測控技術(shù)第六章課件

第六章信號的顯示與測量一、引言1、顯示信號的必要性

直觀、多用途

2、示波器的分類

按示波器的用途和特點(diǎn)，可將其分為以下幾類：（1）通用示波器：能在屏幕上同時(shí)觀察一個(gè)到多個(gè)信號波形，可對信號進(jìn)行定性觀察和定量測量。（2）取樣示波器：利用取樣技術(shù)，將被測信號化為包絡(luò)與其相似的低頻信號，再借助于通用示波器的原理進(jìn)行顯示。（3）存儲示波器：可對信號進(jìn)行存儲，并進(jìn)行顯示和測量。（4）特殊示波器是指能滿足某種特殊需要的示波器。3、示波器的現(xiàn)狀及發(fā)展

1948年，美國Tek公司制造出了511型示波器，其頻寬為10MHz，靈敏度為0.25V／cm，首次采用了觸發(fā)掃描，x軸的精度達(dá)5％，可對脈沖信號進(jìn)行測量。進(jìn)入七十年代后，通用示波器向著高頻、高靈敏度、多用、小型、集成化、數(shù)字化、自動(dòng)化等方面以更高的速度發(fā)展。目前，出現(xiàn)了靈敏度為1μv的高靈敏度低漂移低噪聲的示波器，取樣示波器的帶寬已達(dá)18GHz。

目前，示波器中應(yīng)用微處理器有兩種類型。一種是微處理器不作用于波形的顯示過程，引入微處理器來代替使用者的部分操作和計(jì)算工作，智能化程度不高。另一種是經(jīng)過微處理器數(shù)字化，這種示波器的智能化程度較高、精確度較高、測量功能也較多，例如可進(jìn)行微分和積分、求平方根、n點(diǎn)平均值、計(jì)算上升時(shí)間、頻率、有效值和負(fù)峰值等，所有這些功能都是預(yù)先編好程序的，使用時(shí)用戶只需按下鍵盤上有關(guān)的功能鍵，儀器即可按指定程序自動(dòng)地進(jìn)行測量計(jì)算，然后用字符把測試結(jié)果連同波形一起顯示在示波器屏幕上。

示波器將進(jìn)一步向高技術(shù)性能、高可靠性以及多功能、自動(dòng)化等方面發(fā)展。（1）向高頻方向發(fā)展：隨著計(jì)算機(jī)及編碼調(diào)制通信系統(tǒng)的發(fā)展，要求示波器的頻帶寬度要進(jìn)一步擴(kuò)展。需要研究新型的放大器和新型的示波器，頻寬上限將突破1GHz。（2）向高靈敏度發(fā)展：目前在研制高靈敏度的示波器方面，出現(xiàn)了靈敏度為1μV／div，帶寬為25MHz的高靈敏度示波器。（3）向高可靠性發(fā)展：采用集成電路和微處理器技術(shù)，從而使示波器的可靠性可以大大提高。（4）向低頻方向發(fā)展：要求能夠觀察并準(zhǔn)確地測量出0.01Hz～20kHz的頻率范圍的信號。（5）向自動(dòng)化方向發(fā)展：（6）向計(jì)算化方向發(fā)展：將微處理器引入示波器，使示波器能夠自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，并將各種計(jì)算結(jié)果顯示。（7）向綜合測試系統(tǒng)發(fā)展：要求示波器具有多種測試功能，成為一種綜合的測試系統(tǒng)。（8）向小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、積木化和系列化方向發(fā)展：（9）向平面顯示發(fā)展LS140特性參數(shù)PortableDigitalStorage100MHzOscilloscope

4FullChannels(RIS)

