示波器基本理论培训-泰克

1、示波器基本理论培训-泰克讲座内容讲座内容4测量知识基础测量知识基础4示波器基本概念示波器基本概念4数字示波器数字示波器4数字实时示波器数字实时示波器4数字荧光示波器数字荧光示波器4示波器的历史示波器的历史在电路试验调试和电子设备安装调试以及检修排障中，常用的在电路试验调试和电子设备安装调试以及检修排障中，常用的仪器有示波器、电压电流表、毫伏表、频率计、信号源和电源。仪器有示波器、电压电流表、毫伏表、频率计、信号源和电源。用于完成对电路的静态和动态工作状态的测量。用于完成对电路的静态和动态工作状态的测量。电源电源被测电路被测电路信号源信号源电压电流表电压电流表毫伏表毫伏表示波器示波器频率计频率计

2、电路测量仪器组合电路测量仪器组合泰克的方案泰克的方案测量技术知识基础测量技术知识基础V VAVGAVGV VRMSRMSV V0 0P PV VP PP PT Tf f1/T1/T 交流电的最简单形式是正弦波，交流电的最简单形式是正弦波，其波形的电压可用有效值、零峰值其波形的电压可用有效值、零峰值或峰峰值来表示。或峰峰值来表示。均方根值均方根值0.707V0.707V0-p0-p平均值平均值0.637V0.637V0-p0-p巅峰因子巅峰因子波形的波形的0-p0-p值与值与RMSRMS值之比称为巅峰因子。它值之比称为巅峰因子。它是衡量波峰相对于是衡量波峰相对于RMSRMS值有多高的量度。仪器值

3、有多高的量度。仪器中，它是重要的。具有很高巅峰因子的波形中，它是重要的。具有很高巅峰因子的波形要求仪表能承受很高的峰值电压，而同时有要求仪表能承受很高的峰值电压，而同时有能测量小得多的能测量小得多的RMSRMS值。值。相位相位交流电功率交流电功率只要是使用电压和电流的只要是使用电压和电流的RMSRMS值测量值测量ACAC功率和功率和DCDC功率产生相同的效果。这就是使用功率产生相同的效果。这就是使用RMSRMS值的值的理由之一。它适用任何波形。对功率来说，理由之一。它适用任何波形。对功率来说，RMSRMS值是最有用的。值是最有用的。交变信号交变信号 通常除正弦波外，还有其他电压和电流波形。其中

4、的有效值和通常除正弦波外，还有其他电压和电流波形。其中的有效值和平均值（相对零峰值）对每种波形是唯一的平均值（相对零峰值）对每种波形是唯一的。如两种波形对相同如两种波形对相同电阻提供相同的功率，它们的有效值电压必然是相同的。电阻提供相同的功率，它们的有效值电压必然是相同的。Vp-pVRMSVAVG2Vo-p0.7070.6371.4142V0-pV0-pV0-p12V0-p1/2V0-p0.5771.732V0-p1/2V0-p20.318V0-pttTTTt正弦波正弦波方波方波三角波三角波半正弦波半正弦波 脉冲波脉冲波巅峰因子巅峰因子1/ 2 V0p2/V0p21/ 3 V0-p31/V0-

5、pV0-pV0-p非正弦波非正弦波除绝对的正弦波之外，周期除绝对的正弦波之外，周期波含的一切频率分量称谐波。波含的一切频率分量称谐波。谐波频率是原始频率或基频谐波频率是原始频率或基频整数倍。整数倍。周期波无论其波形如何都有周期波无论其波形如何都有谐波。谐波。周期波给定的频率为基波频周期波给定的频率为基波频率。率。谐波谐波方波基波加基波加3次谐波次谐波基波加基波加5次谐波次谐波基波加基波加7次谐波次谐波基波加基波加9次谐波次谐波方波是由基波加无数奇方波是由基波加无数奇次谐波所构成。包含的次谐波所构成。包含的谐波越多，波形越近似谐波越多，波形越近似方波。所以方波的质量方波。所以方波的质量根据包含的

6、谐波次数，其近似程度根据包含的谐波次数，其近似程度有所不同。每个谐波的幅度必须使有所不同。每个谐波的幅度必须使波形成为方波所需要的恰当值。此波形成为方波所需要的恰当值。此外，谐波之间的相位关系也必须正外，谐波之间的相位关系也必须正确，假使谐波以不等量延迟，即使确，假使谐波以不等量延迟，即使谐波幅度正确，方波也会失真。谐波幅度正确，方波也会失真。基波为基波为正弦波正弦波方波方波谐波谐波9010理想的方波和脉冲波的电理想的方波和脉冲波的电压是突然变化的波形陡变压是突然变化的波形陡变有一定时间这取决于系统有一定时间这取决于系统带宽及其他电路参数。波带宽及其他电路参数。波形从一种电压变至另一种形从一种

7、电压变至另一种电压的时间称为上升时间电压的时间称为上升时间（上升时间通常在过渡的（上升时间通常在过渡的10处至处至90处测量。处测量。上升时间测量上升时间测量测量仪表的带宽将影响脉冲和方波的上升时间上升测量仪表的带宽将影响脉冲和方波的上升时间上升时间和带宽的关系由下式决定：时间和带宽的关系由下式决定： T上升上升0.35/BW BW=3dB带宽（单位带宽（单位Hz）波形从最小值过渡到最大值越快，所含谐波就越多，波形从最小值过渡到最大值越快，所含谐波就越多，波形所含的频率量也越高。波形所含的频率量也越高。脉冲的宽度越窄，所含的重要谐波越多，波形所含脉冲的宽度越窄，所含的重要谐波越多，波形所含的频

