示波器培训教材(共26页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上示波器常见问题 1、示波器怎样分类? 大致可分为模拟、数字和组合三类。 2、什么是数字示波器? 能将电信号经过数字化及其他后置处理以后再重建波形的仪器。3、什么是数字萤光示波器? 能将电信号数字化、并且以三维数据(信号的幅度、时间、以及幅度相对于时间的分布)存储、分析、实时地显示波形的仪器。4、什么是混合信号示波器? 把数字示波器对信号细节的分析能力和逻辑分析仪多通道定时测量能力组合在一起的仪器。5、示波器的带宽有何含义? 测量交流电信号时,示波器通常有其最大频率,超过这个频率波形测量精度就会下降, 这一频率就是示波器的带宽。通常定义示波器灵敏度下降3dB时的频率为示
2、波器的带宽。6、数字示波器的采样率有何含义? 数字示波器在对信号波形进行数字化时,单位时间内采集数据的次数就是采样率。7、什么是实时采样?什么是等效时间采样? 通常采样是按照固定顺序进行,并且采样顺序与示波器屏幕上显示顺序相同,这就是实时采样。实时采样技术的好处是可以捕获单次信号。等效时间采样又称重复采样,在满足以下两个条件时:1、波形必需重复;2、必需能稳定触发,示波器可以从多个波形周期获得波形不同点的采样,然后在屏幕上完整恢复波形。它包含顺序采样和随机重复采样两种技术。其好处是可以使用很慢的模数转换器。8、什么是波形捕获率?什么是显示更新率? 数字示波器在后续处理信号时会占用CPU时间,这
3、段时间示波器无法捕捉信号,称为死区,由于死取时间的存在,数字示波器还不能百分之百的捕获所有信号。通过并行技术、数字荧光技术等手段可以有效减少死区时间。波形捕获率就是单位时间内示波器捕获并显示的波形次数。由于数字示波器以512个点显示一屏,波形捕获率乘以512就是显示更新率。9、数字示波器的存储深度有何含义? 存储深度又叫记录长度或采集长度,是示波器可以存储的采样点数。10、什么是触发? 为了在示波器屏幕上稳定显示波形,需要设定一个条件以使示波器开始扫描,这个条件就是触发。11、什么是触发抑制(触发闭锁,HOLD OFF)? 示波器触发一次扫描后一段时间内,使触发电路不能工作叫触发抑制。选择数字
4、示波器要注意哪些方面 1、带宽 如需要精确测量带宽选择和最高被测信号频率的关系,我们先来看下面的一个例子:例如有一个50MHz的脉冲信号: 从上面不同带宽的示波器测量的图形来看,为了保证测试信号幅度和上升延的精度,选择示波器的带宽应为被测信号频率的3-5倍,精确测量要8-10倍或以上。 2、采样本 正弦波:大于5个采样点/周期(一般要求),采样点越多越接近其实波形。 脉冲波:上升沿要大于5个采样点,精确测量上升沿要大于10个采样点。 3、储存长度:储存长度采样本*扫描速度*10,也可以说是波形观测时间,公式 4、触发功能:要确保能捕获和同步被测信号。以利于观察和分析被测波形。 触发方式有三种:
5、自动触发、常态触发、单次触发。 触发功能分两大类: 1)边缘(Edge)触发:所有的数字示波器都有,它是指正沿、负沿触发、视窗触发、前触发和后触发。 2)聪敏(Smart)触发:在高档示波器中考虑得非常完善。目前示波器上有:延迟触发、顺序触发、毛刺触发、间隔触发、漏失逻辑面触发、TV触发、本触发 5、分析功能:应具有很强的自动处理、运算、测试和分析被测信号的能力。 1)形和参数合格失败自动判试功能; 2)高级函数处理:平均、微分、极分、指数、对数、乘方、开方、包络、高分制等运算功能; 3)FFT频谱运算功能从10K-4M点,具有功率谱、功本密度、相位矢量、虚部、实部等测量; 4)直方 分析可按
6、各种参数作直方 测试信号的稳定性运算从500点-8M点; 5)波形参数趋势(Trend)分析功能,抖动(Jitter)和时间分析; 6)可开2-8个窗口,同时观察原波形和处理后波形; 7)提供X-Y显示,及X-Y+X-T及Y-T显示功能,并可进行游标测量。特别适合对数字通讯信号做矢量 (Vector diagram)分析。 6、储存和打印信号: 1)可在测试线某存储在软盘和硬盘上,并可在PC机上读出。有的数字示波器配有内置式打印机,方便打印分析长时间信号; 2)有的还提供VGA接口。 数字示波器使用必须注意的问题 前言 数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点,其