SimultaneousChannels:Channels1and2orChannels3and4

ADC:Two8-bitFlash

Bandwidth:100MHz(atprobetip),10mV/div-10V/div

VerticalResolution:8Bits

InputImpedance:1MΩ±1.0%

InputCoupling:AC,DC,orGND

MaximumInput:±400V,DC+peakAC

SamplingRate:200MS/smax

Repetitive(RIS)SamplingRate:8GS/smax

Sensitivity:2mV-10V/divfullyvariable

DCGainAccuracy:±(1.5%+0.5%offullscale)美國力科WavePro7300AWavePro7300A特性

·帶寬:3GHz

·上升時(shí)間(典型值):150ps

·通道數(shù)量:4

·標(biāo)配內(nèi)存長度:2M樣點(diǎn)/通道

·最大記錄長度:48M樣點(diǎn)/2通道-24M樣點(diǎn)/通道

·最大取樣速率(通道數(shù)量):20GS/s(2通道)

·重復(fù)取樣(RIS)速率:200GS/s

·顯示器:彩色10.4英寸平板TFT-LCD，帶有高清觸摸屏

·單次取樣速率:10GS/s

·分析工具:測量和數(shù)學(xué)運(yùn)算成套工具,小直方圖,參數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算,用戶定制

安捷倫DSO81304B安捷倫DSO81304B特性采樣率高達(dá)40GSa/s的13GHz帶寬實(shí)時(shí)示波器在40GSa/s采樣率時(shí)高達(dá)2Mpts的MegaZoom深存儲器，在4GSa/s采樣率時(shí)達(dá)到64Mpts的MegaZoom深存儲器，存儲器可以升級

13GHz系統(tǒng)帶寬（典型值）的InfiniiMaxII1169A探測系統(tǒng)業(yè)界最低的本底噪聲：5mV/div時(shí)，為419uV觸發(fā)抖動(dòng)低于500fsrms業(yè)界最豐富的應(yīng)用軟件套件XGA觸摸屏，可顯示256個(gè)強(qiáng)度等級無與倫比的InfiniiMax探測附件支持點(diǎn)測、焊接、插接和SMA使用模式二、信號顯示的基本原理

1、示波器基本原理概述

（1）示波管

示波管是示波器的核心，它的主要作用是在屏幕上形成光點(diǎn)，并在垂直信號和水平信號偏轉(zhuǎn)的作用下，將輸入信號以圖像形式顯示出來。示波管一般分為靜電式和電磁式兩大類，在示波器中的示波管大都是靜電偏轉(zhuǎn)式，被稱為靜電式陰極射線示波管(CRT)。

偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對位置彼此垂直的偏轉(zhuǎn)板構(gòu)成?？拷娮訕尩囊粚榇怪逼D(zhuǎn)板；另一對為水平偏轉(zhuǎn)板。利用靜電場使電子射線產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，屏幕上的光點(diǎn)將隨電場的變化而移動(dòng)。如果僅在Y偏轉(zhuǎn)板間加電壓，則電子束將根據(jù)所形成的電場的強(qiáng)弱與極性在垂直方向上運(yùn)動(dòng)；同理，如果僅在X偏轉(zhuǎn)板間加電壓，則電子束將根據(jù)所形成的電場的強(qiáng)弱與極性在水平方向上運(yùn)動(dòng)，電子束最終的運(yùn)動(dòng)情況取決于水平方向和垂直方向電壓的共同作用。（2）波形顯示原理

當(dāng)fy

=nfx（n是整數(shù)）時(shí)，屏幕上就能顯示n個(gè)周期的清晰波形;如果fy與fx之間不是整數(shù)倍的關(guān)系，波形就不能完全重疊，不易看出完整、清晰的波形。要想使fy與fx保持整數(shù)倍關(guān)系是困難的，解決這個(gè)問題的辦法，并不是使fx保持絕對穩(wěn)定，而是用待測信號同時(shí)控制鋸齒波發(fā)生器，使鋸齒波的頻率fx能跟隨fy作些微小的變化，以保持fy與fx成整數(shù)倍的關(guān)系。當(dāng)fy是fx的整數(shù)倍時(shí)，即可謂達(dá)到了同步。同步時(shí)，屏幕上的波形穩(wěn)定不動(dòng)；在沒有達(dá)到同步時(shí)，波形是不穩(wěn)定的。線性：掃描電壓的正程必須是線性變化的。由于掃描電壓的正程表征被測信號的時(shí)間，是測量時(shí)間的基準(zhǔn)，所以稱通常示波器中的掃描（電壓正程）為時(shí)基，產(chǎn)生掃描電壓的電路稱為時(shí)基電路。同步性：在測量連續(xù)信號時(shí)，每次掃描正程的起點(diǎn)必須與被測信號同步。同步是通過用被測信號產(chǎn)生觸發(fā)脈沖去啟動(dòng)掃描發(fā)生器實(shí)現(xiàn)的。2、通用示波器的基本原理（1）通用示波器的基本組成

