《時(shí)域測量》課件.ppt

1、第5章 時(shí)域測量,5.1 概述 5.2 CRT顯示原理 5.3 通用示波器 5.4 采樣示波器 5.5 波形存儲(chǔ)及顯示技術(shù) 5.6 示波器的基本測試技術(shù),5.1 概述,5.1.1 示波器的分類 根據(jù)示波器對信號(hào)的處理方式的不同可分為模擬、數(shù)字兩大類： 1 模擬示波器 采用模擬方式對時(shí)間信號(hào)進(jìn)行處理和顯示 2 數(shù)字示波器 對信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理后再顯示,1 模擬示波器,模擬示波器可分為通用示波器、多束示波器、采樣示波器、記憶示波器和專用示波器等 通用示波器采用單束示波管，又可分為單蹤、雙蹤、多蹤示波器 多束示波器采用多束示波管，熒光屏上顯示的每個(gè)波形都由單獨(dú)的電子束掃描產(chǎn)生 采樣示波器可以用較低頻

2、率的示波器測量高頻信號(hào) 記憶示波器采用有記憶功能的示波管，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的存儲(chǔ)、記憶和反復(fù)顯示 專用示波器是能夠滿足特殊用途的示波器，又稱特種示波器,2 數(shù)字示波器,數(shù)字示波器將輸入信號(hào)數(shù)字化（時(shí)域取樣和幅度量化）后，經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器再重建波形 數(shù)字示波器具有記憶、存貯被觀察信號(hào)功能，又稱為數(shù)字存貯示波器 根據(jù)取樣方式不同，數(shù)字示波器又分為實(shí)時(shí)取樣、隨機(jī)取樣和順序取樣三大類,5.1.2 主要技術(shù)指標(biāo),1頻帶寬度BW和上升時(shí)間tr 示波器的頻帶寬度BW一般指Y通道的頻帶寬度 上升時(shí)間tr是一個(gè)與頻帶寬度BW相關(guān)的參數(shù)，表示由于示波器Y通道的頻帶寬度的限制，反映了示波器Y通道跟隨輸入信號(hào)快速變化的能

3、力 頻帶寬度BW與上升時(shí)間tr的關(guān)系可近似表示為,2掃描速度 掃描速度是指熒光屏上單位時(shí)間內(nèi)光點(diǎn)水平移動(dòng)的距離，單位為“cm/s” 熒光屏上通常用間隔1cm的坐標(biāo)線作為刻度線，因此掃描速度的單位可表示為“cm/div” 掃描速度的倒數(shù)稱“時(shí)基因素”，表示單位距離代表的時(shí)間，單位為“t/cm”或“t/div”，時(shí)間t可為s、ms或s，在示波器的面板上，通常按“1、2、5”的順序分成很多檔,3偏轉(zhuǎn)因素 偏轉(zhuǎn)因素指在輸入信號(hào)作用下，光點(diǎn)在熒光屏上的垂直（Y）方向移動(dòng)1cm（即1格）所需的電壓值，單位為“V/cm”、“mV/cm”（或“V/div”、“mV/div”） 偏轉(zhuǎn)因素表示示波器Y通道的放大/

4、衰減能力 偏轉(zhuǎn)因素的倒數(shù)稱為“（偏轉(zhuǎn)）靈敏度,4輸入阻抗 當(dāng)被測信號(hào)接入示波器時(shí)，輸入阻抗Zi形成被測信號(hào)的等效負(fù)載 5輸入方式 即輸入耦合方式，一般有直流（DC）、交流（AC）和接地（GND）三種，可通過示波器面板選擇 6觸發(fā)源選擇方式 觸發(fā)源是指用于提供產(chǎn)生掃描電壓的同步信號(hào)來源，一般有內(nèi)觸發(fā)（INT）、外觸發(fā)（EXT）、電源觸發(fā)（LINE）三種,5.2 CRT顯示原理,5.2.1 CRT CRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示,1 電子槍,電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束，它由燈絲F、陰極K、柵極G1和G2和陽極A1、A2組成 通過調(diào)節(jié)G1對K的負(fù)

5、電位可控制電子束的強(qiáng)弱，從而調(diào)節(jié)光點(diǎn)的亮度，即進(jìn)行“輝度”控制 調(diào)節(jié)A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕，通過對它進(jìn)行調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)G2與A1和A1與A2之間的電位；調(diào)節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦,電子束聚焦的原理是，電子從陰極K發(fā)射，經(jīng)G1、G2、A1、A2聚焦和加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 電子在電子槍中的運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖所示,2 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板 當(dāng)有外加電壓作用時(shí)，偏轉(zhuǎn)板之間形成電場；在偏轉(zhuǎn)電場作用下，電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個(gè)坐標(biāo)位置 為了示波器有較高的測量靈敏度，Y偏轉(zhuǎn)板置于靠近電子槍的部位，而X偏轉(zhuǎn)板在Y的右

