电子测量7章节第2部分汇编

1、7.4 取样示波器取样示波器l7.4.1 7.4.1 概述概述1.取样的基本概念取样的基本概念l 取样就是从被测波形上取得样点的过程。取样就是从被测波形上取得样点的过程。l 取样分为取样分为实时取样实时取样和和非实时取样非实时取样两种两种。实时取样：从一个信号波形中取得所有取样实时取样：从一个信号波形中取得所有取样点来表示一个信号波形的方法称为实时取点来表示一个信号波形的方法称为实时取样。样。非实时取样：取样从被测信号的许多相邻波非实时取样：取样从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法成为非实时取样。形上取得样点的方法成为非实时取样。实时取样示意图实时取样示意图图7.26实时取样示意图1234

2、567非实时取样示波器的取样示意图非实时取样示波器的取样示意图 图7.27非实时取样示波器的取样示意图输入信号ui取样脉冲fs取样点荧光屏上显示的波形231234567Ti79102. 取样原理取样原理l取样保持器在原理上可等效为一个开取样保持器在原理上可等效为一个开关和电容的串联。关和电容的串联。l取样脉冲周期为取样脉冲周期为式中式中 l 被测信号的周期；被测信号的周期； l 步进延迟时间。步进延迟时间。tTTiiTt 图7.27取样保持器的基本模型KRCuoui(t) 7.4.2 取样示波器的工作原理取样示波器的工作原理 l1.取样示波器的基本框图Y Y输入输入延迟线取样电路Y延长门Y放大

3、器扫描信号 发生器X放大电路步进脉冲发生器触发电路内外2取样示波器的垂直通道 图7.30闭环取样电路的基本组成框图uiA2uo电路反馈至Y放大器CS取样门脉冲K1取样门K2A1Cm延长门脉冲延长门l 在取样示波器的垂直通道中，在取样示波器的垂直通道中，取样电路产生正比于取样值的阶梯电取样电路产生正比于取样值的阶梯电压。压。l l l式中式中 交流放大器的增益；交流放大器的增益； l 取样电路的输出电压。取样电路的输出电压。 l 111iouKAu1A1ou3取样示波器的水平通道l 取样示波器的取样示波器的X通道主要包括触通道主要包括触发、放大、分频单元、快斜波发生器、发、放大、分频单元、快斜波

4、发生器、比较器、阶梯波发生器、步进脉冲发生比较器、阶梯波发生器、步进脉冲发生器和器和X放大器组成。放大器组成。l 阶梯波发生器产生每隔上升一级阶梯波发生器产生每隔上升一级的阶梯波，产生形成取样和延长门的步的阶梯波，产生形成取样和延长门的步进延迟脉冲。其组成如图进延迟脉冲。其组成如图7.31所示。工所示。工作波形如图作波形如图7.32所示。所示。 图7.31步进脉冲发生器的原理框图触发脉冲 X放大器 电压 比较器 快斜波 发生器至取样门至X偏转板 阶梯脉冲 发生器 泵 发生器 步进脉冲 发生器触发脉冲i快斜波与阶梯波654321234567步进延迟脉冲i图7.32 步进延迟脉冲产生的波形图4取样

5、示波器的主要参数l 取样示波器的带宽取样示波器的带宽l式中式中 取样脉冲底边的宽度。取样脉冲底边的宽度。l取样密度取样密度 l 取样密度是指电路扫描时，在示波管屏取样密度是指电路扫描时，在示波管屏幕幕X轴上显示的被测信号每格所对应的取样点轴上显示的被测信号每格所对应的取样点数，常用每数，常用每cm的光点数来表示，记为光点数的光点数来表示，记为光点数cm。)64.044.0(3dBf等效扫速l 等效扫速为示波管屏幕上每等效扫速为示波管屏幕上每格所代表的扫描时间。格所代表的扫描时间。l 在通用示波器中扫描速度为荧在通用示波器中扫描速度为荧光屏幕每光屏幕每cm代表的时间（代表的时间（t/cm）。）。

6、l在取样示波器中，在取样示波器中，l式中式中 VsX方向最大偏转电压；方向最大偏转电压； l NX轴偏转格数；轴偏转格数；l VF/TF快斜波的斜率。快斜波的斜率。 FFsTVVNt1l扫描延迟时间（扫描延迟时间（ ）l式中式中 阶梯电压的电平。阶梯电压的电平。dtFFddTVVtdV7.5 记忆示波器和存储示波器记忆示波器和存储示波器l 记忆示波器是利用记忆示波管记忆示波器是利用记忆示波管组成的示波器，也称组成的示波器，也称CRT存贮。存贮。l 它的它的核心是记忆示波管。采用。采用这种示波管，即使在断电的情况下，这种示波管，即使在断电的情况下，亦可将波形记忆一周左右。亦可将波形记忆一周左右。