主機(jī)部分：主要包括示波管、z通道、電源和校準(zhǔn)信號發(fā)生器等。垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（垂直通道，Y通道）：主要包括Y通道輸入電路、延時(shí)電路、Y通道放大器、輸出放大器等。為了觀測多個(gè)波形，多蹤示波器還具有通道轉(zhuǎn)換能力。水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（X通道）：由掃描發(fā)生器（時(shí)基電路）、觸發(fā)同步電路、水平放大器及增輝電路（Z通道）等單元組成。電源：對示波器的各系統(tǒng)、各電路提供高壓、低壓及燈絲等電源。此外，示波器一般都具有時(shí)標(biāo)和校幅兩個(gè)附屬電路，分別用來測量信號的時(shí)間參數(shù)和信號的幅度，或用來校準(zhǔn)時(shí)基及垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。偏轉(zhuǎn)靈敏度和偏轉(zhuǎn)因數(shù)：示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度定義為：在單位輸入信號電壓的作用下屏幕上光點(diǎn)在垂直方向的偏轉(zhuǎn)距離，其單位為cm/V(或cm/mV)。偏轉(zhuǎn)靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)，其單位為V/cm或mV/cm，有的示波器把熒光屏上的刻度格（div）作為長度單位，通常1div=0.8cm。偏轉(zhuǎn)靈敏度或偏轉(zhuǎn)因數(shù)表征Y通道對被測信號的響應(yīng)能力。示波器的靈敏度要受到帶寬、噪聲、漂移等因素限制，目前最高偏轉(zhuǎn)靈敏度達(dá)10μV/div。輸入方式和輸入阻抗輸入方式是指被測信號從示波器的輸入接線端至Y通道輸入電路的連接方式，大體上分為直流（DC）和交流（AC）兩種方式。輸入阻抗是指示波器輸入接線端對被測信號源呈現(xiàn)的阻抗，通常等效為輸入電阻和電容和并聯(lián)，輸入阻抗越大，示波器對被測電路的影響就越小。掃描速度、時(shí)基因數(shù)和掃描頻率掃描速度就是光點(diǎn)在水平方向移動(dòng)的速度，其單位是cm/s或div/s。掃描速度的倒數(shù)就是時(shí)基因數(shù)，它表示光點(diǎn)水平移動(dòng)單位長度（cm或div）所需的時(shí)間，掃描頻率表示水平掃描的鋸齒波的頻率。掃描方式產(chǎn)生時(shí)間基線的各種方式稱為掃描方式，通常有觸發(fā)掃描、連續(xù)掃描或稱自激掃描、單次掃描以及雙時(shí)基掃描。觸發(fā)特性示波器的觸發(fā)特性是指觸發(fā)脈沖的取得方式，通常有如下幾種：由被測信號產(chǎn)生的內(nèi)觸發(fā)方式；由與被測信號相關(guān)的外信號產(chǎn)生的外觸發(fā)方式等。示波管性能