6、邊,3 熒光屏,熒光屏將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，是示波管的波形顯示部分 在使用示波器時(shí)，應(yīng)避免電子束長時(shí)間的停留在熒光屏的一個(gè)位置，否則將使熒光屏受損。因此在示波器開啟后不使用的時(shí)間內(nèi)，可將“輝度”調(diào)暗 當(dāng)電子束停止轟擊熒光屏?xí)r，光點(diǎn)仍能保持一定的時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為“余輝效應(yīng),5.2.2 波形顯示的基本原理,1顯示隨時(shí)間變化的圖形 （1）Ux、Uy為固定電壓時(shí)，有下面四種情況,光點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏的中心位置,光點(diǎn)僅在垂直方向偏移 ： Uy為正電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向上移； Uy為負(fù)電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移,光點(diǎn)僅在水平方向偏移 ： Ux為正電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向

7、右移； Ux為負(fù)電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移,當(dāng)兩對偏轉(zhuǎn)板上同時(shí)加固定的正電壓時(shí)，光點(diǎn)位置應(yīng)為兩電壓的矢量合成,2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓，有下 面兩種情況,僅在垂直偏轉(zhuǎn)板的兩板間加正弦變化的電壓，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來回移動(dòng)，出現(xiàn)一條垂直線段,僅在水平偏轉(zhuǎn)板的兩板間加鋸齒電壓，則光點(diǎn)只在熒光屏的水平方向來回移動(dòng)，出現(xiàn)一條水平線段,3）Y偏轉(zhuǎn)板加 正弦波信號(hào)電壓， X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波 電壓，熒光屏上 將顯示出被測信 號(hào)隨時(shí)間變化的 一個(gè)周期的波 形曲線,2顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系 示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形稱為李沙育（Lissajous）圖形，這種圖形在

8、相位和頻率測量中常會(huì)用到,若兩信號(hào)的初相相同，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出一條與水平軸呈45度角的直線,若兩信號(hào)的初相相差90度，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出的圖形為圓,3掃描的概念 如果在X偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)隨時(shí)間線形變化的電壓，垂直偏轉(zhuǎn)板不加電壓，那么光點(diǎn)在水平方向的偏移距離為 ，比例系數(shù)Sx稱為示波管的X軸偏轉(zhuǎn)靈敏度 光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動(dòng)的過程稱為“掃描”，能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動(dòng)稱為“掃描正程”，自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點(diǎn)的過程稱為“掃描逆程,4同步的概念 （1）Tx=nTy(n為正整數(shù))：熒光屏上將穩(wěn)定顯示n個(gè)周期

9、的被測信號(hào)波形,n=2,如果掃描電壓周期Tx與被測電壓周期Ty保持Tx=nTy的關(guān)系，則稱掃描電壓與被測電壓“同步,2）TxnTy(n為正整數(shù))，即不滿足同步關(guān)系時(shí)，顯示的波形不穩(wěn)定,5連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描 掃描電壓是連續(xù)的方式稱為連續(xù)掃描 當(dāng)欲觀測脈沖信號(hào)，尤其是占空比很小的脈沖時(shí)，采用連續(xù)掃描存在一些問題：選擇掃描周期等于脈沖重復(fù)周期時(shí)，難以看清脈沖波形的細(xì)節(jié),選擇掃描周期等于脈沖底寬時(shí)，觀測者不易觀察波形，而且掃描的同步很難實(shí)現(xiàn),觸發(fā)掃描時(shí)，使掃描脈沖只在被測脈沖到來時(shí)才掃描一次；沒有被測脈沖時(shí)，掃描發(fā)生器處于等待工作狀態(tài),6掃描過程的增輝 為了使回掃產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可以設(shè)法在

10、掃描正程期間，給示波器增輝,若不增輝將產(chǎn)生如圖的回掃線,5.3 通用示波器,5.3.1 通用示波器的組成,5.3.2 通用示波器的垂直通道 1輸入電路：包括衰減器和輸入選擇開關(guān) （1）衰減器,最佳補(bǔ)償條件,過補(bǔ)償,欠補(bǔ)償,改變分壓比的開關(guān)為示波器的垂直靈敏度粗調(diào)開關(guān)，在面板上用“V/cm”標(biāo)記,2）輸入耦合方式 輸入耦合方式設(shè)有AC、GND、DC三檔選擇開關(guān) 觀察交流信號(hào)時(shí)，置“AC”檔 確定零電壓時(shí)，置“GND”檔 觀測頻率很低的信號(hào)或帶有直流分量的交流信號(hào) 時(shí)，置“DC”檔,2前置放大器 前置放大器將信號(hào)適當(dāng)放大，從中取出內(nèi)觸發(fā)信號(hào)，并具有靈敏度微調(diào)、校正、Y軸移位、極性反轉(zhuǎn)等控制作用 Y

