搜索
什么是示波器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。用途电压表，电流表，功率计频率计，相位计脉冲特性，阻尼振荡应用电子，电力，电工压力，振动，声，光，热，磁对象高校实验室，研发单位，生产企业，维修团体示波器概述示波器类型模拟示波器数字存储示波器虚拟数字示波器数字荧光示波器采样示波器示波器概述示波器原理结构放大器水平放大器触发垂直放大器延迟线放大器多路分解器采集信号存储器uP显示存储器A/D触发和时基电路放大器多路分解器采集信号存储器uP显示存储器A/D触发和时基电路接口总线模拟示波器数字示波器虚拟示波器ARTLCDPC示波器概述示波器概述反映信号特性l信号的时间和电压值l振荡信号的频率l信号所代表电路的“变化部分”l信号的特定部分相对于其他部分的发生频率l是否存在故障部件使信号产生失真l信号的直流值(DC)和交流值(AC)l信号的噪声值和噪声是否随时间变化示波器发展过程波第二章示波器发展过程几个重要阶段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能良好的波形观察工具，泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器，这是近代示波器的基础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1GHz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，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（DPO）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、时间和整个时间的幅度分布。数字采样示波器示波器发展过程波第三章波几种典型的波几种典型的波：正弦波方波和矩形波三角波和锯齿波阶跃波和脉冲波调幅波和调频波波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波的振幅V，使其随调制信号的变化而变化。波F(t)=E(1+mcosΩt)cosabt调幅波载波调制波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信号的角频率，使其随调试信号变化而变化。波F(t)=Ecos(ωt+msinΩt)调幅波载波调制波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不同频率的谐波分量组成。例如：方波是由基波以及3，5，7，9……次谐波分量递加而成。1次（基波）3次5次7次方波(2500次)F(x)=2E/Π(sin(ωt)+1/3sin(3ωt)+1/5sin(5ωt)+1/7sin(7ωt)+……)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。对于脉冲波占空比越小，波形所含谐波就越多，谐波频率分量也越高。波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。正弦波无谐波分量方波1:9三角波1:3脉冲波（占空比50％）1:9脉冲波（占空比25％）1:14脉冲波（占空比10％）1:26波波形的测量频率和周期波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（Hz），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。周期和频率互为倒数关系，即1/周期等于频率，同理1/频率等于周期。波形的测量电压波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-峰值。有效值是峰峰值的0.707倍。我们平时说的220V市电，是有效值。波形的测量幅度波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电压为参考时的最大电压。如图所示的波形的幅度为1V，而电压的峰值-峰值为2V。波形的测量相位波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动的。一个圆的度数是360°，而正弦波的一个周期也是360°。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，标号为“电流”的波形比标号为“电压”的波形超前90°，因为两者到达同一点刚好相差1/4周（360o/4=90°）。在电子学中，相移比较普遍。波形的捕获波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的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。波形的刷新率波1000/s以上的刷新率100/s–200/s的刷新率高达每秒1K以上的刷新率示波器带宽第四章示波器带宽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3dB(70.7％)，此时的频率点称为示波器的带宽。幅频特性曲线0dB(100%)-3dB(70.7%)仪器带宽fV示波器带宽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具体表现在以下两方面：①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。②低带宽给波形的上升时间和幅度的测量带来较大的误差。示波器带宽带宽对波形的影响下列图示为一个10MHz的方波在200MHz带宽和10MHz带宽示波器上的显示效果图。正确失真200M带宽10M带宽-3dB70.7%示波器带宽数字滤波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。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。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器。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。带阻：率除频率上限和频率下限之间的谐波分量。示波器带宽数字滤波幅频特性①低通示波器带宽频率上限-3dB②高通④带阻③带通-3dB频率下限-3dB频率下限频率上限-3dB频率下限频率上限…..…..频率上限频率上限频率上限频率下限频率下限频率下限带宽与上升时间上升时间通常定义为信号从上升跳变沿的10％到90％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：T上升＝0.35/示波器带宽（1GHZ以下）90%10%上升时间示波器带宽带宽与上升时间例：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＝350/100Mhz＝3.5ns仪器显示的信号上升时间＝3.5ns2＋3.5ns2＝4.95ns测量误差＝（4.95ns－3.5ns）/3.5ns＝0.414＝41％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＝350/500Mhz＝0.7ns仪器显示的信号上升时间＝3.5ns2＋0.7ns2＝3.569ns测量误差＝（3.569ns－3.5ns）/3.5ns＝0.0198＝2％（选择示波器的5倍法则）示波器带宽带宽与最高频率5倍准则(The5timesrule)示波器所需带宽＝被测信号的最高频率成分×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5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＋/－2%，对今天的操作来说已经足够。然而，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示波器带宽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整个测量系统的带宽和上升时间。RT(上升时间)＝0.35/BWBW系统＝BW示波器2＋BW探头2RT系统＝RT示波器2＋RT探头2RT测量＝RT系统2＋RT信号2误差（RT）＝（RT信号－RT测量）/RT信号由上式可知，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10X，原因是1X时探头的带宽只有6MHz。示波器带宽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。示波器带宽采样第五章采样原理采样过程①等间隔进行采样及A/D转换②顺序存储采样数据①②③③读取采样数据以构建波形采样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，它要求采样率至少为被测波形最高频率分量的5倍。如上图所示，①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。采样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。如上图所示，①②③第1，2，3次触发事件所采样的数据点，1，2，3次触发相互间隔错开。采样采样特点等效采样可以通过低采样率实现对高频重复信号的采样。可以达到高采样率采样。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方式为实时采样）实时采样不仅是重复信号，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。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。采样波形重建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。正弦内插：（SinX/x）利用曲线来连接样点，通用性更强。它利用数学处理，在实际样点间隔中运算出结果。这种方法弯曲信号波形，使之产生比纯方波和脉冲更为现实的普通波形。sinx/x正弦内插发复现信号。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信号。采样采样方式采样方式包括普通、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。普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。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。峰值检测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频分量，以及防止波形混淆。包珞是指在采样间隔内，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。模拟是指通过数学运算，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。采样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。存储深度与采样的联系:波形存储时间＝存储深度/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），存储的时间越短采样存储深度（4K）当前屏幕（2.4K）混淆混淆是指当采样率低于实际信号最高频率2倍（耐奎斯特频率）时所出现的一种现象。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：①打开混淆抑制。②手动较小时基，提高采样率。采样实际信号混淆信号第六章触发示波器的触发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叠，从而显示稳定的波形，或保证单次信号的捕获•触发是使重复信号稳定显示•对单次信号进行捕获•对重复信