環(huán)路中時(shí)基閘門電路是一個(gè)典型的施密特電路，它是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，當(dāng)輸入電平（a點(diǎn)電位）低于下觸發(fā)電平時(shí)，輸出（b點(diǎn)電位）為高；當(dāng)輸入電平高于上觸發(fā)電平時(shí)其輸出為低；若輸入在上、下觸發(fā)電平之間，其輸出狀態(tài)不會發(fā)生變化。掃描發(fā)生器是一個(gè)鋸齒波發(fā)生器，通常采用密勒積分器或用恒流源對電容器的充電電路，它在時(shí)基閘門的控制下產(chǎn)生掃描的正程及回程。只有當(dāng)其輸入U(xiǎn)b為高電平時(shí)，才輸出斜升的鋸齒波電壓Uc（即Uo的正程）；當(dāng)輸入為低電平時(shí)，立即停止斜升過程進(jìn)入掃描的回程，輸出電壓一直下降到原來的起點(diǎn)電平，而后進(jìn)入等待期（如Uc所示）。

電壓比較器將掃描發(fā)生器的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓Ur進(jìn)行比較，當(dāng)超過Ｕr時(shí)比較器就有變化的輸出，其變化規(guī)律和掃描發(fā)生器輸出的完全相同。釋抑電路的作用是在掃描回程期間，電壓比較器的輸出以較慢的速度放電。由于該電路的RC要比掃描發(fā)生器的放電時(shí)間常數(shù)大得多，因此當(dāng)它下降到起點(diǎn)位置時(shí)，掃描發(fā)生器的輸出電壓早已回到起始電位，以便下次掃描仍從該電位開始，這樣可以在屏幕上獲得起點(diǎn)固定的掃描基線。（2）觸發(fā)掃描和自激掃描

觸發(fā)掃描是在外觸發(fā)信號的作用下產(chǎn)生掃描電壓。自激掃描是指掃描發(fā)生器環(huán)在沒有觸發(fā)脈沖的情況下也能自行輸出掃描電壓。

（3）單次掃描單次信號必須采用單次掃描，而且掃描必須由單次信號本身，或與單次信號有關(guān)的事件觸發(fā)產(chǎn)生，每次觀測只進(jìn)行一次掃描過程。通常的方法是斷開圖6.5釋抑電阻R上的開關(guān)S，在掃描回程時(shí)釋抑電容C無放電通路，使整個(gè)掃描電路處于抑制狀態(tài)，不再重復(fù)產(chǎn)生掃描電壓。只有再次接通開關(guān)S，使釋抑電路解除抑制狀態(tài)，才可以重新產(chǎn)生掃描輸出。4、觸發(fā)特性

觸發(fā)特性包括觸發(fā)源的選擇、觸發(fā)信號耦合方式選擇等。（1）觸發(fā)源

觸發(fā)信號有3種來源。內(nèi)觸發(fā)：內(nèi)觸發(fā)信號來自于示波器內(nèi)的Y通道觸發(fā)放大器，它位于延遲線前，當(dāng)需要利用被測信號觸發(fā)掃描發(fā)生器時(shí)，采用這種方式。外觸發(fā)：用外接信號觸發(fā)掃描，該信號由觸發(fā)“輸入”端接入。當(dāng)被測信號不適合作觸發(fā)信號或?yàn)榱吮容^兩個(gè)信號的時(shí)間關(guān)系時(shí)，可用外觸發(fā)。電源觸發(fā)：來自50Hz交流電源產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，用于觀察與交流電源頻率有關(guān)時(shí)間關(guān)系的信號，例如，整流濾波的紋波電壓等波形。