7、l CRT存贮示波器的存贮示波器的Y轴偏转系轴偏转系统和时基扫。扫描电路与通用示波器统和时基扫。扫描电路与通用示波器相同，只是在通用示波器的基础上增相同，只是在通用示波器的基础上增加了记忆示波管及控制信号加了记忆示波管及控制信号 。7.6 数字存储示波器数字存储示波器l 数字存贮示波器将将捕捉到数字存贮示波器将将捕捉到的波形通过的波形通过A/D转换进行数字化，而转换进行数字化，而后存入管外的数字存贮器中。后存入管外的数字存贮器中。l l 读出时，将存入的数字化波读出时，将存入的数字化波形经形经D/A变换，还原成捕捉到的波形，变换，还原成捕捉到的波形，然后在荧光屏上显示出来。然后在荧光屏上显示出

8、来。 7.6.1 数字存储示波器的性能特点数字存储示波器的性能特点1.可长期存储波形2.可进行负延时触发3.便于观测单次过程和突发事件4.具有多种显示方式5.便于数据分析和处理6.可用数字显示测量结果7.具有多种方式输出8.便于进行功能扩展7.6.2 数字存储示波器的工作原理数字存储示波器的工作原理l数字存储示波器的基本组成如图数字存储示波器的基本组成如图7.33所示所示u输入电路A/DRAMY放大器D/AX放大器控制系统示波管1A/D和和D/A变换器变换器l A/D变换器将模拟量进行数字化。即取样、量化和变换器将模拟量进行数字化。即取样、量化和编码。编码。l D/A变换器用于产生阶梯波。变换

9、器用于产生阶梯波。l l 2存储器 l 高速大容量存储器。高速大容量存储器。l l 3控制系统l 主要包括时基控制电路、存储控制电路和功能控制主要包括时基控制电路、存储控制电路和功能控制电路。电路。l 数字存储示波器在控制系统的管理下完成各种测量数字存储示波器在控制系统的管理下完成各种测量任务，控制系统的核心是微处理器。任务，控制系统的核心是微处理器。 7.6.3 数字存储示波器的显示方式数字存储示波器的显示方式基本显示方式基本显示方式抹迹显示方式抹迹显示方式卷动显示方式卷动显示方式显示技术的改进显示技术的改进7.6.4 数字存储示波器的技术指标数字存储示波器的技术指标l1取样速率取样速率 2

10、存储带宽l3测量分辨率测量分辨率 4存储容量l5断电存储时间断电存储时间 6测量计算功能l7测量准确度测量准确度 7触发延迟范围l9读写速度读写速度 10输出信号7.7 示波器的基本测试技术示波器的基本测试技术l7.7.1 示波器的选择示波器的选择 K根据要显示的信号数量，选择单踪或根据要显示的信号数量，选择单踪或双踪示波器。双踪示波器。K根据被测信号的频率特点选择示波器。根据被测信号的频率特点选择示波器。K根据被测信号的重现方式选择示波器。根据被测信号的重现方式选择示波器。J根据被测信号是否含有交直流成分选根据被测信号是否含有交直流成分选择示波器。择示波器。K根据被测信号测试重点选择示波器。

11、根据被测信号测试重点选择示波器。K根据是否需存储被测信号选择示波器。根据是否需存储被测信号选择示波器。7.7.2 示波器的正确使用l1使用注意事项使用前必须检查电网电压是否与示波使用前必须检查电网电压是否与示波器要求的电源电压一致。器要求的电源电压一致。通电后需预热几分钟再调整各旋钮。通电后需预热几分钟再调整各旋钮。注意各旋钮不要马上旋在极限位置，注意各旋钮不要马上旋在极限位置，应先大致旋在中间位置，以便找到被应先大致旋在中间位置，以便找到被测信号波形。测信号波形。注意示波器的亮度不宜开得过亮，注意示波器的亮度不宜开得过亮，且亮点不宜长期停留在固定位置，且亮点不宜长期停留在固定位置，特别是暂时