11、前置放大器大都采用差分放大電路，輸出一對平衡的交流電壓。若在差分電路的輸入端輸入不同的直流電位，相應(yīng)的Y偏轉(zhuǎn)板上的直流電位和波形在Y方向的位置也會(huì)改變 可通過調(diào)節(jié)“Y軸位移”旋鈕，調(diào)節(jié)直流電位以改變被測波形在屏幕上的位置,3延遲線 觸發(fā)掃描時(shí)，掃描的開始時(shí)間總是滯后于被觀測脈沖一段時(shí)間，這樣，脈沖的上升過程就無法被完整地顯示出來,左圖為沒有延遲線時(shí)屏幕上顯示的脈沖,3延遲線（續(xù)） 延遲線的作用就是把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的脈沖信號(hào)延遲一段時(shí)間，以保證在屏幕上掃描出包括上升時(shí)間在內(nèi)的脈沖全過程 延遲線的輸入級需采用低輸出阻抗電路驅(qū)動(dòng)，而輸出級則采用低輸入阻抗的緩沖器,4Y輸出放大器 Y輸出放大器是將延

12、遲線傳來的被測信號(hào)放大到足夠的幅度，用以驅(qū)動(dòng)示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使電子束獲得Y方向的滿偏轉(zhuǎn) Y輸出放大器應(yīng)具有穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、足夠?qū)挼念l帶、較小的諧波失真 Y輸出放大器大都采用推挽式放大器，有利于提高共模抑制比。可采用改變負(fù)反饋的方法改變放大器的增益 （面板上的“5”或“10”開關(guān),5.3.3 通用示波器的水平通道,水平通道包括觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等部分，其主要任務(wù)是產(chǎn)生隨時(shí)間線性變化的掃描電壓，再放大到足夠的幅度，然后輸出到水平偏轉(zhuǎn)板，使光點(diǎn)在熒光屏的水平方向達(dá)到滿偏轉(zhuǎn),1觸發(fā)電路 觸發(fā)電路的作用是為掃描信號(hào)發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)脈沖。包括觸發(fā)源選擇、觸發(fā)耦合方式選

13、擇、觸發(fā)方式選擇、觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平選擇和觸發(fā)放大整形等電路,1）觸發(fā)源選擇 內(nèi)觸發(fā)（INT）：將Y前置放大器輸出（延遲線前的被測信號(hào)）作為觸發(fā)信號(hào)，適用于觀測被測信號(hào) 外觸發(fā)（EXT）：用外接的、與被測信號(hào)有嚴(yán)格同步關(guān)系的信號(hào)作為觸發(fā)源，用于比較兩個(gè)信號(hào)的同步關(guān)系 電源觸發(fā)（LINE）：用50Hz的工頻正弦信號(hào)作為觸發(fā)源，適用于觀測與50Hz交流有同步關(guān)系的信號(hào),2）觸發(fā)耦合方式 “DC”直流耦合：用于接入直流或緩慢變化的觸發(fā)信號(hào) “AC”交流耦合：用于觀察從低頻到較高頻率的信號(hào) “AC低頻抑制”耦合：用于觀察含有低頻干擾的信號(hào) “HF REJ”高頻抑制耦合：用于抑制高頻成分的耦合,3）

14、掃描觸發(fā)方式選擇（TRIG MODE） 常態(tài)（NORM）觸發(fā)方式：指有觸發(fā)源信號(hào)并產(chǎn)生了有效的觸發(fā)脈沖時(shí)，熒光屏上才有掃描線 自動(dòng)（AUTO）觸發(fā)方式：有連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出，熒光屏上總能顯示掃描線 電視（TV）觸發(fā)方式：是在原有放大、整形電路基礎(chǔ)上插入電視同步分離電路實(shí)現(xiàn)的，以便對電視信號(hào)（如行、場同步信號(hào)）進(jìn)行監(jiān)測與電視設(shè)備維修,5）放大整形電路 放大整形電路的作用是對觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行放大、整形，以滿足觸發(fā)信號(hào)的要求。 整形電路的基本形式是電壓比較器，當(dāng)輸入的觸發(fā)源信號(hào)與通過“觸發(fā)極性”和“觸發(fā)電平”選擇的信號(hào)之差達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，比較電路翻轉(zhuǎn)，輸出矩形波，然后經(jīng)過微分整形，變成觸發(fā)脈沖,2

15、掃描發(fā)生器環(huán) 掃描發(fā)生器環(huán)又叫時(shí)基電路，常由積分器、掃描閘門及比較釋抑電路組成,1）掃描方式選擇： 包括連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描。 （2）掃描門 1）控制積分器掃描 2）起正程加亮作用 3）使雙蹤示波器工作于交替狀態(tài),3水平放大器 其基本作用是選擇X軸信號(hào)，并將其放大到足以使光點(diǎn)在水平方向達(dá)到滿偏的程度 X放大器的輸入端置于“內(nèi)”時(shí)，X放大器放大掃描信號(hào)；置于“外”時(shí)，水平放大器放大由面板上X輸入端直接輸入的信號(hào),5.3.4 通用示波器的其他電路,1高、低壓電源 分別用于示波器的高、中壓和直流供電 2Z軸的增輝與調(diào)輝 增輝：將閘門信號(hào)放大，使顯示的波形正程加亮 調(diào)輝：加外調(diào)制信號(hào)或時(shí)標(biāo)信號(hào)，使屏幕顯

