数字示波器基础知识幻灯片.ppt
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1、RIGOL TECHNOLOGIES,INC.内部资料,严禁外传内部资料,严禁外传数字示波器基础知识数字示波器基础知识第1页,共71页,编辑于2022年,星期六讲座座内内容容 示波器发展示波器发展 1 1 示波器基本概念及原理示波器基本概念及原理 2 RIGOL示波器示波器 3第2页,共71页,编辑于2022年,星期六什么是示波器什么是示波器o概念概念n幅度随时间变化的波形显示仪器幅度随时间变化的波形显示仪器n相当于一个时域上的万用表相当于一个时域上的万用表第3页,共71页,编辑于2022年,星期六示波器发展史示波器发展史o示波器类型示波器类型n模拟示波器模拟示波器n数字示波器数字示波器n取样
2、示波器取样示波器n高灵敏度示波器高灵敏度示波器n虚拟示波器虚拟示波器第4页,共71页,编辑于2022年,星期六示波器发展史示波器发展史o初期主要是模拟示波器(初期主要是模拟示波器(CRT)n始创于二十世纪四十年代始创于二十世纪四十年代n最早应用于雷达和电视的开发最早应用于雷达和电视的开发n泰克成功开发带宽泰克成功开发带宽10MHz10MHz的同步示波器,这是近代示的同步示波器,这是近代示波器的基础波器的基础第5页,共71页,编辑于2022年,星期六示波器发展史示波器发展史o中期数字示波器独领风骚中期数字示波器独领风骚(DSO)n始创于二十世纪九十年代,始创于二十世纪九十年代,n数字示波器提高带
3、宽到数字示波器提高带宽到1GHz1GHz以上,全面性能超越模以上,全面性能超越模拟示波器。拟示波器。第6页,共71页,编辑于2022年,星期六模拟和数字示波器的比较模拟和数字示波器的比较 波形显示波形显示示波器类别示波器类别简单重复信号简单重复信号复杂动复杂动态态重复信重复信号号定定时时测测量量非非重重复复单单次次信信号号触触发发功功能能预预触触发发示示波波器器带带宽宽数据数据处理处理稳稳定定信信号号变变化化信信号号异异常常信信息息缓缓变变信信号号随随机机毛毛刺刺快快沿沿信信号号模拟示波器模拟示波器CRT显示技术显示技术好好 好好 差差 差差 差差 差差好好差差不不能能边边沿沿不不能能低低不能
4、不能DSO示波器示波器等效采样技术等效采样技术好好 差差 差差 好好 差差 好好差差好好差差多多种种能能高高能能DSO示波器示波器实时采样技术实时采样技术好好 好好 好好 好好 好好 好好差差好好好好多多种种能能高高能能第7页,共71页,编辑于2022年,星期六示波器发展史示波器发展史o数字示波器数字示波器模拟效果(荧光效果模拟效果(荧光效果DPO)n实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息:实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息:幅度、时间和整个时间的幅度分布。幅度、时间和整个时间的幅度分布。n如如TEKTEK所说的数字荧光(所说的数字荧光(DPODPO)、安捷伦的)、安捷伦的Mage
5、ZoomMageZoom技术。技术。第8页,共71页,编辑于2022年,星期六示波器发展史示波器发展史o高灵敏度示波器高灵敏度示波器n带宽很低,带宽很低,1MHz1MHz左右左右n灵敏度很高,可到几十灵敏度很高,可到几十微伏每格微伏每格n用以测量和显示一般示用以测量和显示一般示波器不能观察到的各种波器不能观察到的各种微弱的电信号微弱的电信号第9页,共71页,编辑于2022年,星期六示波器发展史示波器发展史o虚拟示波器虚拟示波器n利用计算机资源做数利用计算机资源做数据处理和显示据处理和显示n体积小巧体积小巧n可通过互联网进行远可通过互联网进行远程控制程控制第10页,共71页,编辑于2022年,星
