數字示波器-太原理工大學物理實驗必備

數字示波器使用"Faster,Higher,Stronger"模擬/數字轉換器(ADC)數字存儲器數字/模擬轉換器(DAC)顯示電路CRT時基時鐘數字計算數字輸出接口鍵盤輸入模擬輸出接口IEEE488或其它母線連接筆記錄儀模擬信號輸入放大器/衰減器數字存儲示波器-原理圖1）取樣取樣即連續(xù)波形的離散化。把模擬波形送到加有反偏的取樣門的a點，在c點加入等間隔取樣脈沖，則對應時間tn(n＝1，2，3，…),

t是常數，取樣脈沖打開取樣門的瞬間，在b點就得到相應的模擬量an(n＝1，2，3，…)，這個模擬量an

就是取樣后得到的離散化的模擬量。2）A/D轉換若把an中的每一個離散模擬量進行A/D轉換，就可以得到相應的數字量。例如a1→A/D→01H；a2→A/D→02H；a3→A/D→03H；…a7→A/D→07H。如果把這些數字量按序存放在存儲器中，就相當于把一幅模擬波形以數字量的形式存儲起來離散模擬波形用于控制A/D轉換速率以及存儲器的寫入速度，它由一個準確度、穩(wěn)定性很好的晶體振蕩器、一組分頻器和相應的組合電路組成。采樣時鐘時基分頻器（掃描(取樣)速度t/div控制器）數字存儲器

模數轉換器從被測信號的特定時間取出若干個樣點，由控制電路形成存儲器的寫入地址，并將模數變換后的數據一次存入存儲器中，觸發(fā)信號用于終止存儲。1）寫地址計數器寫地址計數器用來產生寫地址信號，它由二進制計數器組成，計數器的位數由存儲長度來決定。寫地址計數器的計數頻率應該與控制A/D轉換器的取樣時鐘的頻率相同。2）預置觸發(fā)功能在數字存儲示波器中預置觸發(fā)可以通過控制存儲器的寫操作過程來實現(xiàn)。在常態(tài)觸發(fā)狀態(tài)下，當被測信號大于預置電平時，觸發(fā)電路便產生觸發(fā)信號，于是存儲器就從零地址開始寫入采集的數據，假設示波器的存儲容量為1024，則當寫滿1024個單元后便停止寫操作。顯示也從零地址開始讀數據，則對應示波器屏幕上顯示的信號便是觸發(fā)點開始后的波形。存儲顯示存儲顯示是數字存儲示波器最基本的顯示方式。它顯示的波形是觸發(fā)后所存儲的一幀波形信號，即在一次觸發(fā)所完成的一幀信號數據采集之后，再通過控制存儲器的地址依次將數據讀出，并經D/A轉換穩(wěn)定地顯示在CRT上。依照讀出方法的不同，又可分為:CPU控制方式直接控制方式數字存儲示波器的主要技術指標

1:最大取樣速率fmax

定義：單位時間內完成的完整A／D轉換的最高次數。最大取樣速率愈高，儀器捕捉信號的能力愈強。

數字存儲示波器在某個測量時刻的實際取樣速率可根據示波器當時設定的掃描時間因數（t/div）推算。（8.1）式中N——每格的取樣數；

t/div——掃描時間因數，掃描一格所占用的時間。亦稱掃描速度，例如，若某數字示波器的掃描時間因數設定為10μs/div，每格取樣數為100點，則此時的取樣速率等于10MHz。很顯然，數字示波器最大取樣速率fmax與示波器最快掃描速度相對應。若該數字示波器最快掃描速度為100μs/div，則其fmax為1GHz。存儲帶寬與取樣速率密切相關。根據奈奎斯特取樣定理，如果取樣速率大于或等于信號最高頻率分量的2倍，便可重現(xiàn)原信號波形。實際上，在數字存儲示波器的設計中，為保證顯示波形的分辨率，往往要求增加更多的取樣點，一般一個周期取4～10點。帶寬是決定示波器準確測量信號能力的基本參數之一。帶寬是示波器最重要的指標之一。模擬示波器的帶寬是一個固定的值，而數字示波器的帶寬有模擬帶寬和數字實時帶寬兩種。