（2）觸發(fā)耦合方式為了適應(yīng)不同的信號頻率，示波器設(shè)有四種觸發(fā)耦合方式，可用開關(guān)進(jìn)行選擇。“DC”直流耦合：用于接入直流或緩慢變化的信號，或頻率較低并且有直流成分的信號，一般用“外”觸發(fā)或連續(xù)掃描方式。“AC”交流耦合：觸發(fā)信號經(jīng)電容接入，用于觀察由低頻到較高頻率的信號，用內(nèi)或外觸發(fā)均可?！癏F”高頻耦合：用于觀察大于5MHz的信號。（3）觸發(fā)方式示波器的觸發(fā)方式通常有常態(tài)、自動(dòng)和高頻三種方式，這三種方式控制觸發(fā)整形電路，以產(chǎn)生不同形式的掃描觸發(fā)信號，形成不同形式的掃描電壓。常態(tài)觸發(fā)方式：是將觸發(fā)信號經(jīng)整形后，產(chǎn)生足以觸發(fā)掃描電壓電路的觸發(fā)脈沖，它的觸發(fā)極性是可調(diào)的，上升沿觸發(fā)即為正極性觸發(fā)，下降沿觸發(fā)即為負(fù)極性觸發(fā)，另外還可調(diào)節(jié)觸發(fā)電平。自動(dòng)觸發(fā)方式：自動(dòng)觸發(fā)方式時(shí)，整形電路為自激多諧振蕩器，振蕩器的固有頻率由電路時(shí)間參數(shù)決定，該自激多諧振蕩器的輸出經(jīng)變換后去驅(qū)動(dòng)掃描電壓發(fā)生器，所以，在無被測信號輸入時(shí)，仍有掃描，一旦有觸發(fā)信號且其頻率高于自激頻率時(shí)，則自激多諧振蕩器內(nèi)觸發(fā)信號同步而形成觸發(fā)掃描，一般測量均使用自動(dòng)觸發(fā)方式。高頻觸發(fā)方式：其觸發(fā)方式原理同自動(dòng)觸發(fā)方式，不同點(diǎn)是自激振蕩頻率較高，當(dāng)用高頻觸發(fā)信號在與它同步時(shí)，同步較為穩(wěn)定。高頻觸發(fā)方式常用于觀測高頻信號。三、示波器中采用的其它顯示技術(shù)

1、光柵顯示原理

波形的形成和顯示例如在光柵增輝式掃頻儀中，鋸齒波發(fā)生器輸出頻率Fy

=18.5kHz的鋸齒波，三角波發(fā)生器產(chǎn)生頻率為Fx=0.01～30Hz（可調(diào)）的三角波電流。設(shè)Fx=1Hz，則三角波正程或回程期間形成的光柵條數(shù)為

Fy/2Fx=18500/(2×1)=9250（條）即使Fx=30Hz，光柵條數(shù)也有近308條。由此可見，光柵是非常密的。2、平板顯示

平板顯示器件主要有電致發(fā)光（EL）顯示板、等離子體（PDP）顯示板和液晶（LCD）顯示板，它們都是在正高的條狀電極之間放置某種物質(zhì)，使之生產(chǎn)光效應(yīng)。（1）液晶顯示原理

如圖為扭曲向列型液晶顯示原理圖。在液晶盒兩側(cè)分別放置光的起偏器和檢偏器，并互相垂直放置。當(dāng)自然光通過時(shí)，由于扭曲向列型液晶分子具有旋光性，進(jìn)入液晶盒的垂直偏振光可以順利地通過水平檢偏器到達(dá)反射極，再將光按原路線折回至光的輸入端，于是從圖左端看去呈白色。如果在液晶盒的兩個(gè)電極施加方波電壓，由于電場的作用使這些液晶分子失去了旋光性，垂直偏振光不能通過水平檢偏器，以致沒有反射光，就不再呈現(xiàn)白色。如果加以適當(dāng)信號，從左端看去就出現(xiàn)白底黑字，達(dá)到顯示的目的。

（2）液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)平板顯示的驅(qū)動(dòng)原理

四、示波器性能的提高1、多波形顯示

常見的方法有多線顯示、多蹤顯示及雙掃描顯示等。在屏幕上同時(shí)顯示多個(gè)波形的方法有兩種，即多線（束）顯示和多蹤顯示。多線示波管有多個(gè)相互獨(dú)立的電子束。雙線（雙束）示波器的示波管的電子束可產(chǎn)生兩個(gè)電子束，并有兩套X、Y偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。其中兩對X偏轉(zhuǎn)板上往往采用相同的掃描電壓，但兩個(gè)Y通道常接入不同的信號，并可分別調(diào)節(jié)兩通道的靈敏度、位移、聚焦、輝度等。