6、期六讲座座内内容容 示波器发展示波器发展 1 示波器基本概念及原理示波器基本概念及原理 2 2 RIGOL示波器示波器 3第11页,共71页,编辑于2022年,星期六波的组成波的组成o正弦波是波形的基本组成,任何非正弦波都可正弦波是波形的基本组成,任何非正弦波都可视成是基波和无数不同频率的谐波分量组成。视成是基波和无数不同频率的谐波分量组成。o例如:方波是由基波以及例如:方波是由基波以及3,5,7,9次次谐波分量递加而成。谐波分量递加而成。1次(基波)次(基波)3次次 5次次 7次次 方波方波(2500次次)第12页,共71页,编辑于2022年,星期六波的基本参数波的基本参数第13页,共71页
7、,编辑于2022年,星期六波的基本参数波的基本参数第14页,共71页,编辑于2022年,星期六模拟示波器模拟示波器第15页,共71页,编辑于2022年,星期六DSO串行处理串行处理第16页,共71页,编辑于2022年,星期六带宽带宽o带宽带宽n称为模拟带宽,指示波器系统的带宽。称为模拟带宽,指示波器系统的带宽。n定义为在幅频特性曲线中,随正弦波频率的增加,信号的幅度下降到定义为在幅频特性曲线中,随正弦波频率的增加,信号的幅度下降到3dB(70.7),此时的频率点称为示波器的带宽。,此时的频率点称为示波器的带宽。1.00.707BW第17页,共71页,编辑于2022年,星期六9010 t带宽带宽
8、o示波器带宽的经验公式示波器带宽的经验公式:BW:BW 0.35 /t 0.35 /t(保证信号的上升时间足够快)(保证信号的上升时间足够快)第18页,共71页,编辑于2022年,星期六带宽带宽o带宽不够通常会产生什么明显后果?带宽不够通常会产生什么明显后果?n高频信号幅度下降高频信号幅度下降n信号高频成分消失(也有好处,抑制噪声)信号高频成分消失(也有好处,抑制噪声)第19页,共71页,编辑于2022年,星期六采样率采样率o指示波器按照一定的时间间隔将模拟信号转换为数据,指示波器按照一定的时间间隔将模拟信号转换为数据,并且顺序存储的过程。并且顺序存储的过程。o采样率采样率=1/tt第20页,
9、共71页,编辑于2022年,星期六采样率采样率o实时采样率:实时采样率是指示波器一次采集实时采样率:实时采样率是指示波器一次采集(一次触发一次触发)采样间隔时间的倒数。采样间隔时间的倒数。o示波器所需实时采样率被测信号最高频率分示波器所需实时采样率被测信号最高频率分量量5 第21页,共71页,编辑于2022年,星期六采样率采样率o等效采样率等效采样率n等效采样即重复采样,等效采样即重复采样,n指的是示波器把多次采集指的是示波器把多次采集(触发触发)到的波形拼凑成一个波形到的波形拼凑成一个波形n两次采集触发点有一定的偏移,最后形成的两个点间的最小采样间隔的倒数两次采集触发点有一定的偏移,最后形成
10、的两个点间的最小采样间隔的倒数称为等效采样速率。称为等效采样速率。第22页,共71页,编辑于2022年,星期六采样率采样率o平均采样平均采样:指将多次普通采样的波形进行算术:指将多次普通采样的波形进行算术平均,多用于信号本身噪声比较大时。平均,多用于信号本身噪声比较大时。第23页,共71页,编辑于2022年,星期六采样率采样率o峰值检测:峰值检测:指通过采集采样间隔信号的最大值指通过采集采样间隔信号的最大值和最小值,获取信号的包络或可能丢失的窄脉和最小值,获取信号的包络或可能丢失的窄脉冲。冲。10ns100ms 要求观察整个周期,当使用普通采样方式要求观察整个周期,当使用普通采样方式时,采样率
11、为时,采样率为10K10K,如前面描述存在波形漏失,如前面描述存在波形漏失现象,无法捕获完整信号。使用峰值检测,采现象,无法捕获完整信号。使用峰值检测,采样率为样率为1G1G,获取间隔最大最小值,就可以获取,获取间隔最大最小值,就可以获取完整的周期信号。完整的周期信号。第24页,共71页,编辑于2022年,星期六采样率采样率o示波器采样率高低对波形构建的真实性有直接示波器采样率高低对波形构建的真实性有直接影响(采样率高的好处)。影响(采样率高的好处)。o采样率低会对波形产生哪些影响:采样率低会对波形产生哪些影响:n波形失真波形失真n波形混淆波形混淆n波形漏失波形漏失第25页,共71页,编辑于2