16、示的波形發(fā)生相應(yīng)地變化 3校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器 可產(chǎn)生幅度和頻率準(zhǔn)確的基準(zhǔn)方波信號(hào)，為儀器本身提供校準(zhǔn)信號(hào)源,5.3.5 示波器的多波形顯示,1多線示波 利用多槍電子管來實(shí)現(xiàn)的 測試時(shí)各通道、各波形之間產(chǎn)生的交叉干擾可以減少或消除，可獲得較高的測量準(zhǔn)確度 2多蹤示波 在單線示波的基礎(chǔ)上增加了電子開關(guān)，利用分時(shí)復(fù)用的原理，分別把多個(gè)垂直通道的信號(hào)輪流接到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，最終實(shí)現(xiàn)多個(gè)波形的同時(shí)顯示,2多蹤示波,Y1”通道（CH1）、“Y2”通道（CH2）和疊加方式（CH1+CH2）都只顯示一個(gè)波形,交替方式（ALT）：適合于觀察高頻信號(hào),斷續(xù)方式（CHOP）：適用于被測信號(hào)頻率較低的情況,5.3.6 雙時(shí)基

17、掃描顯示,雙時(shí)基示波器有兩個(gè)獨(dú)立的觸發(fā)和掃描電路，特別適用于在觀察一個(gè)脈沖序列的同時(shí)，仔細(xì)觀察其中一個(gè)或部分脈沖的細(xì)節(jié),5.4 采樣示波器,5.4.1 概述 1取樣的基本概念 取樣就是從被測波形上取得樣點(diǎn)的過程 取樣分為實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣兩種 從一個(gè)信號(hào)波形中取得所有取樣點(diǎn)，來表示一個(gè)信號(hào)波形的方法稱為實(shí)時(shí)取樣 從被測信號(hào)的許多相鄰波形上取得樣點(diǎn)的方法稱為非實(shí)時(shí)取樣，或稱為等效取樣,實(shí)時(shí)取樣示意圖,非實(shí)時(shí)取樣示意圖,2取樣原理 核心電路取樣保持器示意圖 兩個(gè)取樣脈沖的時(shí)間間隔為 ，由于波形包絡(luò)所經(jīng)歷的時(shí)間變長了，故可用低頻示波器顯示較高頻率的信號(hào),步進(jìn)間隔t與信號(hào)最高頻率fh應(yīng)滿足取樣定理

18、非實(shí)時(shí)采樣只適用于周期性信號(hào) 順序進(jìn)行的取樣稱為順序取樣；否則稱為隨機(jī)取樣,3 顯示原理 順序取樣示波器中的水平掃描信號(hào)為階梯波電壓，階梯持續(xù)時(shí)間，階梯數(shù)對應(yīng)屏幕上顯示的不連續(xù)的光點(diǎn)數(shù),5.5 波形存儲(chǔ)及顯示技術(shù),5.5.1 波形模擬存儲(chǔ)技術(shù)和記憶示波器 模擬記憶示波器是利用記憶示波管的波形記憶（存儲(chǔ)）特性實(shí)現(xiàn)波形較長時(shí)間的存儲(chǔ) ，其核心是記憶示波管,示波管內(nèi)有兩種電子槍，一種稱為寫入槍，另一種稱為讀出槍 在記錄波形之前，首先對存儲(chǔ)柵網(wǎng)進(jìn)行清除，清除網(wǎng)上的電子 寫入槍發(fā)射電子束，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)功能 讀出時(shí)，在那些被記錄槍電子束掃描過的區(qū)域，讀出槍發(fā)出的泛射電子可以通過柵網(wǎng)而到達(dá)熒光屏，從而顯示波形

19、,5.5.2 數(shù)字存儲(chǔ)示波器,1數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理,當(dāng)處于存儲(chǔ)工作模式時(shí)，其工作過程一般分為存儲(chǔ)和顯示兩個(gè)階段 在存儲(chǔ)工作階段，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號(hào)，在邏輯控制電路的控制下依次寫入到RAM中 在顯示工作階段，將數(shù)字信號(hào)從存儲(chǔ)器中讀出轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)垂直放大器放大加到CRT的Y偏轉(zhuǎn)板。同時(shí)，CPU的讀地址計(jì)數(shù)脈沖加至D/A轉(zhuǎn)換器，得到一個(gè)階梯波掃描電壓，驅(qū)動(dòng)CRT的X偏轉(zhuǎn)板,2數(shù)字存儲(chǔ)式波器的工作方式 （1）數(shù)字存儲(chǔ)器的功能 隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM包括信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、參考波形存儲(chǔ)器、測量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和顯示緩沖存儲(chǔ)器四種 （2）觸發(fā)工作方式 1）常態(tài)觸發(fā) 同模擬示波器基本一樣 2）預(yù)置觸發(fā)

