4.4 波形显示与测量实务

任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术复习提问：任务4-3-2数字示波器主要技术指标复习提问：任务4-3-2数字示波器主要技术指标复习提问：

任务4-1波形测量与仪器概述

任务4-2模拟示波器任务4-3数字示波器项目4波形测量与仪器任务4-4波形测量实务任务4-4波形显示与测量实务新课引入：思考与讨论如何“看见”信号？电信号是看不见摸不着的，我们如何才能直观地“看”到电信号随时间变化的波形呢？如何精确测量？面对一个未知信号，我们如何测量它的电压大小、周期长短以及它与其他信号的相位关系？仪器有何不同？模拟示波器和数字示波器是两种常用仪器，它们在测量原理和操作方法上又有哪些本质区别？任务4-4

波形显示与测量实务学习重点知识概要：刻度测量法示波器测量的基础。掌握利用波形在屏幕上的刻度来计算电压、时间、相位差和频率。光标与自动测量掌握现代数字示波器的便捷功能，重点了解手动光标、追踪光标以及一键自动测量的使用方法。示波器实例操作理论结合实际，通过具体的模拟与数字示波器实例，熟悉面板结构和基本操作流程。任务4-4波形显示与测量实务4-4-1示波器应用1.刻度测量法定义：利用显示波形所占刻度进行电压、时间等的测量方法1）测量电压（1）纯交流电压①选择“DC”或“AC”耦合方式，调整有关开关旋钮使波形显示稳定、幅度合适，然后确定峰峰点间的格数H（div）②Upp=H（div）×V/div）③被测交流电压有效值U任务4-4-1示波器应用1.刻度测量法（2）直流电压①选择“GND”输入耦合方式，确定零电平时基线在垂直方向的位置。②改变输入耦合方式为“DC”，时基线跳变。确定时基线在垂直方向跳变的格数与方向。跳变至零电平时基线之上的，直流电压为“﹢”；反之，直流电压为“﹣”。③偏转因数（V/div）与上述跳变格数之积等于被测直流电压。1.刻度测量法（3）含直流成分交流电压直流成分电压的测量方法如下：①选择“AC”输入耦合方式，调整示波器有关开关旋钮使波形稳定，然后选择波形某点作为参考点并确定其在垂直方向的位置。②保持偏转因数不变，改变输入耦合方式为“DC”，波形跳变。确定上述参考点垂直方向波形跳变的格数H（div）与方向。③偏转因数（V/div）与跳变格数H（div）之积等于被测直流成分电压大小。任务4-4-1示波器应用【例4-4-1】测量正弦波电压，已知波形垂直幅度（即峰峰点间格数）为8div，偏转因数为1V/div，探极入/出比为10:1，试求正弦波电压是多少？如果正弦波改为三角波，三角波电压又是多少？如果输入耦合方式由“AC”改为“DC”时，波形向上跳变了1div，则其中的直流成分电压的大小是多少？任务4-4-1示波器应用2）测量时间【例4-4-2】已知示波器时基因数、偏转因数分别为5ms/div、2V/div，扫速扩展为10，探极衰减系数为10:1，计算正弦波周期是多少？正弦波电压是多少？