8、率量越高。的频率量越高。仪表的上升时间应小于被测量信号波形的上升时间。仪表的上升时间应小于被测量信号波形的上升时间。被测上升时间被测上升时间 信号上升时间信号上升时间2测量仪表上升时间测量仪表上升时间2 2*上升时间上升时间测量测量AC波形的仪表通常有某种最大频率，超过它，波形的仪表通常有某种最大频率，超过它，测量精度就会下降测量精度就会下降，这一频率就是仪表的带宽。定义为：在此频点，仪表的灵敏度下降这一频率就是仪表的带宽。定义为：在此频点，仪表的灵敏度下降3dB.100%odB71%-3dB仪表仪表BW只能测量交流的仪只能测量交流的仪表在低频处也下滑表在低频处也下滑为了精确地测量波形，仪器的

9、带宽必须超过波形所含的带宽为了精确地测量波形，仪器的带宽必须超过波形所含的带宽。对于非正弦波的波形，必须考虑其谐波。假如谐波超出仪表的带宽对于非正弦波的波形，必须考虑其谐波。假如谐波超出仪表的带宽将不能测得它对波形的影响将不能测得它对波形的影响。只能测量只能测量ACAC电压的仪表，必须对高频和低频带宽都加考虑电压的仪表，必须对高频和低频带宽都加考虑。*带宽带宽测量测量20MHz的方波的方波在在20MHz带宽示波器测试带宽示波器测试所显示的结果所显示的结果在在200MHz带宽示波器测试带宽示波器测试所显示的结果所显示的结果示波器所显示的波形示波器所显示的波形仪器带宽对测量波形影响仪器带宽对测量波

10、形影响*注：注意失真情况的波形，在实际的客户交往中给予解释。低通滤波器低通滤波器高带宽时的输出高带宽时的输出中带宽时的输出中带宽时的输出低带宽时的输出低带宽时的输出输入输入输出输出带宽如何在时域影响波形，波形通带宽如何在时域影响波形，波形通过滤波器。过滤波器。滤波器的带宽很宽（和基波比较），滤波器的带宽很宽（和基波比较），输出方波不表现失真输出方波不表现失真滤波器的带宽变窄，波形中的某些滤波器的带宽变窄，波形中的某些谐波不能通过，输出仍然像正弦波，谐波不能通过，输出仍然像正弦波，但有某些不足，使得产生测量误差。但有某些不足，使得产生测量误差。滤波器带宽很窄，几乎完全不像方滤波器带宽很窄，几乎完

11、全不像方波，由于缺少高次谐波波形呈圆弧波，由于缺少高次谐波波形呈圆弧状。状。由于正弦波只有一个基波，仪表的由于正弦波只有一个基波，仪表的带宽必须至少是波形的频率。带宽必须至少是波形的频率。带宽对方波的影响带宽对方波的影响波形的重要谐波和上升时间与测量精度的关系波形的重要谐波和上升时间与测量精度的关系波形的重要谐波波形的重要谐波列出的影响波形的谐波数是基波的倍数：列出的影响波形的谐波数是基波的倍数： 波波 形形 重要谐波数（基波重要谐波数（基波10）正弦波正弦波 1:1方方 波波 1:9三角波三角波 1:3脉冲波（占空比脉冲波（占空比50） 1:9脉冲波（占空比脉冲波（占空比25） 1:14脉冲

12、波（占空比脉冲波（占空比10） 1:26 （ 正弦波基波为：正弦波基波为：1 ） 上升时间与测量精度上升时间与测量精度仪表上升时间仪表上升时间 上升时间上升时间 信号上升时间信号上升时间 测量精度测量精度 之比之比 1:1 41% 2:1 22% 3:1 12% 4:1 5% 5:1 2% 7:1 1% 10:1 0.5%仪表的输入阻抗特性相差很大，通常可分为两类：高阻仪表的输入阻抗特性相差很大，通常可分为两类：高阻抗和系统阻抗抗和系统阻抗高阻抗输入高阻抗输入高阻抗输入，可将负载影响减至最小，使被测电路至测高阻抗输入，可将负载影响减至最小，使被测电路至测量仪表的电压转移最大。仪表输入阻抗的典型

13、值在量仪表的电压转移最大。仪表输入阻抗的典型值在10K1M之间。之间。系统输入阻抗系统输入阻抗系统的全部输入、输出、电缆和负载具有相同的电阻阻系统的全部输入、输出、电缆和负载具有相同的电阻阻抗，总能传送最大功率。抗，总能传送最大功率。对于射频，对于射频，50欧姆是用得最多的通用阻抗。这一阻抗可欧姆是用得最多的通用阻抗。这一阻抗可易于保持，且不受分布电容影响。易于保持，且不受分布电容影响。仪表的输入阻抗仪表的输入阻抗示波器基础知识示波器基础知识示波器的作用：精确地显示电压对时间的波形示波器的作用：精确地显示电压对时间的波形示波器基础示波器基础时间时间幅度幅度示波器示波器 - 显示波形显示波形示波

14、器示波器 - 显示波形显示波形示波器无疑是最通用和使用广泛的电子仪器示波器无疑是最通用和使用广泛的电子仪器示波器的主要功能是精确的复现作为时间函数电压波形。确定量和波形质量示波器的主要功能是精确的复现作为时间函数电压波形。确定量和波形质量的信息如幅度和频率，及波形的形状；比较两个不同波形并测量它们的时间和的信息如幅度和频率，及波形的形状；比较两个不同波形并测量它们的时间和相位关系。相位关系。示波器不像电压表只提供幅度信息和不像频率计只提供频率时间的单维信息，示波器不像电压表只提供幅度信息和不像频率计只提供频率时间的单维信息，它可以观察相对于时间的瞬时电压的两维信息。它可以观察相对于时间的瞬时电

15、压的两维信息。在概念上，模拟示波器和数字示波器完成同样的测量，具有相同的功能，不在概念上，模拟示波器和数字示波器完成同样的测量，具有相同的功能，不过仪表内部采用的技术不同。过仪表内部采用的技术不同。技术进步给予示波器更多的功能，特别是数字示波器的技术发展赋予示波器技术进步给予示波器更多的功能，特别是数字示波器的技术发展赋予示波器更多波形捕获力，来观察现实世界。由于数字示波器的数学运算功能，它可以更多波形捕获力，来观察现实世界。由于数字示波器的数学运算功能，它可以是一台具有波形显示的电压表、电流表、是一台具有波形显示的电压表、电流表、FFT频率计、功率测量和波形参数分频率计、功率测量和波形参数分