20、可觀測觸發(fā)點(diǎn)前后不同段落上的波形,3）測量與計(jì)算工作方式 數(shù)字存儲(chǔ)示波器對波形參數(shù)的測量分為自動(dòng)測量和手動(dòng)測量兩種。一般參數(shù)的測量為自動(dòng)測量，特殊值的測量使用手動(dòng)光標(biāo)進(jìn)行測量 （4）面板按鍵操作方式 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的面板按鍵分為立即執(zhí)行鍵和菜單鍵兩種,3數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式 （1）存儲(chǔ)顯示 適于一般信號(hào)的觀測 （2）抹跡顯示 適于觀測一長串波形中在一定條件下才會(huì)發(fā)生的瞬態(tài)信號(hào) （3）卷動(dòng)顯示 適于觀測緩變信號(hào)中隨機(jī)出現(xiàn)的突發(fā)信號(hào),4）放大顯示 適于觀測信號(hào)波形細(xì)節(jié) （5）XY顯示,6）顯示的內(nèi)插 插入技術(shù)可以解決點(diǎn)顯示中視覺錯(cuò)誤的問題 主要有線性插入和曲線插入兩種方式,4數(shù)字存儲(chǔ)示波器的特

21、點(diǎn) （1）波形的采樣/存儲(chǔ)與波形的顯示是獨(dú)立的, 因而可以無閃爍地觀測極慢變化信號(hào)；對于觀測極快信號(hào)來說，數(shù)字存儲(chǔ)示波器可采用低速顯示 （2）能長時(shí)間地保存信號(hào), 便于觀察單次出現(xiàn)的瞬變信號(hào) （3）先進(jìn)的觸發(fā)功能 不僅能顯示觸發(fā)后的信號(hào)，而且能顯示觸發(fā)前的信號(hào),4）測量準(zhǔn)確度高 采用了晶振和高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器 （5）很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力 內(nèi)含微處理器，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種波形參數(shù)的測量與顯示；還具有自檢與自校等多種自動(dòng)操作功能 （6）外部數(shù)據(jù)通信接口 可以很方便地將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)或其他的外部設(shè)備，進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算和分析處理,5數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要技術(shù)指標(biāo) （1）最高取樣速率 指單位時(shí)間內(nèi)取

22、樣的次數(shù)，用每秒鐘完成的A/D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來衡量。 實(shí)時(shí)取樣速率 （N為每格的取樣數(shù) t/div為掃描一格所用的時(shí)間即掃描時(shí)間因數(shù)） （2）存儲(chǔ)帶寬(B) 與取樣速率密切相關(guān),3）分辨率 包括垂直分辨率（電壓分辨率）和水平分辨率（時(shí)間分辨率） 垂直分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率相對應(yīng)，常以屏幕每格的分級數(shù)(級div)或百分?jǐn)?shù)來表示 水平分辨率由存儲(chǔ)器的容量決定，常以屏幕每格含多少個(gè)取樣點(diǎn)或用百分?jǐn)?shù)來表示,4）存儲(chǔ)容量 由采集存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器）的最大存儲(chǔ)容量來表示 （5）讀出速度 讀出速度是指將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出的速度，常用(時(shí)間)/div來表示,6數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要部件及要求 （1）高速A/

23、D轉(zhuǎn)換器 1）并行比較式ADC 采用直接比較原 理，轉(zhuǎn)換速度快， 有閃爍式A/D （Flash A/D）之 稱,2）并串式ADC,2）存儲(chǔ)器 可將高速采集的數(shù)據(jù)分路變?yōu)榈退贁?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)以降低對存儲(chǔ)速度的要求,3）控制系統(tǒng) 單處理器系統(tǒng)：僅有一個(gè)CPU，加上在CPLD或FPGA等數(shù)字邏輯的管理下進(jìn)行工作的高速時(shí)鐘電路 多處理器系統(tǒng)：由多個(gè)CPU完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、人機(jī)控制等功能,高速信號(hào)采集技術(shù) （1）CCD器件和A/D相結(jié)合 對被測信號(hào)進(jìn)行非實(shí)時(shí)取樣后借助CCD進(jìn)行信號(hào)的模擬存儲(chǔ)。然后將CCD中存儲(chǔ)的信號(hào)讀出并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，其結(jié)果存入RAM,2）掃描交換管和A/D相結(jié)合 將高速信號(hào)