12、不观测波形时，更应该特别是暂时不观测波形时，更应该将辉度调暗，以免缩短示波管的使将辉度调暗，以免缩短示波管的使用寿命。用寿命。输入信号电压的幅度应控制在示波输入信号电压的幅度应控制在示波器的最大允许输入电压范围。器的最大允许输入电压范围。示波器的探头有的带有衰减器，读示波器的探头有的带有衰减器，读数时需注意。数时需注意。示波器进行定量测量时，一定要注示波器进行定量测量时，一定要注意校准。意校准。2通用示波器面板和主要控键示意图通用示波器面板和主要控键示意图3探头的正确使用l 探头和示波器是配套使用的，探头和示波器是配套使用的，不能互换，否则将会导致分压比误差不能互换，否则将会导致分压比误差增加

13、或高频补偿不当。增加或高频补偿不当。l l 低电容高电阻探头可进行定期低电容高电阻探头可进行定期校正。具体方法是：以良好的方波电校正。具体方法是：以良好的方波电压通过探头加到示波器，若高频补偿压通过探头加到示波器，若高频补偿良好应显示图良好应显示图7.36（a）所示波形。）所示波形。 （a）补偿合适的波形（b）欠补偿的波形图7.36不同补偿时的波形图（c）过补偿的波形7.7.3 示波器测量电压l1直流电压的测量 测量原理l被测直流电压值为被测直流电压值为 l式中式中 被测直流信号的电压；被测直流信号的电压； l 被测直流信号线的电压偏被测直流信号线的电压偏离零电平线的高度；离零电平线的高度；

14、l 示波器的垂直灵敏度。示波器的垂直灵敏度。 yDCDhVDCVhyD使用带衰减器的探头时使用带衰减器的探头时l应考虑探头衰减系数。此时，被测应考虑探头衰减系数。此时，被测直流电压值为直流电压值为 ，l式中式中 用于测量探头衰减系用于测量探头衰减系数。数。kDhVyDCk测量方法la. 校准（CAL）lb. 输入信号输入信号lc.确定零电平线ld. 确定直流电压的极性le.读出被测直流电压偏离零电平线读出被测直流电压偏离零电平线的距离的距离lf.根据公式计算被测直流电压值2交流电压的测量l测量原理l被测交流电压值为被测交流电压值为l式中式中 l 被测交流信号的峰被测交流信号的峰-峰值峰值电压；

15、电压； l 被测交流电压波峰和波被测交流电压波峰和波谷的高度谷的高度 或任意两点间的高度；或任意两点间的高度；l 示波器的垂直灵敏度。示波器的垂直灵敏度。 yppDhVppVhyDl 使用带衰减器的探头时，应考虑使用带衰减器的探头时，应考虑探头衰减系数。探头衰减系数。l l 此时，被测交流电压峰此时，被测交流电压峰-峰值为峰值为l式中式中 l 用于测量的探头的衰减系用于测量的探头的衰减系数。数。 yyppkDhVyk测量方法la. 校准（CAL）lb. 输入信号输入信号lc.耦合开关置于“AC”位置。ld.将示波器的输入将示波器的输入d. 调节扫描速度，使显示的波形稳定。调节扫描速度，使显示的

16、波形稳定。le.调节垂直灵敏度开关，使荧光屏上显示的波形适当，记录值。调节垂直灵敏度开关，使荧光屏上显示的波形适当，记录值。lf.读出被测交流电压波峰和波谷的高度或任意两点间的高度。读出被测交流电压波峰和波谷的高度或任意两点间的高度。lg.计算被测直流电压值。计算被测直流电压值。7.7.4 示波器测量时间和频率示波器测量时间和频率l1测量周期和频率l测量原理被测交流信号的周期为被测交流信号的周期为 l式中式中 l 被测交流信号的周期；被测交流信号的周期；l 被测交流信号的一个周被测交流信号的一个周期在荧屏水平方向所占距离；期在荧屏水平方向所占距离；l 示波器的扫描速度。示波器的扫描速度。 xD

17、xTTxxDl 若使用了若使用了X轴扩展倍率开关，应考虑扩展轴扩展倍率开关，应考虑扩展倍率的作用。此时，被测交流信号的周期为倍率的作用。此时，被测交流信号的周期为 l l式中式中 X轴扩展倍率。轴扩展倍率。l l为了提高测量准确度，可采用为了提高测量准确度，可采用“多周期多周期测量法测量法”。此时被测信号的周期为。此时被测信号的周期为 l式中式中 l荧光屏上选定测量的周期数；荧光屏上选定测量的周期数；l N个周期波形在荧光屏水平方个周期波形在荧光屏水平方向上占的距离。向上占的距离。NDxTxNxxkDxTxkNxNl测量方法la.校准（校准（CAL）lb.输入被测信号，调节垂直灵敏度输入被测信