16、析的综合性仪表。析的综合性仪表。示波器概念示波器概念垂直垂直系统系统触发触发系统系统水平水平时基时基信道信道示波器为精确和稳定的示波器为精确和稳定的显示信号的波形应具有显示信号的波形应具有的控制和操作系统：的控制和操作系统：垂直系统垂直系统时基（水平）系统时基（水平）系统触发系统触发系统显示显示模拟示波器模拟示波器模拟示波器框图模拟示波器框图垂直系统对输入信号进行比例变换，其增益确定显示屏上的波形大小。垂直系统对输入信号进行比例变换，其增益确定显示屏上的波形大小。耦合：耦合：DC耦合时，耦合时，DC信号和信号和AC信号都能通过，信号都能通过，AC耦合时只允许耦合时只允许AC信号通信号通过。接地

17、，可确定零伏的位置。过。接地，可确定零伏的位置。DCACDC耦合显示的波形耦合显示的波形AC耦合显示的波形耦合显示的波形(a)(b)(c)DC电平电平3V2V1V2V1VAC耦合有可能出现不希望有的情形耦合有可能出现不希望有的情形(C)垂直系统垂直系统带宽限制器：使用带宽限制可以把通常带宽在带宽限制器：使用带宽限制可以把通常带宽在100MHz以上的示波器的频带减小到以上的示波器的频带减小到20MHz的典型值。这样就降低了噪声电平和干扰，这对于进行高灵敏度的测量是非的典型值。这样就降低了噪声电平和干扰，这对于进行高灵敏度的测量是非常有用的。常有用的。输入阻抗：输入阻抗：高阻抗输入（高阻抗输入（1

18、M）的电阻和）的电阻和7至至30pF相并联。，这足以满足多数场合的要求，因为相并联。，这足以满足多数场合的要求，因为它对多数电路的负载效应极小。它对多数电路的负载效应极小。50输入阻抗：在输入阻抗：在50系统中，电容效应是不怎样重要的，但产生较宽的测量带宽。系统中，电容效应是不怎样重要的，但产生较宽的测量带宽。50输入阻抗的主要缺点是对许多电路是一个太小的负载电阻。（对于这种情况，常输入阻抗的主要缺点是对许多电路是一个太小的负载电阻。（对于这种情况，常用低电容有源探头使电路负载最小，并有较宽的频带）。对于固有用低电容有源探头使电路负载最小，并有较宽的频带）。对于固有50阻抗的系统，阻抗的系统，

19、示波器输入阻抗为示波器输入阻抗为50是最方便适宜的。是最方便适宜的。数学运算（相加、相减、积分、微分、数学运算（相加、相减、积分、微分、FFT）位置（控制扫线位置和确定地电平的位置）位置（控制扫线位置和确定地电平的位置）动态范围（不失真的显示信号的最大幅值）动态范围（不失真的显示信号的最大幅值）可变调节可变调节垂直系统垂直系统水平时基系统水平时基系统时基时基折回时间折回时间一次扫描一次扫描VVtt时间基线时间基线发生器发生器水平信号水平信号垂直信号输入输入垂直放大垂直放大斜波波形斜波波形为了描绘波形，必须要有水平和垂直两个为了描绘波形，必须要有水平和垂直两个方向的信息。示波器描绘的轨迹表明信号

20、方向的信息。示波器描绘的轨迹表明信号随时间的变化情况，因此其水平偏转必须随时间的变化情况，因此其水平偏转必须与时间成正，示波器中控制水平偏转，即与时间成正，示波器中控制水平偏转，即X轴的系统称时基。轴的系统称时基。扫描速度以每格的秒数（扫描速度以每格的秒数（S/秒）来度量秒）来度量水平位置控制水平位置控制可变时基可变时基时基放大时基放大双时基双时基水平时基系统水平时基系统垂直放大器显示屏基线发生器垂直放大器电子开关垂直信号水平信号输入1输入2垂直放大器CPU与显示垂直放大器输入1输入2A/DA/D存储器存储器时基电路模拟示波器与数字示波器在两通道捕获波形的差异模拟示波器与数字示波器在两通道捕获

21、波形的差异（模拟示波器）（模拟示波器）（数字示波器）（数字示波器）当代模拟示波器至少有两个通道，可以同当代模拟示波器至少有两个通道，可以同时显示两个波形有在双轨迹功能的模拟示波时显示两个波形有在双轨迹功能的模拟示波器，是具有同时起作用的两个电子枪的缘故；器，是具有同时起作用的两个电子枪的缘故；另一种方法是单束显示，通过电子开关在两另一种方法是单束显示，通过电子开关在两个输入信号之间实现转换如果转换进行快，个输入信号之间实现转换如果转换进行快，（对周期性重复信号）观察时不受什么影响，（对周期性重复信号）观察时不受什么影响，也不致影响大多数测量，但在进行波形时间也不致影响大多数测量，但在进行波形时

22、间和相位测量时存在转换误差。这种方法不适和相位测量时存在转换误差。这种方法不适于数字示波器，因它受模数转换电路的局限。于数字示波器，因它受模数转换电路的局限。绝大多数数字示波器每通道都具有相同数绝大多数数字示波器每通道都具有相同数字采集相同和数字处理系统，所以数字示波字采集相同和数字处理系统，所以数字示波器无需通过电子开关，就能精确的同时显示器无需通过电子开关，就能精确的同时显示两个通道的波形和时间关系。两个通道的波形和时间关系。扫描控制扫描控制通道通道1通道通道1两通道切换两通道切换工作的波形工作的波形切换方式切换方式用切换方式开关，当波形在显示屏上出现用切换方式开关，当波形在显示屏上出现时

