示波器培训资料.pptx

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1、1什么是示波器什么是示波器示波器是形象地显示信号幅度随时间变化的波形显示仪器，是一种综合的信号特性测试仪，是电子测量仪器的基本种类示波器的用途：电压表，电流表，功率计频率计，相位计脉冲特性，阻尼振荡示波器的应用：电子，电力，电工压力，振动，声，光，热，磁时间幅度第1页/共26页2波的类型波的类型大多数波都属于如下类型：正弦波方波和矩形波三角波和锯齿波阶跃波和脉冲波噪声波、复杂波很多波是上述波形的组合周期信号和非周期信号同步信号和异步信号第2页/共26页3正弦波是波形的基本波正弦波是波形的基本波非正弦波是由基波加无数次谐波所构成。包含的谐波越多，非正弦波是由基波加无数次谐波所构成。包含的谐波越多

2、，波形越近似方波。波形越近似方波。例：例：100M方波是由方波是由3次、次、5次、次、7次次.合成，合成，3次次谐波频率为谐波频率为300M、5次谐波频率为次谐波频率为500M.对于非正弦波对于非正弦波波形，波形从最小值过渡到最大值越快，所含谐波就越波形，波形从最小值过渡到最大值越快，所含谐波就越多，波形所含的谐波频率的分量也越高。多，波形所含的谐波频率的分量也越高。对于脉冲波占空比越小，波形对于脉冲波占空比越小，波形所含谐波就越多，所含谐波就越多，谐波频率分量也越高。谐波频率分量也越高。第3页/共26页4波形的重要谐波波形的重要谐波非正弦波是由多次按不同频率不同相位和不同幅度的正弦波组成的合

3、成波，谐波是基波的倍数。列出的是影响波形变化的谐波次数，(考虑谐波分量为基波幅度10以上的谐波，是对波形形状影响较大的因素)波 形 重要谐波数 正弦波（正弦波基波为：1）1:1 方波 1:9 三角波 1:3 脉冲波（占空比50）1:9 脉冲波（占空比25）1:14 脉冲波（占空比10）1:26 谐波数为基波的倍数在没有边沿时间信息，只有信号频率和波形类别信息，我们希望所观测到的波形有精度不失真，可以使用倍数的的方法选择示波器带宽。第4页/共26页5波形测量参数波形测量参数50%90%10%VmaxVminVp-pVhiRise Time+Width-WidthVlo100%FallTime幅值

4、正向超调负向超调频率1/周期第5页/共26页6示波器的类型示波器的类型模拟示波器模拟数字混合示波器数字示波器数字荧光示波器取样示波器第6页/共26页7示波器示波器的典型的典型结构结构ART模拟示波器DSO数字示波器DPO数字荧光示波器放放大大器器水水平平放放大大器器垂直放放大大器器延延迟迟线线触触发发放放大大器器多多路路分分解解器器采采集集信信号号存存储储器器uP显显示示存存储储器器A/D放放大大器器数数字字荧荧光光器器A/D uP模拟实时显示串行处理并行处理触发电路和时基触发和时基电路第7页/共26页8波形的捕获波形的捕获波形捕获率也就是波形刷新率，已经成为考核一台示波器的重要参数之一；对于

5、示波器来说，波形捕获率高，就能够组织更大数据量的波形质量信息，尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常信号下的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。模拟示波器模拟示波器数字荧光数字荧光示波器示波器数字存储数字存储示波器示波器第8页/共26页9各类示波器对波形显示的能力各类示波器对波形显示的能力由于采用的技术和原理不同，在波形的保真、显示能力和捕获能力上，各技术类别的示波器之间存在较大差异。波形显示示波器类别简单重复信号复杂动态重复信号定时测量非重复单次信号触发功能预触发示波器带宽数据处理稳定信号变化信号异常信息缓变信号随机毛刺快沿信号模拟示波器CRT显示技术好好差差差差好差不能边沿不能低470M不能DS

6、O示波器等效采样技术好差差好差好差(点,余辉)改善显示好差多种能高6G能DSO示波器实时采样技术好好差好好好差(点,余辉)改善显示好好多种能高6G能DPO示波器数字荧光技术好好好好好好好好好多种能高6G能第9页/共26页10示波器的组成示波器的组成水平系统垂直系统扫描系统触发系统显示系统第10页/共26页11示波器的主要指标示波器的主要指标示波器主要技术指标保证示波器精确的显示信号波形的前提条件示波器的带宽数字示波器采样率示波器存储长度波形捕获率（先进的DPO）示波器主要的功能保证示波器稳定、捕获显示波形的必要条件垂直水平示波器的触发与外部设备的互联能力数据的处理技术与能力 第11页/共26页

