信号波形测量

1、第第7 7章章 信号波形测量信号波形测量7.1 7.1 概述概述30.350.35,10rrtst nsBW MHzBW MHz或rt(7-1)英国物理学家、化学家。英国物理学家、化学家。1832年年 6月月17日日生于伦敦。生于伦敦。1848年进伦敦皇家化学学院年进伦敦皇家化学学院攻读化学，攻读化学，1855年任切斯特师范学院化年任切斯特师范学院化学讲师。他继承了大笔父产后，便在自学讲师。他继承了大笔父产后，便在自己的私人实验室中悉心从事科学研究。己的私人实验室中悉心从事科学研究。由于研究成果广泛而卓越，由于研究成果广泛而卓越，1863年被选年被选为英国皇家学会会员，为英国皇家学会会员，19

2、131915年任年任该会会长。该会会长。1919年年4月月4日于伦敦逝世日于伦敦逝世 7.1.3 示波器的发展示波器的发展FKG1G2A1A2Y偏转板X偏转板辉度聚焦辅助聚焦+E-E荧光屏电子枪偏转系统荧光屏CRT : Cathode Ray Tube阴极射线管内部结构图阴极射线管内部结构图 Y输入电路Y前置放大器触发电路延迟线Y后置放大器水平放大器扫描发生器Y输入外触发内外至X偏转板至Y偏转板校准信号发生器低压电源高压电源电源至各电路正高压负高压X输入校准信号输出vivoR1R2C1C2最佳补偿过补偿欠补偿Z1Z22211CRCR ：1122RCR C1122RCR C 触 发 点输 入 信

3、 号扫 描 电 压显 示 波 形扫 描起 点tT触发点输入信号扫描电压显示波形输入信号延迟后td扫描起点tT(a) 没有延迟线时的情况没有延迟线时的情况(b) 没有延迟线时的情况没有延迟线时的情况图图 7-14 延迟线的作用延迟线的作用触 发 源选 择触 发 耦 合方 式 选 择放 大 整 形电 路扫 描闸 门扫 描 电 压发 生 器水 平放 大 器比 较 和释 抑 电 路触 发 信 号触 发 电 路扫 描发 生 器 环至 X偏 转 板图图7-15 水平通道的组成框图水平通道的组成框图放大、整形电路内外电源C1C2C3ACAC低频抑制HF REJDC常态 自动TV触发电平调节至扫描发生器环触发

4、脉冲输出S1S2S4+-S3极性反转电路触发源选择触发耦合方式选择触发极性选择触发方式选择图图 7-16 触发电路的组成触发电路的组成(a) 正电平、正极性(b) 正电平、负极性(c) 负 电 平 、 负 极 性(d) 负 电 平 、 正 极 性图图7-17 不同触发极性和触发电平时显示的波形不同触发极性和触发电平时显示的波形扫描闸门扫描锯齿波发生器比较和释抑电路+E至X放大器+E“稳定度”调节比较电平触发脉冲输入“增辉”脉冲图图7-18 扫描发生器环的组成扫描发生器环的组成Y1输入电路Y1前置放大器Y1门电路电子开关延迟线Y后置放大器Y2输入电路Y2前置放大器Y2门电路至Y偏转板Y1输入Y2

5、输入控制信号图图7-22 双踪示波器的双踪示波器的Y通道原理框图通道原理框图前置放大延长线Y后置放大A触发A扫描电子开关X放大电压比较B触发选择门Y线光迹分离电路+-B扫描RPY输入A增辉B增辉1234取样脉冲p(t)输入信号Vi(t)取样信号Vo(t)tttt输入信号取样脉冲取样信号经放大和延长电路后的信号（显示波形）mTt2 t3 t4 tsTmTt 12345输入信号输出信号Vi(t)Vo(t)取样脉冲p(t)取样门RCS图图7-29 取样保持器的基本模型取样保持器的基本模型12htf 输入信号Y放大器输出tmTt2 t 3 t4 tsTmTt12345tX放大器输出（扫描阶梯波电压）图

6、图 7-30 顺序取样示波器的显示过程顺序取样示波器的显示过程延迟线取样电路触发电路Y延长门垂直放大器水平放大器步进脉冲发生器Y输入外触发内外扫描信号发生器至X偏转板至Y偏转板图图7-31 取样示波器的组成框图取样示波器的组成框图KGA1A2G11G12G21G22K1K2收集极存储介质存储栅网荧光屏YX写入电子枪偏转系统读出电子枪记忆与显示记录系统泛射系统图图7-35 记忆示波器的结构示意图记忆示波器的结构示意图衰减器放大器触发电路A/D转换器延迟线存储器（RAM）D/A转换器地址计数器D/A转换器垂直放大器水平放大器扫描发生器逻辑控制电路（微处理器）输入外触发内外实时存储实时实时存储存储至