23、，开关快速地切换两个输入信号。时，开关快速地切换两个输入信号。切换两个通道是很快进行的，所以看不出切换两个通道是很快进行的，所以看不出切换痕迹。切换痕迹。切换方式只适用于比两通道切换速度低得切换方式只适用于比两通道切换速度低得多的信号。多的信号。将切换方式用于高频信号（此时扫描速度将切换方式用于高频信号（此时扫描速度很快）示波器上会出现明显的切换痕迹。很快）示波器上会出现明显的切换痕迹。见图见图切换方式只适于低频信号的测量。切换方式只适于低频信号的测量。切换方式切换方式12341234信道1信道2两通道交替工作的波形交替方式是对通道1波形作一次扫描，然后转到通道2，作另一次扫描。见图在快速扫描

24、情况下，交替方式是很好的，因为更新率快，看到的是两个同时出现的波形。所以交替适于测量高频信号。用于低频波形（且用慢扫描），每一通道的扫描会变得显而宜见，就失去同时显示两通道的效果。潜在问题是即使同时出现两个波形，实际上测量它们时，是在两个不同时间点上进行的（两次不同的触发）。由于每次重复波形的同一周期，这是没有什么问题的，有些情况，需要真正地同时测量两个通道这就是问题。交替方式交替方式放大器放大器A/DCPU和显示存储器电子开关垂直放大器CPU与显示垂直放大器输入1输入2A/DA/D存储器存储器时基电路输入输入1输入输入2CH1CH1CH2CH2数字示波器与模拟示波器相数字示波器与模拟示波器相

25、比，由于采用的技术不同，在比，由于采用的技术不同，在进行两个信号的捕获和显示时进行两个信号的捕获和显示时无需在两通道间使用电子开关无需在两通道间使用电子开关进行转换。固数字示波器在对进行转换。固数字示波器在对两个信号的定时和相位测量是两个信号的定时和相位测量是没有误差的，特别是在高速对没有误差的，特别是在高速对单次波形的捕获时优势更明显。单次波形的捕获时优势更明显。见图见图a在产品作出妥协采用两个通在产品作出妥协采用两个通道共享一个数字化器的示波器道共享一个数字化器的示波器(Fluok手持手持)，严重影响了产，严重影响了产品的单次性能。为同时进行两品的单次性能。为同时进行两通道的信号获取，模拟

26、通道开通道的信号获取，模拟通道开关必须在两个数字化点之间转关必须在两个数字化点之间转换所捕获的快速单次必须严重换所捕获的快速单次必须严重失真。见图失真。见图b(a)(b)双数字化数字示波器的结构双数字化数字示波器的结构电子开关转换的单数字化结构电子开关转换的单数字化结构数字示波器结构的差异数字示波器结构的差异扫描控制扫描控制自动扫描自动扫描没有输入信号时，自动模式将使时基以低频率自由运行，从而在屏幕上产没有输入信号时，自动模式将使时基以低频率自由运行，从而在屏幕上产生轨迹。这使得用户可以设置扫迹的垂直位置。如信号仅为直流的情况。生轨迹。这使得用户可以设置扫迹的垂直位置。如信号仅为直流的情况。正

27、常扫描正常扫描时基必须受到触发才能产生扫迹，即没有信号就没有扫迹。对数字示波器，时基必须受到触发才能产生扫迹，即没有信号就没有扫迹。对数字示波器，每触发一次保持一次波形，当信号停止后，数字示波器保持的是最后一次每触发一次保持一次波形，当信号停止后，数字示波器保持的是最后一次触发显示的波形。触发显示的波形。单次扫描单次扫描示波器对应触发信号只显示一次扫描，然后停止示波器。虽然模拟示波器示波器对应触发信号只显示一次扫描，然后停止示波器。虽然模拟示波器都提供这一功能，模拟示波器技术的限制无法保持单击或瞬时信号，单次都提供这一功能，模拟示波器技术的限制无法保持单击或瞬时信号，单次信号的显示将是短暂、闪

28、烁、甚至观察不见。信号的显示将是短暂、闪烁、甚至观察不见。数字示波器具有存储和保持波形的能力，使用户可捕获特殊的单次信号和数字示波器具有存储和保持波形的能力，使用户可捕获特殊的单次信号和瞬时信号。瞬时信号。时基或扫描模式时基或扫描模式321不正常触发不正常触发正常触发正常触发触发点触发点单独时基基线不能完成显示信号的目的，需要单独时基基线不能完成显示信号的目的，需要知道时基基线什么时基开始扫描，没有这一开知道时基基线什么时基开始扫描，没有这一开始扫描的信号，虽能显示波形，但起始时基是始扫描的信号，虽能显示波形，但起始时基是随机的。随机的。没有触发电路在屏幕上看到的将会是具有随机没有触发电路在屏

29、幕上看到的将会是具有随机起点的很多波形杂乱重叠的图象。见图起点的很多波形杂乱重叠的图象。见图a如何保证在电子束扫过屏幕时每次都扫过相同如何保证在电子束扫过屏幕时每次都扫过相同的路径？解决这个问题的关键在于触发电路。的路径？解决这个问题的关键在于触发电路。触发电路的作用就是保证每次时基在屏幕上扫触发电路的作用就是保证每次时基在屏幕上扫描的时候，时基扫描都从输入信号上的一个精描的时候，时基扫描都从输入信号上的一个精确确定的点开始。使一次一次扫描波形都是静确确定的点开始。使一次一次扫描波形都是静止不动的从而显示稳定的波形。见图止不动的从而显示稳定的波形。见图b/c触发是使用示波器最麻烦的一点，示波器