7、12带宽是示波器的带宽是示波器的首要规格参数首要规格参数示波器的结构决定了带宽的重要性：放大器的模拟带宽决定了示波器的带宽；放大器是信号进入示波器的大门，它的带宽决定了示波器的带宽，示波器能请进什么样的信号由这个大门来决定。数字示波器的带宽也是模拟带宽。示波器所谓带宽是指:垂直放大器的频率响应，定义为：随着正弦波频率增加，信号幅度下降3dB（70.7）.在此频点为示波器的带宽第12页/共26页正弦波谐波分正弦波谐波分量量方波谐波分量100%70.7%,-3dbBWBW100%70.7%,-3db带宽不足将导致波形幅度衰减和波形失真带宽不足将导致波形幅度衰减和波形失真注意：示波器带宽或上升时间与

8、信号频率或上升时间一样时，对会对波形幅注意：示波器带宽或上升时间与信号频率或上升时间一样时，对会对波形幅度和上升时间产生影响，带来测量误差，如减少测量误差只能提高延伸示波度和上升时间产生影响，带来测量误差，如减少测量误差只能提高延伸示波器带宽。器带宽。第13页/共26页14示波器带宽总结示波器带宽总结示波器带宽是由放大器模拟带宽决定。示波器带宽是应包含探头和示波器整个测量系统的问题，泰克公司承诺指定示波器的带宽（上升时间），是当使用原配探头时，是探头尖的上升时间（示波器带宽）。示波器系统带宽不足，会引起上升时间慢和异常幅度衰减为了获得正确的振幅测量，示波器的带宽应该比被测量的波形的频率大5倍。

9、为了合理精确地测量波形的上升或下降时间，示波器必须有足够的上升时间。仪表上升时间：信号上升时间 信号上升时间读值测量误差 之比 1:1 41%2:1 22%3:1 12%4:1 5%5:1 2%7:1 1%10:1 0.5%第14页/共26页15采样采样采样点数字化需要的保持时间采样间隔 采样是等间隔地进行；采样是等间隔地进行；采样率以采样率以“点点/秒秒”来表示。来表示。实时采样、随机等效采样、顺序等效采样方式实时采样、随机等效采样、顺序等效采样方式第15页/共26页16输入重复信号输入重复信号第一次采集第二次采集第三次采集。数字实时采样技术：数字实时采样技术：实时采样是最直观的采样方式，采

10、样率超实时采样是最直观的采样方式，采样率超过模拟带宽过模拟带宽4 45 5倍或更高。倍或更高。只需一次触发已采集到信号所有资料对信号的要求：重复信号且可允许信号变化实时采样技术示波器，不仅适用捕获重复信号、而且是捕捉非重复信号和单次信号的有效技术。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号前提条件。示波器标定带宽重复信号带宽瞬态（单次）信号带宽第16页/共26页17第一次触发采集第二次触发采集第三次触发采集第四次触发采集输入重复信号输入重复信号随机数字等效采样技术：随机数字等效采样技术：以较低的以较低的A/D对信号采集对信号采集,将多次触将多次触发采集到资料进行重组，实现对重复信号的捕获和显示

11、。发采集到资料进行重组，实现对重复信号的捕获和显示。需要经过多次次触发才能采集到信号的所有资料对信号的要求：信号必须重复并且稳定，如信号变化（如幅度）将造成显示混乱。等效技术示波器，只适用捕获重复稳定信号，对捕获非重复信号和单次信号的能力。以及是捕获隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号的能力。将受到实时采样率的限制。示波器标定带宽重复信号带宽 瞬态（单次）信号带宽。第17页/共26页18采样率对单次信号采集采样率对单次信号采集数字示波器不但观测重复信号，同时需要观测单次事件信号。虽然示波器放的大器带宽保证了信号输入不失真。如采样率不足会造成显示信号漏失和失真。所以示波器必须具有足够的采样速率，用以

12、捕捉单次信号和精确恢复显示波形。奈奎斯特抽样定律中指出采样率至少为信号最高频率带宽的2倍以上，从而保证信号在恢复时不发生混迭现象和失真的情况发生。放放大大器器多多路路分分解解器器采采集集信信号号存存储储器器uP显显示示存存储储器器A/D采样率低使信号失真采样率高使信号保真第18页/共26页19 单次采样带宽也就是常说的实时带宽，它是由模拟带宽、采样率以及波形重建的方法共同决定，因此它决定了所构建的单次波形的完整性 。波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。线性内插：在相邻采样点直接连接上直线，局限于直边缘信号。正弦内插：（SinX/xSinX/x）利用曲线来连接样点，通用性更强。它利用数学处