2.存儲帶寬

數字示波器對重復信號采用順序采樣或隨機采樣技術所能達到的最高帶寬為示波器的數字實時帶寬，數字實時帶寬與最高數字化頻率和波形重建技術因子K相關（數字實時帶寬=最高數字化速率/K），一般并不作為一項指標直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復周期信號的測量，而數字實時帶寬則同時適合重復信號和單次信號的測量。廠家聲稱示波器的帶寬能達到多少兆，實際上指的是模擬帶寬，數字實時帶寬是要低于這個值的。例如說TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實際上是指其模擬帶寬為500MHz，而最高數字實時帶寬只能達到400MHz遠低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時，一定要參考數字示波器的數字實時帶寬，否則會給測量帶來意想不到的誤差。

分辨率用于反映存儲信號波形細節(jié)的綜合特性。分辨率包括垂直分辨率和水平分辨率。垂直分辨率與A/D轉換器的分辨率相對應，常以屏幕每格的分級數(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取樣點（點/div）表示。示波管屏幕坐標的刻度一般為8×10div。若示波器采用8位A/D轉換器(256級)，則其垂直分辨率為32級/div，用百分數表示為1/256≈0.39％。若采用容量為1KB的存儲器，則水平分辨率為1024/10≈100點/div，或用百分數表示為1/1024≈0.1％。3.分辨率

存儲容量又稱記錄長度，用記錄一幀波形數據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值上互為倒數關系。存儲容量=采樣率

采樣時間數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，往往會因時間窗口縮短而失去信號的重要成分，或者因時間窗口增大而使水平分辨率降低。4.存儲容量

數字示波器優(yōu)缺點優(yōu)點1.能長期貯存波形，并能對波形進行放大等多種操作與分析。2.特別適合測量單次和低頻信號（無閃爍現(xiàn)象）3.靈活的觸發(fā)方式（預觸發(fā)，邏輯觸發(fā)、脈沖寬度觸發(fā)等）4.與計算機等硬件設備連接進行交互操作。5.強大的波形處理能力，能自動測量頻率、上升時間、脈沖寬度等很多參數。缺點1.高頻信號失真比較大。2.測量復雜信號能力差。3.取樣率不高而低于信號頻率，可能出現(xiàn)假象和混淆波形。4.價格昂貴?。∶姘褰榻B電源開關

標簽區(qū)軟件操作鍵模擬通道輸入外觸發(fā)輸入探頭校準信號軟件菜單區(qū)運行控制區(qū)通道總控區(qū)控制垂直區(qū)水平控制區(qū)觸發(fā)控制區(qū)測量應用存儲

液晶顯示區(qū)使用自校正可使示波器自動更改系統(tǒng)內部的校正系數，而保證測量值滿足精度要求。系統(tǒng)信息：顯示示波器系統(tǒng)信息屏幕測試：運行屏幕測試程序鍵盤測試：運行鍵盤測試程序

輔助系統(tǒng)自校正、自測試自動普通單次

直流

交流

高頻抑制

低頻抑制

自動測量示意圖

探頭補償在首次將探頭與任一輸入通道連接時，進行此項調節(jié)，使探頭與輸入通道相配。未經補償或補償偏差的探頭會導致測量誤差或錯誤。

探頭補償改為10X將探頭菜單衰減系數設定為10X，將探頭上的開關設定為10X，并將示波器探頭與通道1連接。如使用探頭鉤形頭，應確保與探頭接觸緊密。將探頭端部與探頭補償器的信號輸出連接器相連，基準導線夾與探頭補償器的地線連接器相連，打開通道1，然后按AUTO

探頭補償實驗內容1-準備將信號電纜接到標準方波，檢查示波器狀態(tài)。2-正弦波電壓：Measure>>電壓測量>>峰峰值>>Vpp(1)=···V,記錄。頻率：Measure>>時間測量>>頻率>>Freq(1)=···kHz,記錄。全部：Measure>>全部測量>>打開，對比。3-光標測量1信號：噪聲方波。峰峰值：

1)cursor>>信源選擇>>CH1；

2)光標類型>>電壓；

3)水平旋鈕>>光標線對準第一，二尖峰；

4)紀錄：curA=···mV; curB=···mV;

Δy=···mV;3-光標測量2信號：噪聲方波。頻率：

1)cursor>>信源選擇>>CH1；

2)光標類型>>時間；

3)水平旋鈕>>光標線對準第一，二尖峰；

4)紀錄：curA=···ns; curB=···ns;

Δx=···ns;1/Δx=···MHz4-