30、提供触发是使用示波器最麻烦的一点，示波器提供了许多触发方式，可根据测量问题加以应用。了许多触发方式，可根据测量问题加以应用。abc触发触发触发耦合：决定选定的触发源信号送往触发电路的耦合方式触发耦合：决定选定的触发源信号送往触发电路的耦合方式DC耦合：触发源直接连到触发电路耦合：触发源直接连到触发电路触发源通过一个串联的电容连到触发电路触发源通过一个串联的电容连到触发电路峰峰值电平：（数字示波器由触发电平钮控制）峰峰值电平：（数字示波器由触发电平钮控制）HF抑制：使触发源信号通过低通滤波器以抑制高频分量，这意味即使一个低抑制：使触发源信号通过低通滤波器以抑制高频分量，这意味即使一个低频信号中包

31、含很多高频噪声，仍能使其按低频信号触发。频信号中包含很多高频噪声，仍能使其按低频信号触发。LF抑制：使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成分，这对于显示抑制：使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成分，这对于显示包含很多电源交流声的信号时的情况是很有用的。包含很多电源交流声的信号时的情况是很有用的。TV触发：在触发：在TV模式下触发电平控制不起作用。这时示波器使用视频信号中模式下触发电平控制不起作用。这时示波器使用视频信号中的同步脉冲作为触发信号。的同步脉冲作为触发信号。TV触发有两种模式，触发有两种模式，TVF 场和场和TVL行行数字示波器的高级触发功：单次、毛刺、宽度、欠幅脉冲、

32、斜率、建立数字示波器的高级触发功：单次、毛刺、宽度、欠幅脉冲、斜率、建立/保持保持逻辑（定时关系和状态分析）逻辑（定时关系和状态分析）TV（可选场（可选场/行和行计数）行和行计数）触发触发隔离时间过短波形混迭隔离时间过短波形混迭正确隔离时间正确隔离时间触发隔离（触发隔离（Hold off）有些信号具有多个可能的触发点。图为数字信号。有些信号具有多个可能的触发点。图为数字信号。该信号虽然在较长的时间周期内是重复的，但是在该信号虽然在较长的时间周期内是重复的，但是在短时间内情况则不然。为了更详细观察少数个别脉短时间内情况则不然。为了更详细观察少数个别脉冲，必须使用快速扫描时基。但这样一来每次扫描冲

33、，必须使用快速扫描时基。但这样一来每次扫描时显示的波形段就是变化不一的。显示波形出现混时显示的波形段就是变化不一的。显示波形出现混迭。迭。为解决这个问题，采用了触发隔离功能，即在各次为解决这个问题，采用了触发隔离功能，即在各次扫描之间加入延迟时基，使得扫描的每次触发总是扫描之间加入延迟时基，使得扫描的每次触发总是从相同的信号沿开始。从而得到稳定的波形显示。从相同的信号沿开始。从而得到稳定的波形显示。触发隔离（触发隔离（Hold off）阴极射线管（阴极射线管（CRT）结构结构受到电子轰击后，受到电子轰击后，CRTCRT上的荧光物质就会上的荧光物质就会发光。当电子束移开后，荧光物质在一个发光。当

34、电子束移开后，荧光物质在一个短时间内还会继续发光。这个时间称为余短时间内还会继续发光。这个时间称为余晖时间。余晖时间的长短是由荧光物质的晖时间。余晖时间的长短是由荧光物质的不同决定的。不同决定的。一般采用的荧光物质的余晖时间为：小一般采用的荧光物质的余晖时间为：小于于1ms1ms采用长余晖荧光物质的慢扫描模拟示波采用长余晖荧光物质的慢扫描模拟示波器是为了解决观察较慢信号的变化。荧光器是为了解决观察较慢信号的变化。荧光物质的余晖时间约为：物质的余晖时间约为：300ms300ms波形轨迹的亮度与时基扫描速度成反比。波形轨迹的亮度与时基扫描速度成反比。显示显示X XY Y模式是示波器的另一种显示方法

35、。这时示波模式是示波器的另一种显示方法。这时示波器将时基关闭，而用另一个与产生垂直偏转信号器将时基关闭，而用另一个与产生垂直偏转信号不同的信号来使电子束在水平方向偏转。这就是不同的信号来使电子束在水平方向偏转。这就是说用两个信号在说用两个信号在X X，Y Y方向同时作用于电子束而描方向同时作用于电子束而描绘出波形，以便观察两个信号的关系。绘出波形，以便观察两个信号的关系。相位测量。这种方法虽然比较复杂，但测量相位相位测量。这种方法虽然比较复杂，但测量相位较为精确。较为精确。频率测量频率测量在机电环境下应用。用适当的传感器把物理量在机电环境下应用。用适当的传感器把物理量变换成示波器能显示的信号，

36、就可显示两个物理变换成示波器能显示的信号，就可显示两个物理量的关系。量的关系。显示通过元器件的电流和电压波形，展示元件的显示通过元器件的电流和电压波形，展示元件的V VI I特性。特性。0 0度度 90 90度度 180180度度(XY)显示显示Lissajous数字示波器基础数字示波器基础示波器的类别示波器的类别模拟示波器模拟示波器数字存储示波器数字存储示波器数字荧光示波器数字荧光示波器放大器放大器电子开关垂直放大器显示屏时基发生器取样A/D存储放大器取样A/D存储放大器时基处理器晶体取样时钟显示屏通道2通道1外触发XY触发信号触发信号通道1通道2外触发数字示波器结构图模拟示波器结构图数字示

37、波器数字示波器数字示波器框图数字示波器框图模拟示波器采用传统电路技术在模拟示波器采用传统电路技术在CRTCRT上显示波形。上显示波形。而数字示波器是把模拟信号转换产数字形式，才能进行显示或存而数字示波器是把模拟信号转换产数字形式，才能进行显示或存储。储。模拟示波器上的波形显示时间暂短的，当输入信号消失，显示的模拟示波器上的波形显示时间暂短的，当输入信号消失，显示的波形也消失。只使用观察周期性的重复信号。波形也消失。只使用观察周期性的重复信号。数字示波器有了存储器，波形就可以保留在屏幕上，使得可仔细数字示波器有了存储器，波形就可以保留在屏幕上，使得可仔细进行分析。不但可以显示重复波形和对低频信号