任务4-4-1示波器应用3）测量相位差（1）线性扫描法线性扫描法即双踪法，测量时将两个信号分别接入双踪示波器的两个输入端，选择触发源（一般选择相位超前的信号作为内触发源），采用交替显示或断续显示方式，适当调整“垂直移位”和“偏转因数”旋钮，使两个信号的水平中心轴重合、幅度尽量一致任务4-4-1示波器应用3）测量相位差（2）椭圆法调整示波器工作在“X–Y”方式下，将两个正弦信号分别加到示波器“X”、“Y”输入端，得到如下椭圆注意，Ax、Ay应与椭圆垂直方向、水平方向中心点相交任务4-4-1示波器应用4）测量频率测周法、李沙育图形法（适用于测正弦波频率）工作在“X–Y”方式时，如果将已知频率的正弦波和待测频率的正弦波加到“X”、“Y”输入端，可以得到李沙育图形，此时满足如下关系NH、HV分别是水平线、垂直线与李沙育图形的交点数【例4-4-3】如图4-4-4所示的李沙育图形，已知X信号频率为6MHz，问Y信号的频率是多少？解：NH=2、NV=6。得任务4-4-1示波器应用5）调幅系数（1）直线扫描法直线扫描法测量调幅系数时，将被测信号加到示波器输入端，调整示波器有关开关旋钮，得到如图调幅波波形，测出A、B格数，则调幅系数（2）梯形图法工作于X–Y方式，将调制信号、调幅波分别加至示波器X、Y轴输入端任务4-4-1示波器应用2.光标测量法定义：在数字示波器中，用手动光标、追踪光标或自动光标选定两个光标，由示波器直接给出两个光标之间的电压等被测量的方法。手动光标或自动光标测量电压时，出现的是由虚线构成的水平光标线（测电压时）和垂直光标线（测时间时）；追踪光标测量时，出现的是由两条正交的水平光标线和垂直光标线的交叉点，该交叉点始终与波形相交。1）手动光标测量任务4-4-1示波器应用2.光标测量法2）追踪光标测量任务4-4-1示波器应用2.光标测量法3）自动光标测量任务4-4-1示波器应用3.自动测量定义：在数字示波器中，利用测量菜单直接由示波器给出被测量的方法任务4-4-1示波器应用4-4-2示波器实例1.模拟示波器——Y-TEKTRONIX2261型双踪示波器1）性能指标任务4-4波形显示与测量实务1.模拟示波器——Y-TEKTRONIX2261型双踪示波器2）面板结构任务4-4-2示波器实例任务4-4-2示波器实例任务4-4-2示波器实例任务4-4-2示波器实例任务4-4-2示波器实例任务4-4-2示波器实例任务4-4-2示波器实例任务4-4-2示波器实例2.数字示波器——SDS1102CNL+型数字存储示波器1）性能指标任务4-4-2示波器实例2.数字示波器——SDS1102CNL+型数字存储示波器2）面板结构任务4-4-2示波器实例任务4-4-2示波器实例任务4-4-2示波器实例任务4-4-2示波器实例4-4-3示波器选用与注意事项1.示波器的选用1）根据被测信号特性选择合适的示波器①定性观察频率不高的一般的周期性信号，可选用普通示波器（Bw=5～60MHz）或简易示波器（Bw=100～500kHz）。②观察占空比很小的脉冲信号或非周期性信号，应选用具有触发扫描或单次扫描的宽带示波器（Bw＞60MHz）。③观察快速变化的非周期性信号，应选用高速示波器。④观察频率很高的周期性信号，应选用取样示波器。⑤观察低频缓慢变化的信号，可选用低频示波器或长余辉慢扫描示波器。⑥需要对两个信号进行比较时，应选用双踪示波器。⑦需要对两个以上信号比较时，则选用多踪示波器或多束示波器。⑧若要将波形存储起来，应选用数字示波器。任务4-4

