存储容量 由采集存储器（主存储器）的最大存储容量来表示。 （5）读出速度 读出速度是指将数据从存储器中读出的速度，常用(时间)/div来表示。 第119页/共143页4.6 4.6 示波器的基本测试技术 示波器的选用（1）根据要显示的信号数量，选择单踪或双踪示波器。 （2）根据被测信号的频率特点选择。 （3）根据被测信号的重现方式选择。 （4）根据被测信号是否含有交直流成分选择。 第120页/共143页示波器的正确

41、使用 使用注意事项（1）检查电源电压。 （2）通电预热后再调整各旋钮，同时注意各旋钮应先大致旋在中间位置。（3）亮度不宜开得过高，且亮点不宜长期停留在固定位置，不观测波形时，应该将辉度调暗。（4）输入信号电压的幅度应控制在示波器的最大允许输入电压范围内。 第121页/共143页2通用示波器的主要技术性能 （1）Y轴通道 包括偏转灵敏度、频带宽度、输入阻抗、最大输入电压、工作方式及Y通道延迟时间等。 （2）X轴通道 包括时基因数、工作方式、触发方式、耦合方式及外触发最大输入电压等。 （3）主机 包括显示尺寸、后加速阳极电压、校准信号等。第122页/共143页3通用示波器的面板示意图 （1）CH1

42、（X）通道1：垂直输入端。 （2）CH2（Y）通道2：垂直输入端。 （3）VOLTS/DIV输入衰减器。 （4）VERT MODE：垂直方式选择开关。 （5）SOURCE触发源选择开关。 （6）COUPLING触发信号耦合方式开关。 （7）TIME/DIV扫描时间选择开关。 第123页/共143页（8）SWEEP MODE扫描方式选择开关。 （9）EXT TRIG和EXT HOR外触发和外水平共用输入端。 （10）LEVEL HOLD OFF触发电平和释抑时间双重控制旋钮。 第124页/共143页3通用示波器的面板示意图第125页/共143页第126页/共143页4探头的正确使用常见探头为低电

43、容高电阻探头： 第127页/共143页4探头的正确使用（续）低电容探头的应用使输入阻抗大大提高，特别是输入电容大大减小。但是，将使示波器的灵敏度有所下降。探头和示波器是配套使用的，不能互换，否则将会导致分压比误差增加或高频补偿不当。低电容高电阻探头的校正方法是以良好的方波电压通过探头加到示波器，微调电容C以达到出现良好的方波。 第128页/共143页用示波器测量电压 1直流电压的测量 （1）测量原理 利用被测电压在屏幕上呈现的直线偏离时间基线（零电平线）的高度与被测电压的大小成正比的关系进行的。 为被测直流电压值，h为被测直流信号线的电压偏离零电平线的高度； 为示波器的垂直灵敏度， k为探头衰

44、减系数。D CyVhDkDCVyD第129页/共143页（2）测量方法 1 1）将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置（CALCAL）。2）将待测信号送至示波器的垂直输入端。3 3）确定零电平线。4）将示波器的输入耦合开关拨向“DC”档，确定直流电压的极性。5）读出被测直流电压偏离零电平线的距离h。6）计算被测直流电压值。 第130页/共143页例 示波器测直流电压及垂直灵敏度开关示意图如图所示，h=4cm、0.5V/cm、若k=10：1，求被测直流电压值。 40.5 1020DCyVhDk(V)0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形（直流电压）第131页

45、/共143页2交流电压的测量 （1）测量原理 为被测交流电压值（峰-峰值）；h为被测交流电压波峰和波谷的高度或任意两点间的高度； 为示波器的垂直灵敏度； 为探头衰减系数。（2）测量方法 垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置；接入待测信号；输入耦合开关置于“ACAC” ；调节扫描速度使波形稳定显示；调节垂直灵敏度开关；读出被测交流电压波峰和波谷的高度；计算被测交流电压的峰-峰值。 PPyyVhDkyDyk第132页/共143页例 示波器正弦电压如图所示，h=8cm、1V/cm、若K=1：1，求被测正弦信号的峰-峰值和有效值。正弦信号的峰-峰值为正弦信号的有效值为 0.512510250100502

46、55VmVV/div零电平线显示波形（交流电压）8 1 18VP PyVhDk 82.322 22 2PP PVVVV第133页/共143页用示波器测量时间和频率 1测量周期和频率 （1）测量原理 被测交流信号的周期 ,x为被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占距离； 为示波器的扫描速度； 为X轴扩展倍率。 周期的倒数即为频率。 /xxTxDkxDxk第134页/共143页（2）测量方法 1 1）将示波器的扫描速度微调旋钮置于“校准” 位置。 2）将待测信号送至示波器的垂直输入端。3 3）将示波器的输入耦合开关置于“ACAC”位置。4）调节扫描速度开关，记录 值。5）读出被测交流信号的一个

47、周期在荧光屏水平方向所占的距离x。6）计算被测交流信号的周期。 xD第135页/共143页例 荧光屏上的波形如图所示，信号一周期7cm，扫描速度开关置于“10ms/cm”位置，扫描扩展置于“拉出10”位置，求被测信号的周期。 0.20.5121010010110050Smst/div55nsx7 10/710 xxTxDkmsms 第136页/共143页2测量时间间隔 （1）测量同一信号中任意两点A与B的时间间隔的测量方法如下图。 A与B的时间间隔 （ 为A与B的时间间隔在荧光屏水平方向所占距离， 为示波器的扫描速度）A BA BxTxDA BxxD第137页/共143页（2）若A、B两点分别

48、为脉冲波前后沿的中点，则所测时间间隔为脉冲宽度，如下图示。 xA-B第138页/共143页（3）采用双踪示波器可测量两个信号的时间差。将B脉冲的起点左移1格，读出两被测信号起始点时间的水平距离。第139页/共143页用示波器测量相位 1用双踪示波法测量相位 将欲测量的两个信号A和B分别接到示波器的两个输入通道。利用荧光屏上的坐标测出信号的一个周期在水平方向上所占的长度 。再测量两波形上对应点之间的水平距离x，则两信号的相位差为 Txo360Txx第140页/共143页 用这种方法测相位差时应该注意，只能用其中一个波形去触发另一路信号。 第141页/共143页 4.7 时域自动测试系统简介 1）脉冲信号源：是一个广谱信号源，可分为两类：以脉冲与阶跃信号为主的基带脉冲；对连续波开关调制形成的射频脉冲。 2）示波器：采用数字存储示波器。要求是：频带宽、建立时间短、动态范围大、信噪比大、可程控和带通信接口。 3）计算机：其作用是：控制采集、存贮数据、计算处理、输出结果取样头取样头计算机计算机数字存储数字存储示波器示波器脉冲脉冲信号源信号源连接被测系统第142页/共143页感谢您的观看！第143页/共143页