38、做到无闪烁的清晰进行分析。不但可以显示重复波形和对低频信号做到无闪烁的清晰显示。并有捕获显示。并有捕获 显示单次信号的能力。显示单次信号的能力。模拟示波器整个系统，包括显示器必须都能维持示波器的全部带模拟示波器整个系统，包括显示器必须都能维持示波器的全部带宽。宽。数字示波器在取样器之前，电路必须维持示波器的全部带宽，但数字示波器在取样器之前，电路必须维持示波器的全部带宽，但在在A/DA/D之后需要的带宽大大降低。之后需要的带宽大大降低。模拟示波器在显示极值时会遇到问题模拟示波器在显示极值时会遇到问题低重复率快前沿信号低重复率快前沿信号显示昏暗难以读出显示昏暗难以读出中等重复性信号（中等中等重复

39、性信号（中等频率），显示清楚但是频率），显示清楚但是否漏失什么信息否漏失什么信息低重复率信号（低频低重复率信号（低频信号），光迹不连续信号），光迹不连续由于模拟示波器的由于模拟示波器的技术局性。即使示技术局性。即使示波器触发和信号存波器触发和信号存在，但对某些信号在，但对某些信号也是无法进行清晰也是无法进行清晰的显示或无法显示。的显示或无法显示。并丢失信息如：毛并丢失信息如：毛刺刺模拟示波器在显示极值时会遇到问题模拟示波器在显示极值时会遇到问题低重复率快前沿低重复率快前沿信号的细节信号的细节高频的差别快速高频的差别快速毛刺的细节毛刺的细节非常低频的信号非常低频的信号数字示波器捕捉模拟示波器难以

40、发现的问题数字示波器捕捉模拟示波器难以发现的问题采样 采样点等时间间隔分布 采样率以 样点数/秒描述(S/s, kS/s, MS/s, GS/s)采样点数字化需要的保持时间 采样间隔 采样采样采样时发生了什么?1 0 1 1 1 0 0 11 1 1 1 0 1 0 1 . . . . .10. . . . .信号采样数字化存储(采样, 保持)(转换成为数据）(顺序存储）示波器屏幕屏幕显示选定部分的内存 1111010101101100111001屏屏幕幕模拟信号转化为数字信号模拟信号转化为数字信号经变换后最终恢复成模拟经变换后最终恢复成模拟波形显示在示波器上。波形显示在示波器上。“死区死区”

41、指的是数字化与指的是数字化与数据处理过程。数据处理过程。大量处理过程是由一系列大量处理过程是由一系列数字化的数字化的 FFT，取平均，取平均值及测量等数值计算来完值及测量等数值计算来完成的。成的。还可把数据存储到存储器还可把数据存储到存储器中进行预触发，后触发的中进行预触发，后触发的观察与分析。观察与分析。采样过程采样过程D igital Real-Tim e Sam pling: Each w aveform cycle producesm ore than enough data points to build a full record (screen display)只需一次触发已采集

42、信号所有资料只需一次触发已采集信号所有资料实时采样是最直观的采样方式，采样率超过模拟带宽实时采样是最直观的采样方式，采样率超过模拟带宽4 45 5倍或更高。倍或更高。每通道都有同样的表现，单一频带宽，重复带宽单次带宽每通道都有同样的表现，单一频带宽，重复带宽单次带宽不仅适用捕获重复信号，而且是捕捉单次信号以及隐藏在重复信号中的毛不仅适用捕获重复信号，而且是捕捉单次信号以及隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号的有效方法。刺和异常信号的有效方法。数字实时采样技术数字实时采样技术必需有足够多的采样点以构建完整的波形必需有足够多的采样点以构建完整的波形 由由DSODSO的模拟带宽的模拟带宽，最大取样率，以

43、及波形，最大取样率，以及波形 重建的方法决定重建的方法决定 幅度幅度时间时间对于单次事件，示波器必须具有足够的采样速率用以恢复单对于单次事件，示波器必须具有足够的采样速率用以恢复单次捕捉所获得的波形。奈奎斯特抽样定律中指出采样率至少次捕捉所获得的波形。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为信号最高频率带宽的2 2倍从而保证信号在恢复时不发生混倍从而保证信号在恢复时不发生混迭现象。迭现象。单次采集带宽单次采集带宽Equivalent-Tim e Sam pling: D ata points are acquiredfrom m any cycles to build one s

44、creen im age需要对信号进行多次触发需要对信号进行多次触发从重复性信号的不同的周期经过多次单采样，取得足够的采样点来重建这从重复性信号的不同的周期经过多次单采样，取得足够的采样点来重建这个重复信号的波形。等效采样必须满足两个前提条件：个重复信号的波形。等效采样必须满足两个前提条件： 1、必须必须是重复的、必须必须是重复的 2、必须能稳定触发、必须能稳定触发 随机等效采样同样具有预触发功能随机等效采样同样具有预触发功能数字随机等效采样技术数字随机等效采样技术ETET（等效时间）（等效时间） 与与 RT RT（实时）（实时） 数字化数字化4等效时间数字化 0可以获取任何可达模拟带宽的重复

45、信号0采样率低于模拟带宽 0通过多次触发积累采样点 4实时数字化0对于非重复性信号非常适合 0最大获取信号频率更多地依赖采样率而不是模拟带宽0单次触发得到所有采样点 请注意其他供应商的所谓请注意其他供应商的所谓“采样率采样率”采样率的标准定义（实时）采样率的标准定义（实时）最高采样率是指在最高采样率是指在单一触发单一触发中，模中，模拟数拟数字转换器字转换器能采集的最大采样点数目。能采集的最大采样点数目。其他供应商定义（等效）其他供应商定义（等效）转换率转换率是指是指最快的水平扫描速度最快的水平扫描速度下，把下，把从对重复信号多次触发收集的采样点从对重复信号多次触发收集的采样点显显示在屏幕示在屏