24、存儲(chǔ)在掃描變換管的靶面上，然后通過電子掃描靶面以圖像信號(hào)輸出的形式取出存儲(chǔ)信號(hào)，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)字化結(jié)果存入存儲(chǔ)器 （3）等效取樣和A/D相結(jié)合 采用等效取樣的方法將高速信號(hào)變?yōu)榈退傩盘?hào)，對此低速信號(hào)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)就可能完成測量任務(wù),4）多通道組合 將多個(gè)通道的采集能力均用于一個(gè)通道對被測信號(hào)進(jìn)行采集,第二次課,5.6 示波器的基本測試技術(shù),5.6.1 示波器的選用 （1）根據(jù)要顯示的信號(hào)數(shù)量，選擇單蹤或雙蹤示波器 （2）根據(jù)被測信號(hào)的頻率特點(diǎn)選擇 （3）根據(jù)被測信號(hào)的重現(xiàn)方式選擇 （4）根據(jù)被測信號(hào)是否含有交直流成分選擇 （5）根據(jù)被測信號(hào)的測試重點(diǎn)選擇,5.6.2 示波器的正確使用,使用

25、注意事項(xiàng) （1）檢查電源電壓 （2）通電預(yù)熱后再調(diào)整各旋鈕，同時(shí)注意 各旋鈕應(yīng)先大致旋在中間位置 （3）亮度不宜開得過高，且亮點(diǎn)不宜長期停留在固定位置，不觀測波形時(shí)，應(yīng)該將輝度調(diào)暗 （4）輸入信號(hào)電壓的幅度應(yīng)控制在示波器的最大允許輸入電壓范圍內(nèi),5.6.2 示波器的正確使用,2通用示波器的主要技術(shù)性能 （1）Y軸通道 包括偏轉(zhuǎn)靈敏度、頻帶寬度、輸入阻抗、最大輸入電壓、工作方式及Y通道延遲時(shí)間等 （2）X軸通道 包括時(shí)基因數(shù)、工作方式、觸發(fā)方式、耦合方式及外觸發(fā)最大輸入電壓等 （3）主機(jī) 包括顯示尺寸、后加速陽極電壓、校準(zhǔn)信號(hào)等,5.6.2 示波器的正確使用,3通用示波器的面板示意圖 （1）CH

26、1（X）通道1：垂直輸入端 （2）CH2（Y）通道2：垂直輸入端 （3）VOLTS/DIV輸入衰減器 （4）VERT MODE：垂直方式選擇開關(guān) （5）SOURCE觸發(fā)源選擇開關(guān) （6）COUPLING觸發(fā)信號(hào)耦合方式開關(guān) （7）TIME/DIV掃描時(shí)間選擇開關(guān),5.6.2 示波器的正確使用,3通用示波器的面板示意圖（續(xù)） （8）SWEEP MODE掃描方式選擇開關(guān) （9）EXT TRIG和EXT HOR外觸發(fā)和外水平共用輸入端 （10）LEVEL HOLD OFF觸發(fā)電平和釋抑時(shí)間雙重控制旋鈕 （11）X-Y方式,5.6.2 示波器的正確使用,3通用示波器的面板示意圖（續(xù),5.6.2 示波器

27、的正確使用,4探頭的正確使用 常見探頭為低電容高電阻探頭,5.6.2 示波器的正確使用,4探頭的正確使用（續(xù)） 低電容探頭的應(yīng)用使輸入阻抗大大提高，特別是輸入電容大大減小。但是，將使示波器的靈敏度有所下降 探頭和示波器是配套使用的，不能互換，否則將會(huì)導(dǎo)致分壓比誤差增加或高頻補(bǔ)償不當(dāng) 低電容高電阻探頭的校正方法是以良好的方波電壓通過探頭加到示波器，微調(diào)電容C以達(dá)到出現(xiàn)良好的方波,5.6.3 用示波器測量電壓,1直流電壓的測量 （1）測量原理 利用被測電壓在屏幕上呈現(xiàn)的直線偏離時(shí)間基線（零電平線）的高度與被測電壓的大小成正比的關(guān)系進(jìn)行的 為被測直流電壓值，h為被測直流信號(hào)線的電壓偏離零電平線的高度

28、； 為示波器的垂直靈敏度， k為探頭衰減系數(shù),5.6.3 用示波器測量電壓,1直流電壓的測量（續(xù)） （2）測量方法 1）將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置（CAL） 2）將待測信號(hào)送至示波器的垂直輸入端 3）確定零電平線 4）將示波器的輸入耦合開關(guān)撥向“DC”檔，確定直流電壓的極性 5）讀出被測直流電壓偏離零電平線的距離h 6）計(jì)算被測直流電壓值,5.6.3 用示波器測量電壓,1直流電壓的測量（續(xù)） 例7-1 示波器測直流電壓及垂直靈敏度開關(guān)示意圖如圖所示，h=4cm、V/cm、若k=10：1，求被測直流電壓值,V,5.6.3 用示波器測量電壓,2交流電壓的測量 （1）測量原理 為被

