示波器的調(diào)節(jié)與使用

1、-/數(shù)字示波器的調(diào)節(jié)與使用、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解示波器的結(jié)構(gòu)與示波原理2. 掌握示波器的使用方法，學(xué)會用示波器觀測各種電信號的波形3. 學(xué)會用示波器測正弦交流信號的電壓幅值及頻率4. 學(xué)會用李薩如圖法，測量正弦信號頻率二、實(shí)驗(yàn)儀器RIGOL DS1000E型數(shù)字存儲示波器，DG 1 0 2 2函數(shù)波形發(fā)生器三、實(shí)驗(yàn)原理1、雙蹤示波器的原理:雙蹤示波器控制電路主要包括：電子開關(guān)、垂直放大電路、水平放大電路、掃描發(fā)生器、同步電路、電源等。圖1.雙蹤示波器原理方框圖平人賂其中，電子開關(guān)使兩個(gè)待測電壓信號YCH1和YCH2周期性地輪流作用在 丫偏轉(zhuǎn)板，這樣在熒光屏上忽而顯示YCH1信號波形，忽而顯示 Y

2、CH2信號波形。由于熒光屏熒光物質(zhì)的余輝及人眼視覺滯留效應(yīng)，熒光屏上看到的是兩個(gè)波 形。如果正弦波與鋸齒波電壓的周期稍不同，屏上出現(xiàn)的是一移動(dòng)的不穩(wěn)定 圖形，這是因?yàn)閽呙栊盘柕闹芷谂c被測信號的周期不一致或不呈整數(shù)倍，以 致每次掃描開始時(shí)波形曲線上的起點(diǎn)均不一樣所造成的。為了獲得一定數(shù)量的完整周期波形，示波器上設(shè)有“time/div ”調(diào)節(jié)旋鈕，用來調(diào)節(jié)鋸齒波電壓的周期，使之與被測信號的周期呈合適的關(guān)系，從而顯示出完整周期的正 弦波形。當(dāng)掃描信號的周期與被測信號的周期一致或是整數(shù)倍，屏上一般會顯示 出完整周期的正弦波形，但由于環(huán)境或其他因素的影響，波形會移動(dòng)，為此 示波器內(nèi)裝有掃描同步電路， 同

3、步電路從垂直放大電路中取出部分待測信號,。如果同X偏轉(zhuǎn)板加輸入到掃描發(fā)生器，迫使鋸齒波與待測信號同步，此稱為“內(nèi)同步”步電路信號從儀器外部輸入，則稱為“外同步”。2. 示波器顯示波形原理:如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的 上示波器內(nèi)部的鋸齒波，當(dāng)鋸齒波電壓的變化周期與正弦電壓的變化周期相等時(shí)，則在熒光屏上將顯示出完整周期的正弦波形，如圖2所示。如果在示 波器的YCH1 YCH2端口同時(shí)加上正弦波， 在示波器的X偏轉(zhuǎn)板加上示波器內(nèi)部的鋸齒波，則在熒光屏上將得到兩個(gè)正弦波。XI寸叫七圖2.示波器顯示正弦波形的原理3、數(shù)字存儲示波器的基本原理數(shù)字存儲示波器的基本原理框圖如圖

4、3所示:InputAMPA/DDeMUXAcquistion . Memory | "uPDis playMemoryDis play圖3.數(shù)字存儲示波器的基本原理框圖數(shù)字示波器是按照采樣原理，利用A/D變換，將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變成 離散的數(shù)字序列，然后進(jìn)行恢復(fù)重建波形，從而達(dá)到測量波形的目的。輸入緩沖器放大器（AMP：將輸入的信號作緩沖變換，起到將被測體與示 波器隔離的作用，示波器工作狀態(tài)的變換不會影響輸入信號，同時(shí)將信號的 幅值切換至適當(dāng)?shù)碾娖椒秶?（示波器可以處理的范圍），也就是說不同幅值的 信號在通過輸入緩沖放大器后都會轉(zhuǎn)變成相同電壓范圍內(nèi)的信號。A/D單元的作用是將連續(xù)的模

