第7章 信号波形测量 (3)

电子测量原理第1页7.6示波器的基本测试技术7.6.1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。（5）根据被测信号的测试重点选择。电子测量原理第2页7.6.2示波器的正确使用１．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。电子测量原理第3页7.6.2示波器的正确使用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。电子测量原理第4页7.6.2示波器的正确使用3．通用示波器的面板示意图（1）CH1通道1（2）CH2通道2（3）VOLTS/DIV输入衰减器（4）VERTMODE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扫描时间选择开关电子测量原理第5页7.6.2示波器的正确使用3．通用示波器的面板示意图（续）（8）SWEEPMODE扫描方式选择开关（9）EXTTRIG和EXTHOR外触发和外水平共用输入端（10）LEVELHOLDOFF触发电平和释抑时间双重控制旋钮（11）X-Y方式电子测量原理第6页7.6.2示波器的正确使用3．通用示波器的面板示意图（续）电子测量原理第7页7.6.2示波器的正确使用4．探头的正确使用常见探头为低电容高电阻探头：vivoRRiCCiZ1Z2C0输入探头示波器最佳补偿过补偿欠补偿显示波形电子测量原理第8页7.6.2示波器的正确使用4．探头的正确使用（续）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。电子测量原理第9页7.6.3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为探头衰减系数。DCyVhDkDCVyD电子测量原理第10页7.6.3用示波器测量电压1．直流电压的测量（续）（2）测量方法1）将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置（CAL）。2）将待测信号送至示波器的垂直输入端。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。电子测量原理第11页7.6.3用示波器测量电压1．直流电压的测量（续）例7-1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、V/cm、若k=10：1，求被测直流电压值。40.51020DCyVhDk(V)0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形（直流电压）电子测量原理第12页7.6.3用示波器测量电压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“AC”；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。PPyyVhDkPPVyDyk电子测量原理第13页7.6.3用示波器测量电压2．交流电压的测量（续）例7-2示波器正弦电压如图所示，h=8cm、V/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0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形（交流电压）8118VPPyVhDk82.322222PPPVVVV电子测量原理第14页7.6.4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。/xxTxDkxDxk电子测量原理第15页7.6.4用示波器测量时间和频率1．测量周期和频率（续）（2）测量方法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）将示波器的输入耦合开关置于“AC”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电子测量原理第16页7.6.4用示波器测量时间和频率1．测量周期和频率（续）例7-3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/div55nsx710/710xxTxDkms电子测量原理第17页7.6.4用示波器测量时间和频率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）ABABxTxDABxxDxA-B电子测量原理第18页7.6.4用示波器测量时间和频率2．测量时间间隔（续）（2）若A、B两点分别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电子测量原理第19页7.6.4用示波器测量时间和频率2．测量时间间隔（续）（3）采用双踪示波器可测量两个信号的时间差。读出两被测信号起始点时间的水平距离。xA-B电子测量原理第20页7.6.5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x1x2xT电子测量原理第21页7.6.5用示波器测量相位2．用李沙育图形法测量频率或相位（1）测量频率示波器工作于X-Y方式下，将频率已知的信号与频率未知的信号加到示波器的两个输入端，调节已知信号的频率，使荧光屏上得到李沙育图形，由此可测出被测信号的频率。和分别为水平线、垂直线与李沙育图形的交点数；、分别为示波器Y和X信号的频率。李沙育图形存在关系：HNVNyfxfyHxVfNfN电子测量原理第22页7.6.5用示波器测量相位2．用李沙育图形法测量频率或相位（续）例7-4如图所示的李沙育图形，已知X信号频率为6MHz，问Y信号的频率是多少？26MHz26HyxVNffN16MHz23HyxVNffN或MHzMHzNHNV电子测量原理第23页7.6.5用示波器测量相位2．用李沙育图形法测量频率或相位（续）（2）测量相位差把比较相位差的两个频率、同幅度的正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道，使示波器工作在X-Y方式，这时示波器的屏幕上会显示出椭圆波形由椭圆上的坐标可求得两信号的相位差为00arcsin,arcsinmmyxyx或电子测量原理第24页7.6.5用示波器测量相位2．用李沙育图形法测量频率或相位（续）（2）测量相位差2x02xm2y02ym电子测量原理第25页7.7时域测量技术电子测量的对象可分为信号特性和系统特性两类同一物理信号和系统特性可以在时间和频率两个域内描述，因此有时域和频域两种测试方法。频率测量研究的是被测对象的复数频率特性，即信号的频谱和系统的传递函数。时域测量研究的是被测对象的幅度－时间特性，即信号波形和系统的脉冲响应或阶跃响应。TtfV(f)τ1/τ2/τTtfV(f)τ1/τ2/τ时域中的重复脉冲频域中的脉冲串频谱V(t)电子测量原理第26页使用时域测量技术及FFT算法求信号的频谱方法：在一个时间段中对被测信号x(t)进行采样（采样次数为m），对采样值进行A/D转换，得到时间和幅值均离散的序列x(n)；对x(n)作快速傅立叶变换（FFT），X(k)为x(n)的复频谱，有m个复数值；由X(k)可计算得到幅度谱和相位谱。优点（1）能够进行实时分析；（2）既可以测量周期信号的频谱，也可以测量非周期信号和瞬态信号的频谱210()(),0,1,1mjnkmnXkxnenkm电子测量原理第27页信号的时域测量信号的时域测量是对以时间作为自变量的电参量的测量，即信号幅度随时间变化的规律。1．脉冲信号参数的时域测试Af90%10%50%bcTtrtfτ理想脉冲实际脉冲Awe顶底d电子测量原理第28页(1)脉冲参数的定义电子测量原理第29页与时间有关的脉冲参数的定义电子测量原理第30页(2)脉冲参数的测量方法使用示波器对脉冲波形进行测量，从荧光屏直接读波形刻度，然后再根据公式计算得到各参数值。测量方法将被测脉冲直接加到示波器垂直通道Y的输入端，波形的垂直方向表示与幅度有关的参数，水平方向表示与时间有关参数。①确定出脉冲的顶值和底值（即幅值的100％和0％的基线位置）。②测量幅度：③其它与幅度有关参数测量：从波形上读出响应的刻度值，再比上幅度的刻度值即可。④上升时间测量：确定波形幅度为10％和90％的位置，然后读刻度，再乘以水平扫描时基因数。yASKH电子测量原理第31页普通模拟示波器不能测量单脉冲的参数，只能测量周期脉冲信号的参数。数字存储示波器对单脉冲和周期脉冲信号参数都能测量。数字存储示波器内部有计算功能，有些参数可直接得到测量数值，如幅度、上升时间、下降时间、脉宽等。数字存储示波器使用可调的水平游标或垂直游标，可直接得到两游标间的电压差值或时间差值，比模拟示波器减少了读数误差。