7、使用日益普及。由于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异,如果使用不当,会产生较大的测量误差,从而影响测试任务。 区分模拟带宽和数字实时带宽 带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值,而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽,数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关(数字实时带宽=最高数字化速率/K),一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出,模拟带宽只适合重复周期信号的测量,而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达
8、到多少兆,实际上指的是模拟带宽,数字实时带宽是要低于这个值的。例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz,实际上是指其模拟带宽为500MHz,而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。所以在测量单次信号时,一定要参考数字示波器的数字实时带宽,否则会给测量带来意想不到的误差。 有关采样速率 采样速率也称为数字化速率,是指单位时间内,对模拟输入信号的采样次数,常以MS/s表示。采样速率是数字示波器的一项重要指标。 1.如果采样速率不够,容易出现混迭现象 如果示波器的输人信号为一个100KHz的正弦信号,示波器显示的信号频率却是50KHz,这是怎么回事呢?这是因为示波器的采样速
9、率太慢,产生了混迭现象。混迭就是屏幕上显示的波形频率低于信号的实际频率,或者即使示波器上的触发指示灯已经亮了,而显示的波形仍不稳定。混迭的产生如图1所示。那么,对于一个未知频率的波形,如何判断所显示的波形是否已经产生混迭呢?可以通过慢慢改变扫速t/div到较快的时基档,看波形的频率参数是否急剧改变,如果是,说明波形混迭已经发生;或者晃动的波形在某个较快的时基档稳定下来,也说明波形混迭已经发生。根据奈奎斯特定理,采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭,如一个500MHz的信号,至少需要1GS/s的采样速率。有如下几种方法可以简单地防止混迭发生: 调整扫速; 采用自动设置(Autoset
10、); 试着将收集方式切换到包络方式或峰值检测方式,因为包络方式是在多个收集记录中寻找极值,而峰值检测方式则是在单个收集记录中寻找最大最小值,这两种方法都能检测到较快的信号变化。 如果示波器有Insta Vu采集方式,可以选用,因为这种方式采集波形速度快,用这种方法显示的波形类似于用模拟示波器显示的波形。 2.采样速率与t/div的关系 每台数字示波器的最大采样速率是一个定值。但是,在任意一个扫描时间t/div,采样速率fs由下式给出: fs=N/(t/div)N为每格采样点 当采样点数N为一定值时,fs与t/div成反比,扫速越大,采样速率越低。下面是TDS520B的一组扫速与采样速率的数据:
11、 表1扫速与采样速率 t/div(ns)00fs(GS/s).50.25 综上所述,使用数字示波器时,为了避免混迭,扫速档最好置于扫速较快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺,扫速档则最好置于主扫速较慢的位置。 数字示波器的上升时间 。在模拟示波器中,上升时间是示波器的一项极其重要的指标。而在数字示波器中,上升时间甚至都不作为指标明确给出。由于数字示波器测量方法的原因,以致于自动测量出的上升时间不仅与采样点的位置相关,如图2中a表示上升沿恰好落在两采样点中间,这时上升时间为数字化间隔的0.8倍。图2中的b的上升沿的中部有一采样点,则同样的波形,上升时间为数字化间隔的1.6倍。另外,上升时间还与