13、理，在实际样点间隔中运算出结果。这种方法弯曲信号波形，使之产生比纯方波和脉冲更为现实的普通波形。内插系数：泰克公司的内插系数为2.5,采用5倍以上示波器带宽的采样率是为提高信号的保真使用正弦内插，一般采用内插系数为5 5计算示波器的单次信号带宽。单次带宽实时采样率/5/5（内插系数）。使用线性内插，一般采用内插系数为1010计算示波器的单次信号带宽。单次带宽实时采样率/10/10（内插系数）。正弦内插 线性内插单次采集带宽和波形复现单次采集带宽和波形复现第19页/共26页20示波器采样率决定：示波器采样率决定：窄脉冲和毛刺信号精确捕获和复现能力只窄脉冲和毛刺信号精确捕获和复现能力只有信号速度在

14、单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现有信号速度在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现示波器带宽选定后，采样率决定了单次带宽。单次宽决定示波器对毛刺和单脉冲信号的捕获能力和复现能力，也决定了示波器检测重复信号中异常信号和随机毛刺信号的捕获能力。例例：示示波波器器带带宽宽1 10 00 0M Mh hz z 采采样样率率1 1G Gs s/S S,2 20 00 0M Ms s/S S,1 10 00 0M Ms s/S S,（不不考考虑虑带带宽宽对对波波形形的的影影响响）第20页/共26页218示波器带宽选定后，采样率决定单次带宽。单次带宽决定示波器对阶跃、单次信号中的快沿的捕获和复现能

15、力，也决定了示波器对检测，低重复率信号的上升和下降沿捕获能力。示波器采样率决定：示波器采样率决定：单次事件信号沿的精确捕获和复现能力只单次事件信号沿的精确捕获和复现能力只有信号速度在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现有信号速度在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现例例：示示波波器器带带宽宽1 10 00 0M Mh hz z 采采样样率率1 1G Gs s/S S,2 20 00 0M Ms s/S S,1 10 00 0M Ms s/S S,（不不考考虑虑带带宽宽对对波波形形的的影影响响）第21页/共26页22示波器采样率决定：示波器采样率决定：脉冲序列精确复现能力，只有信号速度在

16、脉冲序列精确复现能力，只有信号速度在单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现单次带宽的范围内，对捕获信号才能精确复现1 1G Gs s/S S单单次次带带宽宽为为1 10 00 0M Mh hz z1 10 00 0M Mh hz z6 60 0M Mh hz z8 80 0M Mh hz z4 40 0M Mh hz z2 20 0M Mh hz z2 20 00 0M MM Mh hz zs s/S S单单次次带带宽宽为为4 40 0M Mh hz z1 10 00 0M MM Mh hz zs s/S S单单次次带带宽宽为为2 20 0M Mh hz z第22页/共26页23总结：采样率

17、的选择总结：采样率的选择我们在确定示波器的带宽后，还要选择足够的采样率来与之相配合，这样才能获得适合于实际测量中的实时带宽，从而获得满意的显示和测量结果。示波器采样率不足，将会使信号失去高频成份，影响对信号的完整性测量。如，使信号上升和下降时间变慢或造成波形的漏失。如果在实际的测量中，比较重视单次信号的精确信息，我们建议采样率要在带宽的五倍以上，最好能在八到十倍。第23页/共26页24示波器存储深度示波器存储深度定义：一个波形记录是指可被示波器一次性采集的波形点数最大记录长度由示波器的存储容量决定，要增加存储容量才能增加记录长度是为捕获和显示单次信号过渡过程提供的重要指标示波器的存储由两个方面

18、来完成：触发信号和延时的设定确定了示波器存储的起点；示波器的存储深度决定了数据存储的终点。记录时间记录长度/采样率由于时基和采样率是联动的，所以时基的速度快慢将同时改变采样率的高低。当采样率达到指标定义最高速率时，加快基速度的调整，采样率将不能加快。时基与采样率的关系应为：存储深度（点）时间/格10采样间隔.1/采样间隔采样率触发点触发点延时时间延时时间记忆长度记忆长度起点起点终点终点第24页/共26页25总结总结示波器的作用是精确显示客户所需要观测的信号和波形示波器的主要技术指标是保证所观测的信号和波形不失真的前提条件。我们需要以客户可以接受共同技术原理、定理、公式等基础知识，结合客户观测波

19、形的特征，共同探讨示波器和探头指标对所观测信号精度的好处和危害。帮助客户选择符合客户观测精度要求的示波器。根据波形特征，测试条件、测试环境合理设置示波器，并正确的连接被测电路，是示波器捕获信号的必要条件。示波器作为观测电信号的工具，由于波形类别多样性和操作复杂性。要求我们结合客户所观测的波形特征，帮助客户合理设置示波器的垂直和水平系统、选择设置触发和测量等功能。达到捕获波形和进行波形测量需求目的。成为工具应用的专家1.熟悉示波器原理，具有熟练的产品操作技能2.了解客户的波形、提高与客户客户技术沟通(共同语言)和技巧能力3.成为客户的技术顾问和工具应用的教练4.加强对客户的服务，建立起客户信任第25页/共26页谢谢您的观看！第26页/共26页