波形显示与测量实务1.示波器的选用2）根据示波器性能指标选择合适的示波器①频带宽度和上升时间：一般要求频带宽度Bw≥3fmax(fmax为被测信号最高频率)；示波器上升时间tr≤try/3（try为被测信号上升时间）；否则，加以修正。②偏转因数：若要观测微弱信号，应选择较高偏转灵敏度（即V/div值较小）的示波器；反之，应选择V/div值较大的示波器。③输入阻抗：尽量选用高输入阻抗的示波器。④扫描速度：被测信号频率越高，所需示波器扫描速度越快；反之，扫描速度越慢。任务4-4-3示波器选用与注意事项2.使用注意事项①选择合适的电源，并注意机壳接地，用前预热。②经探极衰减后的输入信号不能超过示波器输入电压的允许范围，并注意防止触电。③根据需要，选择合适的输入耦合方式。④辉度要适中，不宜过亮，亮点不能长时间停留在同一点上。避免在阳光直射或明亮环境下使用示波器。⑤聚焦要合适，不宜太散或过细。⑥测量前要注意调节“轴线校正”，使水平刻度线与波形水平轴线平行。⑦尽量在荧光屏有效尺寸内测量。⑧探极要专用，用前要校正。注意正确使用探极衰减器。任务4-4-3示波器选用与注意事项2.使用注意事项⑨连接示波器与被测电路时，如果被测信号为几百kHz以下的连续信号，可用一般导线连接；若信号幅度较小，可以使用屏蔽线连接；测量脉冲信号或高频信号时，必须用高频同轴电缆连接。应尽量使用探极连接。⑩波形不稳定时，通常按“触发源”、“触发电平”、“触发耦合方式”、“触发方式”、“扫描速度”的顺序进行调节。如果仍不稳定，可反复调节上述旋钮或试验调节“偏转因数”等开关旋钮。⑪模拟示波器直接测量电压（或时间）时，偏转因数（V/div）“细调”（或时基因数（s/div）“细调”）旋钮务必置于“校准”位置；否则，将产生大的测量误差。任务4-4-3示波器选用与注意事项【思政教学】我国示波器技术革新成就示波器作为电子测量领域的“眼睛”，是捕捉电信号变化、保障电子设备研发与生产的核心仪器，其技术水平直接反映国家电子工业的发展高度。从建国初期的仿制起步到如今的自主创新领跑，我国科研工作者薪火相传、攻坚克难，在示波器研制、生产、性能等方面实现了从跟跑、并跑到部分领域领跑的历史性跨越，铸就了一系列振奋人心的成就。一、时代背景：需求牵引与攻坚破局的创新之路进入新时代，我国电子信息产业加速向高质量发展转型，5G/6G通信、人工智能、半导体芯片、量子信息等前沿领域的蓬勃发展，对示波器提出了更高带宽、更高采样率、更高精度、更智能交互的严苛需求。与此同时，国际科技竞争日趋白热化，高端示波器市场曾长期被泰克等国外品牌垄断，核心技术“卡脖子”、关键设备依赖进口等问题，严重制约了我国相关产业的自主发展。【思政教学】我国示波器技术革新成就一、时代背景：需求牵引与攻坚破局的创新之路面对国家战略需求与产业发展痛点，我国将高端电子测量仪器自主化纳入“十四五”规划重点任务，构建起“科研院所+骨干企业+高校”协同发力的创新生态。一代代科研工作者传承“两弹一星”精神与载人航天精神，以“功成不必在我，功成必定有我”的坚守，在示波器核心技术领域持续攻关，走出了一条“需求牵引、自主研发、产业赋能”的创新之路，为我国前沿科技突破与产业升级提供了坚实的测量支撑。【思政教学】我国示波器技术革新成就二、革新成就：从追赶到领跑的全方位跨越（一）性能突破：刷新核心指标，跻身国际先进行列示波器的核心性能指标集中体现在带宽、采样率与测量精度上，我国企业与科研机构持续突破技术极限，多项指标达到国际领先水平。在高带宽领域，中电科思仪成功研制出带宽高达1.1THz的太赫兹示波器，成为全球少数掌握该技术的企业之一，其带宽指标较此前国际主流产品提升30%以上，能够精准捕捉太赫兹频段的瞬态信号，为量子通信、半导体先进制程研发提供了关键测试手段。【思政教学】我国示波器技术革新成就（二）技术创新：核心突破与智能赋能双轮驱动我国示波器技术革新不仅体现在指标提升上，更在于核心技术的自主突破与创新应用。在核心器件领域，此前示波器关键的ADC（模数转换器）、高压探头等长期依赖进口，如今我国企业已实现自主研发量产。在智能技术融合方面，我国科研团队率先探索“AI+示波器”的创新路径，实现了技术换道超车。（三）产业发展：自主生态构建与全域服务赋能我国示波器产业已形成从核心器件研发、整机制造到下游应用服务的完整自主生态，实现了“自主可控、全域赋能”的发展格局。