5、擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字序列，然后按照數(shù)字序列的先后順序重建波形。所以A/D單元起到一個(gè)采樣的作用，它在采 樣時(shí)鐘的作用下，將采樣脈沖到來時(shí)刻的信號幅值的大小轉(zhuǎn)化為數(shù)字表示的數(shù)值。這個(gè)點(diǎn)我們稱為采樣點(diǎn)。A/D轉(zhuǎn)換器是波形采集的關(guān)鍵部件。多路選通器（DEMUX將數(shù)據(jù)按照順序排列，即將 A/D變換的數(shù)據(jù)按照其 在模擬波形上的先后順序存入存儲器，也就是給數(shù)據(jù)安排地址，其地址的順 序就是采樣點(diǎn)在波形上的順序，采樣點(diǎn)相鄰數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔就是采樣間 隔。數(shù)據(jù)采集存儲器（Acquisition Memory）是將采樣點(diǎn)存儲下來的存儲單 元，他將采樣數(shù)據(jù)按照安排好的地址存儲下來，當(dāng)采集存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)足夠 復(fù)原

6、波形的時(shí)候，再送入后級處理，用于復(fù)原波形并顯示。處理器（卩P）及顯示內(nèi)存（Dis play Memory）。處理器用于控制和處理 所有的控制信息，并把采樣點(diǎn)復(fù)原為波形點(diǎn)，存入顯示內(nèi)存區(qū)，并用于顯示。顯示單元（Dis play）將顯示內(nèi)存中的波形點(diǎn)顯示出來，顯示內(nèi)存中的數(shù)據(jù)與LCD顯示面板上的點(diǎn)是一一對應(yīng)的關(guān)系。4、李薩如圖形的基本原理如果在示波器的CH1通道加上一正弦波，在示波器的CH2通道加上另 正弦波，當(dāng)兩正弦波信號的頻率比值為簡單整數(shù)比時(shí)，在熒光屏上將得到李 薩如圖形，如下圖所示。這些李薩如圖形是 兩個(gè)相互垂直的簡諧振動(dòng)合成 的 結(jié)果，它們滿足x ny其中，fx代表CH1通道上正弦波信號

7、的頻率，fy代表CH2通道上正弦波信號的頻率，nx代表李薩如圖形與假想水平線的切點(diǎn)數(shù)目,ny代表李薩如圖形與假想垂直線的切點(diǎn)數(shù)目。f yn_xfxnyfynx 8ny 5f ynxfxny四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、觀察各種波形并測量正弦波形的電壓、周期和頻率。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，分別觀察三角波、方波、正弦波形三種,熟悉信號發(fā)生器和示波器的使用。 選擇三個(gè)頻率段正弦波形， 分別測量對應(yīng)波形電壓 （峰-峰值）、周期和頻率。將數(shù)據(jù)填入表格，并計(jì)算絕對誤差。（注：標(biāo)準(zhǔn)值即信號發(fā)生器顯示的值）2、利用李薩如圖形測頻率將兩信號發(fā)生器分別從示波器的CH1輸入端和CH2輸入端輸入,將CH1和CH2輸入端信號置于XY模

8、式，可保持CH1輸入端信號發(fā)生器的頻率不變（例如fx=100Hz）,調(diào)節(jié)CH2輸入端信號發(fā)生器的頻率,使屏中出現(xiàn)大小適中的圖形，即出現(xiàn)如講義中所示的李莎如圖形 ，計(jì)算出fy，讀出信號發(fā)生器上 CH2輸入端信號的頻率f y ,比較fy和fy 。1、觀察各種波形正弦波、鋸齒波和三角波，測量3種正弦波形的電壓、頻率和周期，計(jì)算相對誤差。（注：標(biāo)準(zhǔn)值即信號發(fā)生器顯示的值）Vp p(v)f(Hz)T(s)測量值標(biāo)準(zhǔn)值測量值標(biāo)準(zhǔn)值測量值標(biāo)準(zhǔn)值信號1相對誤差信號2相對誤差信號3相對誤差2、利用李薩如圖形測頻率（拍照片）fy : fx1： 12: 13： 1fx( CH1)(Hz)100100100李薩如圖形

9、nxnyfy（Hz）（計(jì)算值）f y （Hz）（測量值）五、思考題1.若在示波器上看到的波形幅度太小,應(yīng)調(diào)節(jié)哪個(gè)旋鈕,使波形的大小適中?2. 怎樣用示波器定量地測量交流信號的電壓有效值和頻率?3. 觀察兩個(gè)信號的合成李薩如圖形時(shí)，應(yīng)如何操作示波器?實(shí)驗(yàn)儀器RIGOL DS1000E 型數(shù)字存儲示波器RIGOL羽山朮液晶顯示USB 接口 9多功能旋鈕常用菜單運(yùn)行控制菜單操作鍵觸發(fā)控制探頭補(bǔ)償信號輸出模擬信號輸入外觸發(fā)輸入水平控制垂直控制II-甲運(yùn)行狀態(tài)rD內(nèi)存中觸發(fā)位置I當(dāng)前窗口位T >I>i交逋帶寬限制1探頭1 -數(shù)斑卑1Wg iTi觸發(fā)位置P31恤水平時(shí)基檔位狀態(tài)J i觸發(fā)位移顯

