电子测量与仪器05

任务3-3电压测量实务复习提问：任务3-3电压测量实务复习提问：项目4波形测量与仪器新课引入：思考与讨论生活应用：“看见”电信号手机、电脑产生的电信号是什么样子的？我们如何才能“看见”它们的形状？技术对比：模拟与数字模拟示波器与数字示波器有何不同？它们在观察和分析信号时各有什么优势？原理探究：波形的绘制示波器屏幕上的波形是如何被精确绘制的？电子束在其中扮演了怎样的角色？

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【思政教学】

我国示波器发展历程与“两弹一星”时期的攻坚岁月一、时代召唤：“两弹一星”背景下的示波器研制使命20世纪50年代末至70年代初，在核武器、导弹、人造卫星的研制过程中，需要对复杂的电信号进行精准测量、实时监测与数据分析——从核爆模拟的脉冲信号捕捉，到导弹控制系统的波形校准，再到卫星通信链路的信号验证，示波器作为关键测量设备，其性能直接决定了工程研制的进度与精度。彼时，我国工业基础薄弱，电子测量仪器领域几乎一片空白，高端示波器完全依赖进口，且面临着国外的技术封锁与设备禁运。“没有先进的示波器，就没有精准的测量数据；没有精准的数据，‘两弹一星’就无从谈起”成为当时科研工作者的共识。面对国家战略需求的迫切召唤，一批怀揣报国之志的科学家毅然扛起重任，在缺乏图纸、缺少材料、没有先进实验条件的困境下，开启了示波器自主研制的艰难征程，以“为国铸器”的坚定信念，直面重重挑战。【思政教学】

我国示波器发展历程与“两弹一星”时期的攻坚岁月二、攻坚岁月：“两弹一星”时期示波器研制的光辉历程（一）白手起家，破解“有无”难题以王大珩、金展鹏等为代表的科学家们，从零开始钻研示波器原理，翻遍仅有的国外文献资料，手绘设计图纸，甚至拆卸进口报废仪器进行逆向分析。在物资匮乏的年代，科研团队克服了元器件短缺的致命难题——电阻、电容等基础元件需手工筛选、老化测试，电子管依赖国产替代型号反复调试，示波器的外壳则由木工师傅手工打造。中国科学院长春光机所、电子工业部第十研究所等科研单位协同发力，组建专项攻关小组，在简易的实验室里夜以继日地奋战。1960年，我国首款自主研制的示波器成功问世，打破了国外垄断，为“两弹一星”研制提供了急需的测量工具，实现了从“无”到“有”的历史性突破。【思政教学】

我国示波器发展历程与“两弹一星”时期的攻坚岁月（二）精准攻坚，适配特殊需求“两弹一星”研制涉及的信号环境极为复杂，既有核爆产生的瞬时强脉冲信号，也有导弹飞行过程中的高频微弱信号，对示波器的带宽、灵敏度、抗干扰能力等提出了远超常规的要求。每一项技术突破的背后，都是科研人员的呕心沥血。有的科学家为了监测一次试验的信号数据，在荒漠试验场坚守数周，忍受着极端天气的考验；有的工程师为了攻克一个技术难题，放弃与家人团聚的机会，扎根实验室日夜钻研；甚至有科研人员在长期高强度工作中积劳成疾，仍坚持奋战在攻关一线。正是这份“为国奉献”的执着，让我国在短时间内研制出多款适配“两弹一星”工程需求的专用示波器，为工程的顺利推进提供了坚实保障。【思政教学】

我国示波器发展历程与“两弹一星”时期的攻坚岁月（三）协同攻坚，构建初步生态“两弹一星”时期的示波器研制，开创了我国“产学研用”协同创新的先河。科研院所负责核心技术研发与设计，工厂承担元器件生产与整机装配，高校提供理论支撑与人才培养，形成了上下联动、协同作战的攻坚格局。为了保障元器件的供应，全国数十家工厂紧急转产，工人师傅们以“精益求精”的态度，手工打磨每一个零件，确保元器件的稳定性与可靠性；高校师生深入科研一线，参与理论计算与实验分析，为技术攻关注入新鲜血液。在协同攻坚过程中，科研团队坚持“边研制、边改进、边应用”的原则，将示波器直接投入试验现场进行实战检验，根据测试反馈及时优化设计。【思政教学】