46、幕上时，点与点之间的最小时间上时，点与点之间的最小时间距离。距离。单一触发单一触发 每秒每秒8个采样点个采样点 采样率采样率8S/s1最快扫最快扫 （显示屏上每格（显示屏上每格描速度描速度 显示点数目）显示点数目）等效转换率等效转换率1 / (5nS/25)=5GS/s采样率小于采样率小于1/21/2信号带宽信号带宽显示错误的波形显示错误的波形绝对混迭是不能纠正的，绝对混迭是不能纠正的，因为被测波形中的最高正因为被测波形中的最高正弦波频率大于数字采样率弦波频率大于数字采样率的一半。因为违反了奈奎的一半。因为违反了奈奎斯特抽样定律。斯特抽样定律。混迭信号请注意其特点混迭信号请注意其特点波形点连接

47、好似某一个波形波形点连接好似某一个波形看似未触发或不稳定看似未触发或不稳定在实际测量中，若显示在示波器上的信在实际测量中，若显示在示波器上的信号看上去有一个固定的形状，但为被触号看上去有一个固定的形状，但为被触发；采样率也可能有问题。如果对信号发；采样率也可能有问题。如果对信号采样有所怀疑可通过改变时基来提高采采样有所怀疑可通过改变时基来提高采样率，最终取得最稳定的信号。对于单样率，最终取得最稳定的信号。对于单次触发，如对被测波形的情况无如何了次触发，如对被测波形的情况无如何了解，则不可能判断波形是否有误。解，则不可能判断波形是否有误。因此，采用不正确的激励信号，也可能因此，采用不正确的激励信

48、号，也可能显示一个看似正确的波形显示一个看似正确的波形数字示波器的混迭现象数字示波器的混迭现象低速实时采样低速实时采样数字实时数字实时DRT等效时间等效时间当信号不是完全重复的直观比较当信号不是完全重复的直观比较人眼不能人眼不能按适当的按适当的顺序连接顺序连接点，以得点，以得到适当的到适当的波形波形通过将采通过将采样点连接样点连接起来加以起来加以改善改善在满足采样定律的情在满足采样定律的情况时，也可能存在视况时，也可能存在视觉混迭现象。而在没觉混迭现象。而在没有内插的情况下，决有内插的情况下，决定混淆与视觉混淆是定混淆与视觉混淆是难以区别的难以区别的可通过点与点之间用可通过点与点之间用不同连线

49、方式来弥补，不同连线方式来弥补，此过程称之为内插。此过程称之为内插。视觉混迭视觉混迭MS/sMHzMHzTDS340A500100100100HP54600B2010044PM33822001004040PM33752501005050V60454010088VC61151001002020COM5501U2010044THS720A500100100100F99B251005500KF105B251005500K采样率采样率单次带宽单次带宽单次带宽单次带宽两通道同时两通道同时模拟带宽模拟带宽采样率与单次带宽的关系采样率与单次带宽的关系泰克公司数字实时采样技术轻泰克公司数字实时采样技术轻易地捕

50、捉到易地捕捉到5ns5ns的毛刺的毛刺最小水平时基为最小水平时基为100ns100ns，即未能对，即未能对单次毛刺进行捕捉单次毛刺进行捕捉采样率决定数字示波器对单次信号的捕获能力采样率决定数字示波器对单次信号的捕获能力欠幅脉冲捕捉欠幅脉冲捕捉毛刺捕捉毛刺捕捉模拟和数字示波器的主要区别在于模拟和数字示波器的主要区别在于DSO能够存储波形信息。这使得能够存储波形信息。这使得DSO在讲究低在讲究低重复率的现象或者研究完全不重复的现象即所谓单次信号的工作中具有特别宝贵的重复率的现象或者研究完全不重复的现象即所谓单次信号的工作中具有特别宝贵的价值。比如：冲击电流、破坏性试验的捕捉和测量，对欠幅脉冲、单脉

51、冲、毛刺、价值。比如：冲击电流、破坏性试验的捕捉和测量，对欠幅脉冲、单脉冲、毛刺、电源中断、电压击穿、开关特性等等瞬态信号和非重复信号进行捕捉和分析。电源中断、电压击穿、开关特性等等瞬态信号和非重复信号进行捕捉和分析。 （稳态和瞬态的分析）（稳态和瞬态的分析）单次信号捕获能力的意义单次信号捕获能力的意义屏幕扫迹显示道采样毛刺落在采样点之间，在采样模式下将丢失毛刺屏幕扫迹毛刺进行附加的采样，最大和最小显示。在峰值检测模式下捕捉到毛刺显示道采样对峰值检测取更多的采样点O OOO O O OOOOOOOOOOOO峰值检波容许：峰值检波容许：对所有扫描速度，以对所有扫描速度，以最高采样率进行采样最高采

52、样率进行采样表示作为显示采样点表示作为显示采样点的最小和最大值的最小和最大值提高对毛刺的写入速提高对毛刺的写入速度。避免在采样率变度。避免在采样率变化时丢失采样点之间化时丢失采样点之间的高频信息和发现假的高频信息和发现假波现象波现象峰值检测是捕捉毛刺峰值检测是捕捉毛刺和检测混淆和假波的和检测混淆和假波的有效方法有效方法峰值检波峰值检波垂直分辨率垂直分辨率:分辨率是指信号和其最小不可分部分的区别能力分辨率是指信号和其最小不可分部分的区别能力6-bit1/641.56%8-bit1/2560.39%10-bit1/10240.08%12-bit1/40960.02%垂直精度：垂直精度：是信号正确或

53、接近正确的偏差是信号正确或接近正确的偏差水平分辨率：水平分辨率：是指采样点间的分辨能力是指采样点间的分辨能力 两个因数影响时间分辨率：两个因数影响时间分辨率： 1、更高的采样率、更高的采样率 2、更长的记录长度、更长的记录长度 垂直分辨率和水平分辨率垂直分辨率和水平分辨率定义定义 一个波形记录是可被示波器采集的波形点数一个波形记录是可被示波器采集的波形点数最大的记录长度由示波器的存储容量决定最大的记录长度由示波器的存储容量决定记录长度和观看波形细节有关记录长度和观看波形细节有关短周期信号的图形细节的观看或者是长周期信号的短周期信号的图形细节的观看或者是长周期信号的大致图形大致图形要增加存储容量