多蹤示波器與多線示波器不同，它的組成與普通示波器類似，只不過在電路中多了一個(gè)電子開關(guān)并具有多個(gè)垂直通道。電子開關(guān)在不同的時(shí)間里，分別把兩個(gè)垂直通道的信號輪流接至Y偏轉(zhuǎn)板，使其可在屏幕上顯示多路波形。

雙蹤示波器有兩種不同的時(shí)間分割方式，即交替方式和斷續(xù)方式。交替方式是每一次掃描接通一個(gè)被測信號。比如第一次掃描接通信號Uia，第二次掃描接通Uib，依次輪流；斷續(xù)方式是在一次掃描過程中輪流接通信號Uia和Uib，如果多諧振蕩器的周期遠(yuǎn)小于掃描周期，在一次掃描過程中有多次分別接通兩個(gè)信號，屏幕上顯示的兩個(gè)波形盡管被分成許多小段，但看起來仍有一種連貫性。交替方式適于觀測高頻信號，斷續(xù)方式適于觀察低速信號。雙掃描示波顯示

雙掃描示波系統(tǒng)（或稱雙時(shí)基系統(tǒng)）有兩個(gè)獨(dú)立的觸發(fā)和掃描電路，同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)掃描時(shí)基：一個(gè)是慢掃描，稱為A掃描；另一個(gè)是快掃描，稱為B掃描。

雙掃描示波器的波形示意圖

為了同時(shí)能觀測脈沖串的全貌及其中某一部分的細(xì)節(jié)，在X通道中設(shè)有電開關(guān)，把兩套掃描電路的輸出交替地接入X放大器。電子開關(guān)還控制光跡分離電路，在兩種掃描時(shí)給Y放大器施加不同的直流電位，使兩種掃描顯示的波形上下分開。由于熒光屏的余輝和人眼的殘留效應(yīng)，使人感到“同時(shí)”顯示了兩種波形。電子開關(guān)通常用掃描回程來控制。2、寬帶示波器的實(shí)現(xiàn)

（1）寬帶示波器的實(shí)現(xiàn)要求

現(xiàn)代的寬帶示波器的帶寬范圍大多是從直流開始直至其頻率上限，通常認(rèn)為帶寬在60MHz以上的示波器為寬帶示波器。*對垂直通道的要求示波器垂直通道的帶寬BW取決于各組成級的帶寬，其關(guān)系為

示波器的帶寬BW小于Y通道中任何一級放大器的帶寬。所以示波器Y通道放大器必須兼顧帶寬和增益的要求。示波器的帶寬指標(biāo)隨著Y通道放大器級數(shù)的增多而變窄，相應(yīng)地上升時(shí)間tr要加長。由于tr的增加，影響示波器對瞬態(tài)信號的測量結(jié)果。*對掃描速度的要求

在寬帶示波器中，為了能將被測信號準(zhǔn)確地顯示在屏幕上，不僅要求掃描電壓有良好的線性，而且要有很高的掃描速度。例如，帶寬為500MHz的示波器，要求在測量100MHz信號時(shí)水平坐標(biāo)每2div顯示一個(gè)信號周期，如果水平方向有10div，這時(shí)相應(yīng)的掃描速度計(jì)算如下：被測信號的周期：T=1/（100×106）=10ns示波器的掃描速度為：2div/T=2div/10ns=0.2div/ns

則掃描的正程時(shí)間為由此可見，在寬帶示波器中，為了滿意地顯示波形，必須有與之相應(yīng)的掃描速度。

3、取樣示波器（1）寬帶示波器中限制帶寬的因素示波管的帶寬限制,Y通道的帶寬受放大器中的限制,高速時(shí)基信號不易獲得。（2）取樣示波器原理

將高頻（一般為1000MHz以上）的重復(fù)性的周期信號，經(jīng)過取樣（取樣速率可調(diào)節(jié)），變換成低頻的重復(fù)性周期信號，再運(yùn)用通用示波器的原理進(jìn)行顯示和觀測的示波器稱為取樣示波器。