10、示fTL觸發(fā)狀態(tài)rj I .波形顯示窗尹gj耦合方式垂直檔位狀態(tài)1觸發(fā)模式邊沿觸發(fā)脈寬觸發(fā)斜率觸發(fā)操作菜單相關(guān)知識儲示波器的主要技術(shù)指標(biāo):1 .最大取樣速率fmax定義：單位時(shí)間內(nèi)完成的完整A/ D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)。最大取樣速率主要由 A/D轉(zhuǎn)換器的最高轉(zhuǎn)換速率來決定。最大取樣速率愈 高，儀器捕捉信號的能力愈強(qiáng)。數(shù)字存儲示波器在某個(gè)測量時(shí)刻的實(shí)際取樣速率可根據(jù)示波器當(dāng)時(shí)設(shè)定的掃 描時(shí)間因數(shù)(t/div )推算。其推算公式為t/div式中，N每格的取樣數(shù)，t/div掃描時(shí)間因數(shù)，掃描一格所占用的時(shí)間，亦稱掃描速度。2.存儲帶寬：存儲帶寬與取樣速率密切相關(guān)。根據(jù)奈奎斯特取樣定理，如果取樣速率大于或等

11、于信號最高頻率分量的2倍，便可重現(xiàn)原信號波形。實(shí)際 上，在數(shù)字存儲示波器的設(shè)計(jì)中，為保證顯示波形的分辨率，往往要求增加更多的取樣點(diǎn)，一般一個(gè)周期取410點(diǎn)。帶寬是決定示波器準(zhǔn)確測量信號 的能力的基本參數(shù)之一。帶寬是表征示波器能準(zhǔn)確測量的頻率范圍。帶寬的定義是指正弦輸入信號衰減至真實(shí)幅值的70.7%(-3dB)的頻率點(diǎn)。沒有足夠的帶寬，示波器就不能觀測到高頻的變化。幅值將會失真，信號沿將會變得平緩，細(xì)節(jié)將會丟失。5倍原則：示波器需要的帶寬=測量信號的最高頻率分量的頻率X 55倍原則可以提供+/-2%的測量誤差，對于通常的應(yīng)用已足夠。3.分辨率：分辨率用于反映存儲信號波形細(xì)節(jié)的綜合特性。分辨率包括

12、垂直分辨率和水平分辨率。 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）表示。水平分辨率由存儲器的容量來決定，常以屏幕每格含多少個(gè)取樣點(diǎn)（點(diǎn)/div ）表示。4.儲容量：存儲容量又稱記錄長度，用記錄一幀波形數(shù)據(jù)占有的存儲容量來表示，常以字（word）為單位。存儲容量與水平分辨率在數(shù)值上互為倒數(shù)關(guān)系。數(shù)字存儲器的存儲容量通常采用256B，512B, 1KB, 4KB等。存儲容量愈大，水平分辨率就愈高。但存儲容量并非越大越好，由于儀器最高取樣速率的限制，若存儲容量選取不恰當(dāng)，往往會因時(shí)間窗口縮短而失去信號的重要成分，或者因時(shí)間窗口增大而使水平分辨率降低。5.讀出速度：讀出速度是指將存儲的數(shù)據(jù)從存儲器中讀出的速度，常用間）/div表示。其中，時(shí)間等于屏幕中每格內(nèi)對應(yīng)的存儲容量X讀脈沖周期。使用時(shí)，示波器應(yīng)根據(jù)顯示器、記錄裝置或打印機(jī)等對速度的不同要求，選擇不同的讀出速度。注意事項(xiàng)1、AC電源輸入應(yīng)該在100V-240V, 47-63HZ ± 10%的選擇電壓范圍以內(nèi)。2、第一次使用前先確認(rèn)安裝正確的保險(xiǎn)絲值:100 V- 240 VAC輸入電壓：T2A / 250V。3、接地警告：為避免電擊，電源線的地線必須接地。使用本機(jī)時(shí),