54、才能增加记录长度要增加存储容量才能增加记录长度 记录长度记录长度Post-TriggerPre-TriggerTrigger采样点数字化采样点数字化时间等间隔时间等间隔可选的预可选的预/后触发后触发数字示波器的一个最显著特点在于它容许用户观看触发前的事件。这是因为数数字示波器的一个最显著特点在于它容许用户观看触发前的事件。这是因为数据被连续地存储到内存中，同时触发事件在数据量足够后停止采集。据被连续地存储到内存中，同时触发事件在数据量足够后停止采集。预触发预触发/后触发后触发毛刺毛刺预触发预触发单次采样单次采样其他方面应用如其他方面应用如 ：开关特性输入和输出瞬态特性，以输出信号触发来观看：开

55、关特性输入和输出瞬态特性，以输出信号触发来观看研究输入的小信号。研究输入的小信号。捕捉毛刺捕捉毛刺预触发预触发脉宽触发仅接受 (或不接受) 由预先定义的脉宽介于两个时间限制之间的，选择正负极性的脉冲触发 。TimeT1(+)(-)T2斜率触发在信号从高到低和/或从低到高的门限时间慢于（大于）或快于（小于）规定的时间及正负极性时触发如果快于触发 如果慢于触发触发如果快于 触发如果慢于高电平门限 低电平门限+ 极性低到高时间间隔时间建立/保持触发如果 或数据沿（瞬态）在预先定义的正极性时钟 沿（或 负极性）建立保持时间窗口内时，触发时钟源(任何通道)时钟电平 XX建立时间保持时间 数据电平 触发参

56、考 触发参考 保持时间违反 建立时间违反 数据源 (任何通道l)Time高级触发功能的模式，主要针对数字高级触发功能的模式，主要针对数字信号。当对偶尔出现问题的信号现象信号。当对偶尔出现问题的信号现象进行预测，此种触发模式是很有用的进行预测，此种触发模式是很有用的是基于确定脉冲的受限状态况，以及是基于确定脉冲的受限状态况，以及安排用一个脉冲，或者是与这些状况安排用一个脉冲，或者是与这些状况相匹配的脉冲来触发。相匹配的脉冲来触发。数字示波器的高级触发功能数字示波器的高级触发功能滚动模式是一种可以应用于全连续显示的方式滚动模式是一种可以应用于全连续显示的方式在这种模式下，示波器采集采样点并立即将采

57、集的数据在这种模式下，示波器采集采样点并立即将采集的数据复制到显示存储器。而这些新的采样点显示于屏幕的右复制到显示存储器。而这些新的采样点显示于屏幕的右面，屏幕上已有的波形则向左滚动。老的采样点一但移面，屏幕上已有的波形则向左滚动。老的采样点一但移到屏幕左面即行消失这样一来屏幕上显示的波形总是反到屏幕左面即行消失这样一来屏幕上显示的波形总是反映出最新信号对时间变化的情况映出最新信号对时间变化的情况由于有了滚动模式，就可以用示波器来代替图表记录仪由于有了滚动模式，就可以用示波器来代替图表记录仪来显示慢变化的现象，如化学过程、电池的冲放电周期来显示慢变化的现象，如化学过程、电池的冲放电周期或温度对

58、系统性能的影响等。或温度对系统性能的影响等。数字示波器滚动模式数字示波器滚动模式运用包络（点累积显示）的运用包络（点累积显示）的功能测量信号的抖动功能测量信号的抖动当被测信号随着时间变化时，要观察信号的幅当被测信号随着时间变化时，要观察信号的幅度或者抖动的现象时。打开包络模式以后，示度或者抖动的现象时。打开包络模式以后，示波器在各次连续采集过程中对波形记录中的每波器在各次连续采集过程中对波形记录中的每个采样点位置的最小值和最大值都存储下来，个采样点位置的最小值和最大值都存储下来，并以此构成波形显示。这种模式可采用可变余并以此构成波形显示。这种模式可采用可变余晖的调节，使采样点在屏幕上保持一定的

59、时间，晖的调节，使采样点在屏幕上保持一定的时间，直至无限显示。无限余晖的显示的用途之一是直至无限显示。无限余晖的显示的用途之一是测量信号最坏的情况。如波形抖动。见图测量信号最坏的情况。如波形抖动。见图包络包括点和矢量显示和余晖显示包络包括点和矢量显示和余晖显示显示包络线显示包络线检测漂移检测漂移测量抖动测量抖动监察毛刺和观察峰峰值噪声监察毛刺和观察峰峰值噪声包络模式包络模式AB图图A A波形轨迹通过平均除去了波形轨迹通过平均除去了图图B B波形轨迹中的杂波。注意波形轨迹中的杂波。注意波形的上升时间（带宽）没波形的上升时间（带宽）没有改变。有改变。平均的方法是把连续的各次波形采集的结平均的方法是

60、把连续的各次波形采集的结果组合在一起，采用平均的可以减少叠加果组合在一起，采用平均的可以减少叠加在信号上的噪声。经过平均处理的波形都在信号上的噪声。经过平均处理的波形都是由个次连续采集的的波形上相同位置的是由个次连续采集的的波形上相同位置的采集值通过平均运算而获得的。可以有效采集值通过平均运算而获得的。可以有效提高波形的垂直分辨率。提高波形的垂直分辨率。采用平均的方法，示波器要用更长的时采用平均的方法，示波器要用更长的时间才能响应信号的变化。间才能响应信号的变化。平均：将噪声删除，对信号进行精确测平均：将噪声删除，对信号进行精确测量量产生噪声的原因：恶劣的屏蔽、高频干产生噪声的原因：恶劣的屏蔽