29、測交流電壓值（峰-峰值）；h 為被測 交流電壓波峰和波谷的高度或任意兩點(diǎn)間的高度； 為示波器的垂直靈敏度； 為探頭衰減系數(shù) （2）測量方法 垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置；接入待測信號(hào)；輸入耦合開關(guān)置于“AC” ；調(diào)節(jié)掃描速度使波形穩(wěn)定顯示；調(diào)節(jié)垂直靈敏度開關(guān)；讀出被測交流電壓波峰和波谷的高度；計(jì)算被測交流電壓的峰-峰值,5.6.3 用示波器測量電壓,2交流電壓的測量（續(xù)） 例7-2 示波器正弦電壓如圖所示，h=8cm、V/cm、若K=1：1，求被測正弦信號(hào)的峰-峰值和有效值 正弦信號(hào)的峰-峰值為 正弦信號(hào)的有效值為,V,5.6.4 用示波器測量時(shí)間和頻率,1測量周期和頻率 （1）測量原理

30、 被測交流信號(hào)的周期 （x為被測交流信號(hào)的一個(gè)周期在熒光屏水平方向所占距離； 為示波器的掃描速度； 為X軸擴(kuò)展倍率 周期的倒數(shù)即為頻率,5.6.4 用示波器測量時(shí)間和頻率,1測量周期和頻率（續(xù)） （2）測量方法 1）將示波器的掃描速度微調(diào)旋鈕置于“校準(zhǔn)” 位置 2）將待測信號(hào)送至示波器的垂直輸入端 3）將示波器的輸入耦合開關(guān)置于“AC”位置 4）調(diào)節(jié)掃描速度開關(guān)，記錄 值 5）讀出被測交流信號(hào)的一個(gè)周期在熒光屏水平方向所占的距離x 6）計(jì)算被測交流信號(hào)的周期,5.6.4 用示波器測量時(shí)間和頻率,1測量周期和頻率（續(xù)） 例7-3 熒光屏上的波形如圖所示，信號(hào)一周期7cm，掃描速度開關(guān)置于“10m

31、s/cm”位置，掃描擴(kuò)展置于“拉出10”位置，求被測信號(hào)的周期,ms,5.6.4 用示波器測量時(shí)間和頻率,2測量時(shí)間間隔 （1）測量同一信號(hào)中任意兩點(diǎn)A與B的時(shí)間間隔的測量方法如下圖 A與B的時(shí)間間隔 （ 為A與B的時(shí)間間隔在熒光屏水平方向所占距離， 為示波器的掃描速度,5.6.4 用示波器測量時(shí)間和頻率,2測量時(shí)間間隔（續(xù)） （2）若A、B兩點(diǎn)分別為脈沖波前后沿的中點(diǎn)，則所測時(shí)間間隔為脈沖寬度，如下圖示,5.6.4 用示波器測量時(shí)間和頻率,2測量時(shí)間間隔（續(xù)） （3）采用雙蹤示波器可測量兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差。將B脈沖的起點(diǎn)左移1格，讀出兩被測信號(hào)起始點(diǎn)時(shí)間的水平距離,5.6.5 用示波器測量相位

32、,1用雙蹤示波法測量相位 將欲測量的兩個(gè)信號(hào)A和B分別接到示波器的兩個(gè)輸入通道 利用熒光屏上的坐標(biāo)測出信號(hào)的一個(gè)周期在水平方向上所占的長度 再測量兩波形上對應(yīng)點(diǎn)之間的水平距離x，則兩信號(hào)的相位差為,5.6.5 用示波器測量相位,1用雙蹤示波法測量相位（續(xù)） 用這種方法測相位差時(shí)應(yīng)該注意，只能用其中一個(gè)波形去觸發(fā)另一路信號(hào),5.6.5 用示波器測量相位,2用李沙育圖形法測量頻率或相位 （1）測量頻率 示波器工作于X-Y方式下，將頻率已知的信號(hào)與頻率未知的信號(hào)加到示波器的兩個(gè)輸入端，調(diào)節(jié)已知信號(hào)的頻率，使熒光屏上得到李沙育圖形，由此可測出被測信號(hào)的頻率 和 分別為水平線、垂直線與李沙育圖形的交點(diǎn)數(shù)

33、； 、 分別為示波器Y和X信號(hào)的頻率。李沙育圖形存在關(guān)系,5.6.5 用示波器測量相位,2用李沙育圖形法測量頻率或相位（續(xù)） 例7-4 如圖所示的李沙育圖形，已知X信號(hào)頻率為6MHz，問Y信號(hào)的頻率是多少,或,MHz,MHz,5.6.5 用示波器測量相位,2用李沙育圖形法測量頻率或相位（續(xù)） （2）測量相位差 把比較相位差的兩個(gè)頻率、同幅度的正弦信號(hào)分別送入示波器的Y通道和X通道，使示波器工作在X-Y方式，這時(shí)示波器的屏幕上會(huì)顯示出橢圓波形 由橢圓上的坐標(biāo)可求得兩信號(hào)的相位差為,5.6.5 用示波器測量相位,2用李沙育圖形法測量頻率或相位（續(xù)） （2）測量相位差,5.6.6 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的應(yīng)