12、扫速有关,下面是TDS520B测量同一波形时的一组扫速与上升时间的数据: 表2扫速与上升时间 t/div(ms)tr(s)3216 由上面这组数据可以看出,虽然波形的上升时间是一个定值,而用数字示波器测量出来的结果却因为扫速不同而相差甚远。模拟示波器的上升时间与扫速无关,而数字示波器的上升时间不仅与扫速有关,还与采样点的位置有关,使用数字示波器时,我们不能象用模拟示波器那样,根据测出的时间来反推出信号的上升时间。 示波器基础(一)示波器基础知识之一11 说明和功能 我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测量读数。而示波器
13、则与共不同。示波器具有屏幕,它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化,即波形。示波器和电压表之间的主要区别是:1.电压表可以给出祥测信号的数值,这通常是有效值即RMS值。但是电压表不能给出有关信号形状的信息。有的电压表也能测量信号的峰值电压和频率。然而,示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况。2.电压表通常只能对一个信号进行测量,而示波器则能同时显示两个或多个信号。显示系统示波器的显示器件是阴极射线管,缩写为CRT,见图1。阴极射线管的基础是一个能产生电子的系统,称为电子枪。电子枪向屏幕发射电子。电子枪发射的电子经聚焦形成电子束,并打在屏幕中心的一点上。屏幕的内表面涂有荧光
14、物质,这样电子束打中的点就发出光来。图1 阴极射线管图电子在从电子枪到屏幕的途中要经过偏转系统。在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动。偏转系统由水平(X)偏转板和垂直(Y)偏转板组成。这种偏转方式称为静电偏转。在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络,称为标尺。标尺通常在垂直方向有8个,水平方向有10个,每个格为1cm。有的标尺线又进一步分成小格,并且还有标明0和100的特别线。这些特别的线和标明10和90的标尺配合使用以进行上升时间的测量。我们后面会讨论这个问题。如上所述,受到电子轰击后,CRT上的荧光物质就会发光。当电子束移开后,荧光物质在一个短的时间内还会
15、继续发光。这个时间称为余辉时间。余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化。最常用的荧光物质是P31,其余辉时间小于一毫秒(ms).而荧光物质P7的余辉时间则较长,约为300ms,这对于观察较慢的信号非常有用。P31材料发射绿光,而P7材料发光的颜色为黄绿色。将输入信号加到Y轴偏转板上,而示波器自己使电子束沿X轴方向扫描。这样就使得光点在屏幕上描绘出输入信号的波形。这样扫出的信号波形称为波形轨迹。影响屏幕的控制机构有:辉度 辉度控制用来调切波形显示的亮度。本书中用作示例的示波器所采用的电路能够根据不同的扫描速度自动调切辉度。当电子束移动得比较快时,荧光物质受到激励的时间就变短,因此必须增加辉度才能看
16、清轨迹。相反,当电子束移动缓慢时,屏幕上的光点变得很亮,因此必须减小辉度以免荧光物质被烧坏。从而延长示波管的寿命。对于屏幕上的文字部分,另有单独的辉度控制机构。聚焦 聚焦控制机构用来控制屏幕上光点的大小,以便获得清晰的波形轨迹。有些示波器,例如本书用作示例的示波器上,聚集也是由示波器自己进行最佳控制的,从而能在不同的辉度和不同的扫描下保持清晰的波形轨迹。另外也提供手动调节的聚集控制。扫描旋转 这个控制机构使X轴扫描线和水平标尺线对齐。由于地球的磁场在各个地方是不同的,这将会影响示波管显示的扫描线。扫迹旋转功能就用来对此进行补偿。扫描旋转功能是预先调好的,通常只需在示波器搬动后再行调节。标尺照明
17、 标尺亮度可以单独控制。这对于屏幕摄影或在弱光线条件下工作时非常有用。Z调制 扫描的辉度可以用电气的方法通过一个外加的信号来改变。这对于由外部信号来产生水平偏转以及使用XY显示方式来寻找频率关系的应用中是十分有用的。此信号输入端通常是示波器后面板上的一个BNC插座。12 模拟示波器方框图CRT是所有示波器的基础。现在我们已经对它有所了解。下面我们就看一看示波管是怎样作为示波器的心脏来起作用的。我们已经看到,示波器有两个垂直偏转板,两个水平偏转板和一个电子枪。从电子枪发射出的电子束的强度可以用电气的办法来加以控制。在上术基础上,再增添下面叙述的电路就可以构成一个完整的示波器(见图2)图2 模拟示