12、022年,星期六采样率采样率o波形失真是由于某些原因导致示波器采样显示的波形与实际波形失真是由于某些原因导致示波器采样显示的波形与实际信号存在较大的差异。信号存在较大的差异。第26页,共71页,编辑于2022年,星期六采样率采样率o波形混淆是指由于采样率低于实际信号频率的波形混淆是指由于采样率低于实际信号频率的2倍(奈奎斯特倍(奈奎斯特频率)时,对采样数据进行重新构建时出现的波形的频率小频率)时,对采样数据进行重新构建时出现的波形的频率小于实际信号频率的一种现象。于实际信号频率的一种现象。第27页,共71页,编辑于2022年,星期六采样率采样率o波形漏失是指由于采样率低而造成的没有反映全部实际
13、信号的一波形漏失是指由于采样率低而造成的没有反映全部实际信号的一种现象。种现象。脉冲消失脉冲消失第28页,共71页,编辑于2022年,星期六实例:利用示波器进行点火系统波形分析实例:利用示波器进行点火系统波形分析 o现代汽车直接点火系统的检查中,常规的断缸现代汽车直接点火系统的检查中,常规的断缸测试已经无法精确判断系统是否正常,而示波测试已经无法精确判断系统是否正常,而示波器由于其具有实时性、不间断性、直观性,越器由于其具有实时性、不间断性、直观性,越来越得到广泛的应用。来越得到广泛的应用。第29页,共71页,编辑于2022年,星期六实例:利用示波器进行点火系统波形分析实例:利用示波器进行点火
14、系统波形分析 o汽车点火波形汽车点火波形U-次级:汽缸次级:汽缸EFDACB充磁开始充磁开始燃烧电压燃烧电压击穿电压击穿电压燃烧时间燃烧时间燃烧震荡波燃烧震荡波第30页,共71页,编辑于2022年,星期六存储深度存储深度o存储深度:指在波形存储器中存储波形样本的数量。存储深度:指在波形存储器中存储波形样本的数量。o波形存储时间存储深度波形存储时间存储深度/采样率采样率o示波器的存储深度将决定能采集信号的时间以及能用到的最示波器的存储深度将决定能采集信号的时间以及能用到的最大采样速率。大采样速率。预采样预采样触发点触发点延迟采样延迟采样存储深度存储深度第31页,共71页,编辑于2022年,星期六
15、波形刷新率波形刷新率o刷新率是指刷新率是指1秒内示波器捕获波形的次数秒内示波器捕获波形的次数o刷新率的高低直接影响波形捕获偶然事件发生刷新率的高低直接影响波形捕获偶然事件发生的概率。的概率。死区时间死区时间死区时间死区时间波形波形n n波形波形n n1 1波形波形n n2 2第32页,共71页,编辑于2022年,星期六波形刷新率波形刷新率o高波刷新获率的好处:高波刷新获率的好处:n对于示波器来说,波形刷新率高,就能够组织对于示波器来说,波形刷新率高,就能够组织更大数据量的波形质量信息,尤其是在动态复更大数据量的波形质量信息,尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常信号下的异常波形的捕获杂信号和隐藏在正
16、常信号下的异常波形的捕获方面,有着特别的作用。方面,有着特别的作用。第33页,共71页,编辑于2022年,星期六触发系统触发系统o触发系统触发系统n对于数字示波器,工作时都是在不断地采集波形不论对于数字示波器,工作时都是在不断地采集波形不论仪器是否稳定触发仪器是否稳定触发n触发:只有稳定的触发才能有稳定的显示触发:只有稳定的触发才能有稳定的显示n自动触发:不论是否满足触发条件都有波形显示自动触发:不论是否满足触发条件都有波形显示n普通触发:不满足触发条件就不显示波形普通触发:不满足触发条件就不显示波形n单次触发:满足触发条件后显示波形,每次触发仅刷单次触发:满足触发条件后显示波形,每次触发仅刷
17、新一次,直到下一次触发开始新一次,直到下一次触发开始第34页,共71页,编辑于2022年,星期六触发系统触发系统State1:无信号输入(可见水平线);State2:一通道输入方波,仪器未触发,观察到晃动的波形;State3:“按下快门”(选择上升沿触发,将触发电平调整到波形内),将仪器触发;State4:信号稳定显示,获取稳定的图像,并可以保存。p正确理解触发的概念第35页,共71页,编辑于2022年,星期六触发系统触发系统o边沿触发边沿触发n触发原理:在输入信号边沿的触发阈值上触发触发原理:在输入信号边沿的触发阈值上触发触发信号触发信号触发电平触发电平触发灵敏度触发灵敏度输出差分对输出差分
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