7、X偏转板至Y偏转板图图7-36 典型数字存储示波器原理框图典型数字存储示波器原理框图YA顺序取样YB顺序取样通道转换器AB通道转换器A/DRAMViAViB图图7-42 借助借助CCD器件采集高速信号器件采集高速信号ADC1ADC2RAM1RAM2Vifs数据输出Vifs反相fs(a) 原理框图(b) 采样与存储波形图图图7-43 2通道组合采集原理通道组合采集原理vivoRRiCCiZ1Z2C0输入探头示波器最佳补偿过补偿欠补偿显示波形图图7-45 补偿式衰减器电路补偿式衰减器电路DCyVhDk40.5 1020DCyVhDk(V)0.51251025010050255VmVV/div零电平

8、线显示波形（直流电压）PPyyVhDkP PVyDyk0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形（交流电压）8 1 18VP PyVhDk 82.322 22 2PP PVVVV/xxTxDkxDxk0.20.5121010010110050Smst/div55nsx7 10/710 xxTxDkmsms Txx1x2xTo360Txx图图7-50 测量两信号的相位差测量两信号的相位差HNVNyfxfyHxVfNfN26MHz26HyxVNffN16MHz23HyxVNffNMHz MHz NHNV2x02xm2y02ym图图7-52 椭圆法测信号的相位差椭圆法测信

9、号的相位差210( )( ),0,1,1mjnkmnX kx n en kmA Af f9 90 0% %1 10 0% %5 50 0% %b bc cT Tt tr rt tf f理理想想脉脉冲冲实实际际脉脉冲冲A Aw we e顶顶底底d dyASKHu 当示波器的频带宽度大于被测信号中最高频率的当示波器的频带宽度大于被测信号中最高频率的5 5倍以上倍以上时，一般可以忽略示波器带宽对脉冲上升时间测量的影响时，一般可以忽略示波器带宽对脉冲上升时间测量的影响u 普通模拟示波器不能测量单脉冲的参数，只能测量周期脉普通模拟示波器不能测量单脉冲的参数，只能测量周期脉冲信号的参数。冲信号的参数。u

10、数字存储示波器对单脉冲和周期脉冲信号参数都能测量。数字存储示波器对单脉冲和周期脉冲信号参数都能测量。u 数字存储示波器内部有计算功能，有些参数可直接得到测数字存储示波器内部有计算功能，有些参数可直接得到测量数值，如幅度、上升时间、下降时间、脉宽等。量数值，如幅度、上升时间、下降时间、脉宽等。u 数字存储示波器使用可调的水平游标或垂直游标，可直接数字存储示波器使用可调的水平游标或垂直游标，可直接得到两游标间的电压差值或时间差值，比模拟示波器减少得到两游标间的电压差值或时间差值，比模拟示波器减少了读数误差。了读数误差。 mcEmE调制信号振幅载波信号振幅( )x t( )y t激励激励响应响应系

11、统系 统（微分方程）（微分方程）（传递函数）（传递函数）（频率响应函数）（频率响应函数）（脉冲响应函数）（脉冲响应函数）t t0 0)(tt t0 0u(t)u(t)(a)单位脉冲信号单位脉冲信号(b)单位阶跃信号(b)单位阶跃信号1 10( )00ttt( )1t dt且10( )00tu tt( )( )( )( )tdu ttt dtu tdt卷积定理卷积定理( )( )( )() ( )( ) ()y tx th tx thdxh td脉冲响应脉冲响应输入单位脉冲信号时对应的系统输出。输入单位脉冲信号时对应的系统输出。阶跃响应阶跃响应输入单位阶跃信号时对应的系统的输出输入单位阶跃信号时

12、对应的系统的输出 脉冲响应的积分为阶跃响应脉冲响应的积分为阶跃响应阶跃响应的微分就是脉冲响应阶跃响应的微分就是脉冲响应 系统脉冲响应的三种直接测量方法系统脉冲响应的三种直接测量方法微分器微分器示波器示波器被测系统被测系统单位阶跃单位阶跃信号发生器信号发生器示波器示波器被测系统被测系统单位脉冲单位脉冲信号发生器信号发生器被测系统被测系统示波器示波器微分器微分器单位阶跃单位阶跃信号发生器信号发生器h(t)h(t)h(t)h(t)h(t)h(t)u(t)u(t)u(t)u(t)阶跃阶跃响应响应)(t)(t图图7-59 系统脉冲响应的三种直接测量方法系统脉冲响应的三种直接测量方法取样头取样头计算机计算机数字存储数字存储示波器示波器脉冲脉冲信号源信号源连接被测系统连接被测系统KSKSm mR RSLSLG GSCSC单位长度单位长度E E1 1(s)(s)(a)参考电压模型(a)参考电压模型E E2 2(s)(s)lE Eg g(s)(s)Z Z0 0(s)(s)r(s)r(s)(b)响应电压模型(b)响应电压模型信号源内阻信号源内阻R R0 0信号源内阻信号源内阻R R0 0匹配匹配负载负载