18、波器方框图示波管的垂直偏转系统包括:输入衰减器(每通道一个),前置放大器(每通道一个),用来选择使用哪一个输入通道的电子开关,偏转放大器示波器的水平偏转系统包括:时基、触发电路和水平偏转放大器。辉度控制电路用电子学的方法在恰当的时刻点亮和熄灭扫迹。为使所有这些电路工作,示波器需要有一个电源。此电源从交流市电或者从机内或外部的电池获取能量,使示波器工作。任何示波器的基本性能都是由它的垂直偏转系统的特性来决定的,所以我们首先来详细地考察这一部分。13 垂直偏转灵敏度 垂直偏转系统对输入信号进行比例变换,使之能在屏幕上表现出来。示波器可以显示峰峰值电压为几毫伏到几十伏的信号。因此必须把不同幅度的信号
19、进行变换以适应屏幕的显示范围,这样就可以按照标尺刻度对波形进行测量。为此就要求对大信号进行衰减、对小信号进行放大。示波器的灵敏度或衰减器控制就是为此而设置的。 灵敏度是以每格的伏特数来衡量的看一下图3可以知道其灵敏度设置为1V/格。因此,峰峰值为6V的信号使得扫迹在垂直方向的6个格内偏转变化。知道了示波器的灵敏度设置值和电子束在垂直方向扫描的格数,我们就可以测量出信号的峰峰电压值。在多数的示波器上,灵敏度控制都是按125的序列步进变化的。即灵敏度。设置颠倒为10mV/格、20mV/格、50mV/、100mV/格等等。灵敏度通常是用幅度上升/下降钮来进行控制的,而在有些示波器则是用转动垂直灵敏度
20、旋钮来进行。如果使用这些灵敏度步进不能调节信号使之能够准确的按照要求在屏幕上显示,那么就可以使用可变(VAR)控制。在第6章我们将会看到,使用标尺刻度来进行信号上升时间的测量就是一个很好的例子。可变控制能够在125的步进值之间对灵敏度进行连续调节。通常当使用可变控制时,准确的灵敏度值是不知道的。我们只知道这时示波器的灵敏度是在125序列的两个步进值之间的某个值。这时我们称该通道的Y偏转是未校准的或表示为uncal。这种未校准的状态通常在示波器的前面板或屏幕上指示出来。在更现代化的示波器,例如我们用作示例的示波器,由于彩用了现代先进的技术进行控制和校准。因此示波器的灵敏度可以在最小值和最大值之间
21、连续变化,而始终保持处于校准状态。在老式的示波器上,通道灵敏度的设置值是从灵敏度控制旋钮周围的刻度上读出的。而在新型的示波器上,通道灵敏度设置值清晰地显示在屏幕上,如图3所示,或者用一个单独的CD显示器显示出来。图3 在灵敏度为1v/格的情况下,峰峰值为6v的信号使电子束在垂直方向偏转6格耦合耦合控制机构决定输入信号从示波器前面板上的BNC输入端通到该通道垂直偏转系统其它部分的方式。耦合控制可以有两种设置方式,即DC耦合和AC耦合。DC耦合方式为信号提供直接的连接通路。因此信号提供直接的连接通路。因此信号的所有分量(AC和:DC)都会影响示波器的波形显示。AC耦合方式则在BDC端和衰减器之间串
22、联一个电容。这样,信号的DC分量就被阻断,而信号的低频AC分量也将受阻或大为衰减。示波器的低频截止频率就是示波器显示的信号幅度仅为其直实幅度为71时的信号频率。示波器的低频截止频率主要决定于其输入耦合电容的数值。示波器的低频截止频率典型值为10Hz,见图4。图4 说明AC及DC耦合、输入接地以及50输入阻抗功能选择的简化输入电路和耦合控制机构有关的另一个功能是输入接地功能。这时,输入信号和衰减器断开并将衰减器输入端连至示波器的地电平。当选择接地时,在屏幕上将会看到一条位于0V电平的直线。这时可以使用位置控制机构来调节这个参考电平或扫描基线的位置。输入阻抗 多数示波器的输入阻抗为1M和大约25p
23、F相关联。这足以满足多数应用场合的要求,因为它对多数电路的负载效应极小。有些信号来自50输出阻搞的源。为了准确的测量这些信号并避免发生失真,必须对这些信号进行正确的传送和端接。这时应当使用50特性阻抗的电缆并用50的负载进行端接。某些示波器,如PM3094和PM3394A,内部装有一个50的负载,提供一种用户可选择的功能。为避免误操作,选择此功能时需经再次确认。由于同样的理由,50输入阻抗功能不能和某些探头配合使用。位置垂直位置控制或POS控制机构控制扫迹在屏幕Y轴的位置。在输入耦合控制中选择接地,这时就将输入信号断开,这样就可以找到地电平的位置。在更先进的示波器上设有单独的地电平指示器,它可
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- 示波器 培训教材 26
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