在取樣示波器中采用的是非實(shí)時(shí)取樣，或稱等效取樣，是把一個(gè)高頻率信號經(jīng)過跨周期的取樣，形成一個(gè)波形和相位完全相同、幅度相等或有嚴(yán)格比例關(guān)系的低頻（或中頻）信號。取樣示波器的組成框圖如下圖所示。

取樣電路的關(guān)鍵是取樣門，通常用二極管取樣門或用由二極管組成的橋式取樣門。

取樣示波器的顯示過程是，在步進(jìn)脈沖發(fā)生器的作用下產(chǎn)生了取樣脈沖和階梯波掃描電壓，被測信號Ui經(jīng)取樣電路后，變成窄脈沖，經(jīng)放大、展寬后形成量化的信號包絡(luò)，到達(dá)示波管的Y偏轉(zhuǎn)板，為了在屏幕上顯示出由不連續(xù)的亮點(diǎn)構(gòu)成的取樣信號波形，必須采用與取樣信號同步的階梯波作掃描電壓。當(dāng)取樣點(diǎn)足夠密時(shí)，就能在屏幕上無失真地表現(xiàn)被測信號的波形。取樣示波器是一種非實(shí)時(shí)取樣過程，它只能觀測重復(fù)信號，對非重復(fù)的高頻信號或單次信號，只能用高速示波器進(jìn)行觀測。五、現(xiàn)代信號存儲和顯示技術(shù)

1、信號的模擬存儲

最常用的信號模擬存儲手段是示波管。這種示波管稱為記憶示波管，通常將具有這種示波管的示波器稱為記憶示波器。記憶示波器能夠用于觀測單次信號及重復(fù)頻率很低的窄脈沖信號。（1）波形存儲：采用了具有二次電子發(fā)射特性的示波管。（2）可變余輝示波管：2、信號的數(shù)字存儲（1）數(shù)字存儲顯示的基本原理

數(shù)字存儲示波器在顯示波形的同時(shí)，能用數(shù)字顯示各種給定值和測量結(jié)果，此外，它還能對波形進(jìn)行各種運(yùn)算處理；對測量過程進(jìn)行程控或遙控；可通過通用接口（GPIB）把波形數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或組成自動(dòng)測試系統(tǒng)。在數(shù)字存儲示波器中波形的存儲和顯示分開進(jìn)行，因此與寬帶示波器相比，數(shù)字存儲示波器對其顯示功能的速度要求不高，只要選擇一個(gè)適合人們觀察的速度即可。對于變化極慢的信號，由于采用了合適的顯示速度，也不會給人以閃爍的感覺。（2）數(shù)字存儲顯示的特點(diǎn)及發(fā)展前景

由于數(shù)字存儲示波器是以通用示波器為基礎(chǔ)，并采用計(jì)算機(jī)和LSIC等先進(jìn)技術(shù)，因此具有如下特點(diǎn)：*可以永久地存儲信息*測量精度高*信號處理和顯示分開進(jìn)行*多種觸發(fā)方式*多種顯示方式*便于進(jìn)行多波形的分析比較*便于波形數(shù)據(jù)的分析處理（3）數(shù)字存儲示波器的主要技術(shù)指標(biāo)*最高采樣速率fs

：指單位時(shí)間獲得被測信號的樣點(diǎn)數(shù)，也稱數(shù)字化速率。fs與時(shí)基因數(shù)Ft和單位長度的取樣點(diǎn)數(shù)M之間的關(guān)系為

fs=M/Ft

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存儲帶寬：用有效存儲帶寬和等效存儲帶寬表示，有效存儲帶寬與采樣速率和顯示方式有關(guān)，定義為