在生产制造方面，我国已建成多条自动化示波器生产线。在产业服务方面，国产示波器依托本地化优势，构建了高效的服务体系。【思政教学】我国示波器技术革新成就（四）应用拓展：跨界融合与前沿领域深度适配随着我国前沿科技领域的快速发展，示波器的应用场景不断拓展，国产示波器通过深度适配不同领域需求，实现了跨界赋能。在航空航天领域，中电科思仪研发的抗辐射示波器，可在极端温度、强辐射环境下稳定工作，成功应用于航天器姿控系统、卫星通信设备的地面测试与在轨监测，为我国载人航天、探月工程等重大项目提供了可靠保障。4-4-4综合实训1.模拟示波器的使用（1）实训目的了解模拟示波器的组成与工作原理，熟悉模拟示波器面板结构及其各种文字符号的功能与含义，学会任意波形函数信号发生器、数字毫伏表和模拟示波器的操作使用。（2）实训器材设备任意函数信号发生器、模拟示波器、数字交流毫伏表各一台，测试线若干。（3）实训内容①将示波器标准信号加到CH1、CH2信号输入端，分别对两通道无源探极进行补偿调整。任务4-4波形显示与测量实务1.模拟示波器的使用②自拟实训表格、实训内容与步骤，用毫伏表、示波器完成表所示测量任务，并将实训数据等如实填入实训表格中。任务4-4-4综合实训1.模拟示波器的使用（3）实训内容任务4-4-4综合实训1.模拟示波器的使用（4）思考题①如何对探极进行补偿调整？补偿的目的是什么？②示波器前面板上与Y通道有关的开关旋钮主要有哪些？③示波器前面板上与X通道有关的开关旋钮主要有哪些？④决定示波器显示波形起始点的开关旋钮有哪些？⑤单次扫描显示为什么显示波形一闪而过？⑥用示波器观察李沙育图形时，为什么图形不稳定？如何使之稳定？（5）实训报告要求①自拟实训表格、实训步骤，填写实训过程中全部真实数据。②总结写出模拟示波器功能与测量主要方法。③如实记录实训过程中出现的异常现象，并对现象进行分析说明。④回答思考题。任务4-4-4综合实训2.数字示波器的使用1（1）实训目的了解数字示波器的组成与工作原理，熟悉数字示波器面板结构及其各种文字符号的功能与含义，学会任意波形函数信号发生器、数字毫伏表和数字示波器的基本操作使用。（2）实训器材设备任意函数信号发生器、数字示波器、数字交流毫伏表各一台，测试线若干。（3）实训内容①将示波器标准信号加到CH1、CH2信号输入端，对两通道探极补偿调整。②自拟实训表格、实训内容与步骤，利用毫伏表、示波器刻度测量法完成表所示测量任务，并将实训数据如实填入实训表格中。任务4-4-4综合实训2.数字示波器的使用1（3）实训内容任务4-4-4综合实训2.数字示波器的使用1（3）实训内容任务4-4-4综合实训2.数字示波器的使用1（4）思考题①SDS1102CNL+型示波器触发方式、扫描方式有哪几种？②快速得到稳定波形的操作方法与步骤是怎样的？③数字示波器单次扫描显示波形为什么不是一闪而过而是一直保留在屏幕上？④如何利用示波器测量波形中的直流成分大小？（5）实训报告要求①按照实训要求自拟测量表格，并正确填写全部原始测量数据。②写出测量电压、周期的主要步骤。③及时记录实训过程中出现的现象，并对现象进行分析。④回答思考题。任务4-4-4综合实训3.数字示波器的使用2（1）实训目的熟悉示波器功能，掌握数字示波器面板结构及面板上各种图形符号等的含义，学会数字示波器光标测量法、自动测量法测量信号电压、频率、相位差。（2）实训器材设备任意函数信号发生器（如AFG1022型）、数字示波器（如SDS1102CNL+型）、数字交流毫伏表（如UT630型）各一台，测试线若干。（3）实训内容自拟实训表格、实训步骤，利用示波器光标法、自动测量法完成表4-4-6所示测量要求，并将测量数据填入实训表格中。任务4-4-4综合实训3.数字示波器的使用2（4）思考题①数字示波器光标测量法主要包括哪几种方法？各有什么特点？②数字示波器光标测量法与自动测量法的区别是什么？③所用示波器触发方式有哪几种？④如何实现两个信号叠加波形的显示？怎样测出叠加后波形的电压大小？（5）实训报告要求①按照实训要求自拟测量表格，并正确填写全部原始测量数据。②写出每一项测量的主要步骤。③及时记录实训过程中出现的现象，并对现象进行分析。④回答思考题。任务4-4-4综合实训课堂小结：任务4-4

波形显示与测量实务课堂小结：任务4-4

波形显示与测量实务任务4-4

波形显示与测量实务课后思考题：用刻度测量法测量