34、用,1 t和V 的測量 數(shù)字存儲(chǔ)示波器對屏幕上要測量的信號(hào)部位加上游標(biāo)，記錄這兩個(gè)采樣點(diǎn)的位置和相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算，最后以字符自動(dòng)表示測量結(jié)果 2捕捉尖峰干擾 適合在較大時(shí)基設(shè)定范圍內(nèi)捕捉重復(fù)的尖峰干擾或單脈沖干擾 3非電信號(hào)測試 只要配有適當(dāng)?shù)膫鞲衅骶湍軠y量振動(dòng)、加速度、角度、位移、功率以及壓力等機(jī)電參數(shù),5.7 時(shí)域測量技術(shù),電子測量的對象可分為信號(hào)特性和系統(tǒng)特性兩類 同一物理信號(hào)和系統(tǒng)特性可以在時(shí)間和頻率兩個(gè)域內(nèi)描述，因此有時(shí)域和頻域兩種測試方法 頻率測量研究的是被測對象的復(fù)數(shù)頻率特性，即信號(hào)的頻譜和系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 時(shí)域測量研究的是被測對象的幅度時(shí)間特性，即信號(hào)波形和系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)或

35、階躍響應(yīng),使用時(shí)域測量技術(shù)及FFT算法求信號(hào)的頻譜,方法： 在一個(gè)時(shí)間段中對被測信號(hào)x(t)進(jìn)行采樣（采樣次數(shù)為m），對采樣值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到時(shí)間和幅值均離散的序列x(n) 對x(n)作快速傅立葉變換（FFT），X(k)為x(n)的復(fù)頻譜，有m個(gè)復(fù)數(shù)值； 由X(k)可計(jì)算得到幅度譜和相位譜 優(yōu)點(diǎn)（1）能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)分析；（2）既可以測量周期信號(hào)的頻譜，也可以測量非周期信號(hào)和瞬態(tài)信號(hào)的頻譜,5.7.1 信號(hào)的時(shí)域測量,信號(hào)的時(shí)域測量是對以時(shí)間作為自變量的電參量的測量，即信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的規(guī)律 1脈沖信號(hào)參數(shù)的時(shí)域測試,1) 脈沖參數(shù)的定義,與時(shí)間有關(guān)的脈沖參數(shù)的定義,2) 脈沖參數(shù)的測量方法

36、,使用示波器對脈沖波形進(jìn)行測量，從熒光屏直接讀波形刻度，然后再根據(jù)公式計(jì)算得到各參數(shù)值 1）測量方法 將被測脈沖直接加到示波器垂直通道Y的輸入端，波形的垂直方向表示與幅度有關(guān)的參數(shù)，水平方向表示與時(shí)間有關(guān)參數(shù) 確定出脈沖的頂值和底值（即幅值的100和0的基線位置） 測量幅度： 其它與幅度有關(guān)參數(shù)測量：從波形上讀出響應(yīng)的刻度值，再比上幅度的刻度值即可 上升時(shí)間測量：確定波形幅度為10和90的位置，然后讀刻度，再乘以水平掃描時(shí)基因素,2）測量誤差及對示波器的要求,與幅度有關(guān)的測量誤差來源主要有探頭衰減比誤差、示波器的輸入阻抗、通道非線性失真、讀數(shù)誤差、頂值和底值不準(zhǔn)等 與時(shí)間有關(guān)的測量誤差來源主要

37、有：示波器的建立時(shí)間（帶寬）、時(shí)基不準(zhǔn)確、上下基線的判別不準(zhǔn)、讀數(shù)誤差等。測量誤差一般為百分之幾 測量上升時(shí)間可下式修正由示波器有限帶寬帶來的誤差： 當(dāng)示波器的頻帶寬度大于被測信號(hào)中最高頻率的5倍以上時(shí)，一般可以忽略示波器帶寬對脈沖上升時(shí)間測量的影響,普通模擬示波器不能測量單脈沖的參數(shù)，只能測量周期脈沖信號(hào)的參數(shù) 數(shù)字存儲(chǔ)示波器對單脈沖和周期脈沖信號(hào)參數(shù)都能測量 數(shù)字存儲(chǔ)示波器內(nèi)部有計(jì)算功能，有些參數(shù)可直接得到測量數(shù)值，如幅度、上升時(shí)間、下降時(shí)間、脈寬等 數(shù)字存儲(chǔ)示波器使用可調(diào)的水平游標(biāo)或垂直游標(biāo)，可直接得到兩游標(biāo)間的電壓差值或時(shí)間差值，比模擬示波器減少讀數(shù)誤差,2. 調(diào)幅信號(hào)的時(shí)域測試,調(diào)幅系數(shù),1）直線掃描法： 加到