BWa=fsmax/K

顯示方式有光點(diǎn)顯示（K=25）、線性內(nèi)插顯示（K=10）和正弦內(nèi)插顯示（K=2.5）。等效存儲帶寬是采用等效取樣技術(shù)能夠測量的周期信號的最高頻率。*存儲長度（存儲容量）：表示一次采樣、存儲過程中獲取被測信號長度的能力。*測量分辨力和測量精度：包括電壓分辨力和時(shí)間分辨力。電壓分辨力主要取決于ADC的位數(shù)，當(dāng)測量的滿度值為10V時(shí)，8位ADC的測量分辨力ΔV為

ΔV=10/28≈40mV

時(shí)間分辨力是指示波器X坐標(biāo)上相鄰兩樣點(diǎn)之間時(shí)間間隔Δt的大小，在X方向的點(diǎn)數(shù)取決于水平通道的DAC的位數(shù)，例如，用10位DAC時(shí)，X方向有210=1024點(diǎn)。通常X總長度為10div，對于10位DAC來說，相當(dāng)于1024/10≈100點(diǎn)/div，其測量分辨力達(dá)0.01/div。（4）數(shù)字存儲示波器的主要部件及要求*高速ADC和DAC*存儲器——高速大容量

高速數(shù)據(jù)的分路存儲原理框圖如圖所示。*控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)不僅要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，還要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、顯示、人機(jī)控制等功能。因此現(xiàn)代數(shù)字存儲示波器出現(xiàn)多CPU系統(tǒng)，一個(gè)CPU為主CPU，具有相應(yīng)的存儲器（RAM，ROM）、I/O接口和外設(shè)，執(zhí)行管理整個(gè)儀器的軟件；其它為從CPU，在主CPU的管理之下完成某一部分工作。（5）數(shù)字化波形處理系統(tǒng)

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用低速器件來采集和存儲高速信號的問題。

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CCD器件和A/D相結(jié)合

首先對被測信號進(jìn)行重復(fù)非實(shí)時(shí)取樣，實(shí)現(xiàn)從高頻到低頻的頻率搬移，并借助于電荷耦合器件（CCD）進(jìn)行信號的模擬存儲；然后將CCD中的信號讀出并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，其數(shù)字化結(jié)果存入RAM。*數(shù)字化攝像系統(tǒng)和ADC相結(jié)合利用掃描轉(zhuǎn)換攝像機(jī)來捕捉示波器上的波形，然后以圖像信號輸出的形式取出存儲信號，并經(jīng)ADC將數(shù)字化結(jié)果存入RAM。*等效取樣和ADC相結(jié)合采用等效取樣的方法將高速信號變?yōu)榈退傩盘?，在?shù)字存儲示波器中只須對此低速信號進(jìn)行采集、存儲。*多通道組合被測信號同時(shí)作用于兩個(gè)采集通道的輸入端，在顯示時(shí)再將這些樣點(diǎn)依次交替讀出進(jìn)行顯示。（6）波形顯示技術(shù)在一個(gè)信號波形被采樣、數(shù)字化、存儲和處理后，有多種方法可以將它復(fù)現(xiàn)，所有的方法都需要用DAC將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成模擬電壓。*點(diǎn)顯示技術(shù)在屏幕上以離散點(diǎn)的形成將信號波形顯示出來。能夠做到正確顯示的前提是必須有足夠的點(diǎn)來重新構(gòu)成信號波形，一般要求每個(gè)信號周期顯示20~25個(gè)點(diǎn)。*插值顯示技術(shù)插值是在相鄰采樣點(diǎn)之間插入適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)點(diǎn)，使屏幕上的顯示逼近被測信號波形。通常有兩類插值方法，即線性插值和正弦插值。線性插值是在兩個(gè)采樣點(diǎn)之間插入一點(diǎn)，用直線將采樣點(diǎn)和插值點(diǎn)連接起來。正弦插值，又