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1、数字存储示波器原理与应用,大连理工大学 电信学院 赵泰洋 ,主要内容,1. 电子测量课程内容概述,2. 示波器的发展过程,3. 模拟示波器的工作原理,5. 一个由数字示波器构成的自动测试系统,4. 数字存储示波器的工作原理与使用方法,电子测量课程内容概述,测量总论及误差理论 基本电参量测量 时间与频率测量：频率计。 电压测量：直流、交流电压表。 阻抗测量：阻抗分析仪。 时域测量：示波器 频域测量 信号分析和频域测量：频谱分析仪。 频率特性测量：扫频仪。 线性系统网络分析：网络分析仪。 数据域测量（逻辑分析仪、误码仪） 测试系统集成技术,机械工业出版社 古天祥等编著,模拟示波器的主要技术指标,频
2、带宽度BW和上升时间 频带宽度：输入信号上、下限频率之差。 上升时间：与频带宽度有关，它表示由于输入信号频带宽度的限制，当输入一个理想阶跃信号时，显示波形的上升沿的幅度从10%上升到90%所需的时间。 频带宽度与上升时间的关系可近似表示为：,例如，对于带宽为100MHz的示波器，上升时间约为3.5ns。,五倍准则： 示波器带宽应为待测信号最高频率的五倍。,模拟示波器的主要技术指标,图中所示三个信号分别是400MHz，100MHz和10MHz带宽下获得的信号。,模拟示波器的主要技术指标,一些典型信号的上升时间与信号带宽,模拟示波器的主要技术指标,时基因数 时基因数：表示单位距离代表的时间，单位为
3、us/cm或ms/div。 当选择较小的时基因数时，可将高频信号在水平方向上展开。 偏转因数 偏转因数：在输入信号作用下，光点在荧光屏上垂直方向移动1格所需的电压值，单位为“V/div”或“mV/div”。 偏转因数越小，表示示波器观测微弱信号的能力越强。,模拟示波器的主要技术指标,CH1信号的峰峰值约为：2div*50mV/div=100mV。 周期约为：3.6div*0.4ms/div=1.44ms CH2信号的峰峰值约为：2.5div*2V/div=5V。,模拟示波器的主要技术指标,输入阻抗 当被测信号接入示波器时，输入阻抗成为被测信号的等效负载。 当输入直流信号时，输入阻抗用输入电阻表
4、示，一般为1M 。 当输入交流信号时，输入阻抗用输入电阻和输入电容并联表示，一般输入电阻为1M ，输入电容一般为33pF。 输入阻抗通常还与使用的探头有关。 输入方式 直流（DC）：直接耦合。 交流（AC）：通过隔直电容耦合。 接地（GND）：将输入接地，用于测量前确定零电平位置。,模拟示波器的主要技术指标,触发源选择方式 触发源是指用于提供产生扫描同步信号的来源。 内触发（INT）：由被测信号产生同步触发信号。 外触发（EXT）：由外部输入信号产生同步触发信号。 电源触发（LINE）：利用50Hz工频电源产生同步触发信号。,模拟示波器的工作原理,取样示波器的工作原理,数字示波器与模拟示波器,
5、数字示波器的内部功能框图,数字示波器的采样率,数字示波器的一个非常重要的指标：采样率 采样率是指采样设备单位时间内对待测信号采样的次数。 单位为S/s（采样点/秒）。 采样率分为实时采样率和等效采样率。,数字示波器的等效采样,等效采样的工作原理与模拟取样示波器相似。 通常的数字示波器的等效采样率可达几GS/s到几十GS/s。,数字示波器的探头,对示波器探头的要求： 将待测信号以较小的失真引入示波器。 对待测系统产生最小的影响。 探头的功能 在测试点或信号源与示波器之间建立一条信号的物理连接。 理想的探头 连接方便。 绝对的信号保真度。 零信号源负荷。 能够全面抗噪声。,数字示波器的探头,探头的
6、频率特性,多数示波器探头可以看作一个低通滤波器。 针对不同带宽的示波器应选用不同的探头。,探头的动态范围,所有探头都有其电压安全极限，我们称其为动态范围。 通常无源探头的动态范围可以从几百伏到上千伏，而有源探头的 动态范围一般只有十几伏。 可利用衰减功能来提高探头的动态范围。 如一个1：1时动态范围为50V的无源探头，若将其衰减切换开关放在10：1的位置，其动态范围就变为500V。,探头的补偿,大多数探头都有补偿功能。 调节探头内的补偿网络，可使信号失真达到最小。 补偿时应使用示波器上提供的标准信号。,数字示波器的互连特性,超声部件方向图测量系统,超声部件方向图测量系统,数字示波器的基本操作,
7、数字示波器的操作,基本操作 正弦、方波信号的测量。 自动设置功能。 使用光标。 高级操作 使用触发捕捉单次信号。 信号的FFT运算。,数字示波器的基本操作,数字示波器的屏幕显示,1 波形基线,2 运行、停止状态,3 触发位置,4 展开点,5 波形记录图标,6 触发状态,7 触发电平,8 光标或测量读数,9 触发设置信息,11 水平读数显示,13 通道读数显示,数字示波器的探头输入端,数字示波器的按键区,数字示波器的光标操作,光标 (Cursor) 光标是为了在屏幕上进行波形测量而放置的标记。,实验：使用数字示波器观察基本波形,观察由信号源产生的正弦信号，并测量其各项参数： 频率、周期。 峰峰值
8、（Vpp）、有效值（RMS）。 观察由信号源产生的方波信号，并测量其各项参数： 频率、周期。 峰峰值（Vpp）、有效值（RMS）。 占空比。 上升时间、下降时间。,数字示波器的触发功能,触发功能 数字化仪器区别于传统仪器的功能之一。 在使用者设置一定的触发条件后，仪器对输入信号进行监测，当输入信号达到之前所设置的触发条件后，将触发点前后的一段信号存储并显示。 触发方式分为：自动触发、正常触发和单次触发。 触发条件有：边沿、视频等。,实验：观察瞬态非周期信号的波形,利用示波器的触发功能观察一个瞬态非周期信号的波形，比较各种不同触发功能。,实验：使用数字示波器计算信号的FFT,观察由信号源产生的正弦信号的FFT变换 掌握如何对信号进行FFT变换。 掌握FFT变换中频域的读数。 观察失真后的正弦信号的FFT变换 比较失真后的正弦信号的FFT与原信号的FFT之间的区别。,FFT计算中的假波现象,