18、号，调节垂直灵敏度开关，使荧光屏上显示的波形适当。开关，使荧光屏上显示的波形适当。lc. 输入耦合开关置于输入耦合开关置于“AC”位置。位置。ld. 调节扫描速度开关，使显示的波调节扫描速度开关，使显示的波形稳定，并记录值。形稳定，并记录值。le. 读出被测交流信号的一个周期在读出被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占距离。荧光屏水平方向所占距离。lf. 根据公式（根据公式（7-24）或（）或（7-25）计）计算被测交流信号的周期。算被测交流信号的周期。 l注意：l用示波器测量信号周期是比较方便用示波器测量信号周期是比较方便的。但由于示波器的分辨率较低，所以的。但由于示波器的分辨率较低，所

19、以测量误差较大。测量误差较大。2测量时间间隔 l如图如图7.41（a）所示，）所示，A与与B的时间的时间间隔为间隔为l式中式中 l 同一信号中任意两点同一信号中任意两点Al 与与B的时间间隔；的时间间隔； l A与与B的时间间隔在的时间间隔在荧荧l 光屏水平方向所占距光屏水平方向所占距离离l 扫描速度扫描速度xBABADxTBATBAxxD图图7.41 测量信号的时间间隔测量信号的时间间隔 图8.41 测 量 信 号 的 时 间 间 隔 （ a） A与B的 时 间 间 隔 （ b） 脉 冲 宽 度 的 测 量 XA -BB- A B XA -BB- A B 0 50% 100% XA -BB-

20、 A B （ C） 两 个 信 号 的 时 间 差 l 若若A、B两点分别为脉冲波前后沿的两点分别为脉冲波前后沿的中点，则所测时间间隔为脉冲宽度。如中点，则所测时间间隔为脉冲宽度。如图图7.41(b)所示。所示。l 若采用双踪示波器，可测量两个信若采用双踪示波器，可测量两个信号的时间差。号的时间差。l 将两被测信号分别输入示波器的两将两被测信号分别输入示波器的两个通道，读出两被测信号起始点间的水个通道，读出两被测信号起始点间的水平距离，两个信号的时间差为平距离，两个信号的时间差为xBABADxT3测量脉冲上升时间 图7.42 测量脉冲上升或下降时间0100%10%90%X1-X2-l上升时间为

21、上升时间为l l 下降时间为下降时间为l l 应注意示波器的垂直通道本应注意示波器的垂直通道本身存在固有的上升时间，按下式修身存在固有的上升时间，按下式修正。正。l式中式中 l 被测脉冲实际上升时被测脉冲实际上升时间；间；l 示波器本身固有的上示波器本身固有的上升时间；升时间；l 屏幕上显示的上升时屏幕上显示的上升时间。间。xDxt11xDxt22202rrxrtttrt0rtrxt7.7.5 示波器测量相位示波器测量相位 l1双踪示波法测量相位l 相位测量的原理是把一个完整相位测量的原理是把一个完整的信号周期定为的信号周期定为3600，然后将两个信，然后将两个信号在号在X轴上时间差换成角度值

22、。轴上时间差换成角度值。l l 测量方法是：将欲测量的两个测量方法是：将欲测量的两个信号信号A和和B分别接到示波器的两个通道，分别接到示波器的两个通道，示波器设置为双路显示方式，调节有示波器设置为双路显示方式，调节有关旋钮，使荧光屏上显示两条大小适关旋钮，使荧光屏上显示两条大小适中的稳定波形。中的稳定波形。l 先测出信号的一个周期在水平方向先测出信号的一个周期在水平方向上所占的长度，然后再测量两波形上上所占的长度，然后再测量两波形上对应点（如过零点、峰值点等）之间对应点（如过零点、峰值点等）之间的水平距离，则两信号的相位差为的水平距离，则两信号的相位差为 l式中式中 两波形上对应点之间的两波形

23、上对应点之间的水平距离；水平距离； l 被测信号的一个周期在被测信号的一个周期在水平方向上所占的距离水平方向上所占的距离 。360TxxxTx 图 8.43 测量两信号的相位差 A B x xT 2李沙育图形法测频率或相位 l测量频率l用用X、Y方向的交点数以及已知信号的频率就方向的交点数以及已知信号的频率就可求得被测信号的频率。可求得被测信号的频率。l 或者或者 l式中式中 l 已知信号的频率；已知信号的频率；l 水平线与李沙育图形的相交点数；水平线与李沙育图形的相交点数；l 垂直线与李沙育图形的相交点数。垂直线与李沙育图形的相交点数。yxxynnffyxyxfnnfyfynxn 图7.44 常用的几种李沙育图形测量相位测量相位2X02Xm2y02ym 图7.45 椭圆法测信号的相位差