我国示波器发展历程与“两弹一星”时期的攻坚岁月（三）协同攻坚，构建初步生态“两弹一星”时期的示波器研制，开创了我国“产学研用”协同创新的先河。科研院所负责核心技术研发与设计，工厂承担元器件生产与整机装配，高校提供理论支撑与人才培养，形成了上下联动、协同作战的攻坚格局。为了保障元器件的供应，全国数十家工厂紧急转产，工人师傅们以“精益求精”的态度，手工打磨每一个零件，确保元器件的稳定性与可靠性；高校师生深入科研一线，参与理论计算与实验分析，为技术攻关注入新鲜血液。在协同攻坚过程中，科研团队坚持“边研制、边改进、边应用”的原则，将示波器直接投入试验现场进行实战检验，根据测试反馈及时优化设计。任务4-1波形测量与仪器概述学习重点知识概要:功能与分类掌握示波器的核心功能，以及模拟示波器和数字示波器的主要分类依据和特点。基本组成结构了解示波器的基本硬件构成，包括探极、垂直通道、水平通道、触发系统等关键部分。CRT示波管原理掌握CRT的三大组成部分：电子枪、偏转系统、荧光屏的工作原理及其在波形显示中的作用。LCD显示技术了解TFT-LCD的基本结构和工作原理，理解其作为数字示波器显示终端的优势。任务4-1波形测量与仪器概述4-1-1波形测量仪器概述示波器时：借助CRT电子射线的偏转和荧光物质的余辉效应，或利用液晶显示器将电信号变换成可见图像，实现波形显示和对电压、周期、频率、时间、相位、调幅系数等的测量。图示仪时：是构成晶体管特性图示仪、扫频仪等的基础。1.示波器分类按照信号处理方式，分为模拟示波器、数字示波器任务4-1-1波形测量仪器概述1.示波器分类1）模拟示波器采用模拟电子技术、利用阴极射线示波管（CRT）显示波形，频率范围一般在1GHz以下。具有操作简单、价格低廉和以亮度区分信号出现频度的优点；无法存储波形、波形处理能力有限。任务4-1-1波形测量仪器概述1.示波器分类2）数字示波器采用数字技术的示波器，一般利用液晶显示器（LCD）显示波形。任务4-1-1波形测量仪器概述2.示波器基本组成1）模拟示波器探极、Y通道（垂直系统）、触发系统、X通道（水平系统）和CRT组成。有的将触发系统和X通道一同归并为X通道任务4-1-1波形测量仪器概述2.示波器基本组成2）数字示波器具有波形记忆存储功能，用来观测分析单次过程和非周期现象、低频信号和慢速信号，特别适合异地波形观测分析任务4-1波形测量与仪器概述4-1-2阴极射线示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏组成4-1-2阴极射线示波管1.电子枪发射聚焦良好的高速电子束。①灯丝F与阴极K：灯丝通电后对阴极加热产生游离电子。②控制栅极G：与阴极之间形成减速电场以筛选初速快、方向好的电子构成电子束。4-1-2阴极射线示波管1.电子枪③第一阳极A1、第二阳极A2：A1与控制栅极、A2形成加速电场，完成对电子束的筛选、加速和聚焦。④后加速阳极A3：对偏转后电子束加速，以在不降低偏转灵敏度的基础上提高电子束打在荧光屏上的亮点辉度。4-1-2阴极射线示波管2.偏转系统采用电场偏转方法分别控制电子束在X、Y方向上的偏转。扫描信号、被测信号经处理变换后得到的反相对称电压分别加到X、Y偏转板上时，使电子束产生在X、Y方向上的线性位移，确定亮点位置4-1-2阴极射线示波管2.偏转系统Sy——偏转灵敏度，单位为cm/V，Sy的倒数——偏转因数，单位为V/cm存在关系：y∝uy(t)∝ui(t)，即y∝ui(t)——线性偏转特性4-1-2阴极射线示波管2.偏转系统同理，ux(t)∝us(t)=>x∝t，即示波管和示波器在X方向上也具有线性偏转特性===>示波器能不失真地显示被测信号的波形在Y板上再叠加反向对称直流电压时，波形会整体上移或下移==垂直移位；同理，在X板上再叠加反向对称的直流电压时，波形会整体左移或右移==水平移位改变Ua会改变偏转灵敏度=>辅助聚焦电位器不可随意调整。Ua↓→偏转灵敏度↑；→电子束速度↓、到达荧光屏时间变长→电子束发散、亮度↓==>增加后加速阳极对电子束加速===先偏转后加速系统4-1-2阴极射线示波管3.荧光屏内壁涂的荧光物质受到高速电子束轰击时能将电子束动能变换为黄色、绿色、蓝色等荧光，并维持一定的时间==余辉效应。被测信号频率↓→宜选用余辉↑；反之，宜选用余辉↓。测量窗或显示窗，宽、高一般为10div、8div，1div＝0.8cm或1div＝1cm任务4-1波形测量与仪器概述4-1-3液晶显示器很多类型：TN-LCD（扭曲向列型）、STN-LCD（超扭曲向列型）、TFT-LCD等，比较常见的是TFT-LCDTFT-LCD即薄膜晶体管型LCD，借助于薄膜晶体管驱动有源矩阵LCD任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构分为NW型、NB型NW型不施加电压时，屏幕呈白色，两偏光片方向垂直，应用在计算机上NB型不施加电压时，屏幕呈黑色，两偏光片方向平行（如图），监视器上多用任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）2）偏光部分NB型偏光部分包括方向（缝隙）一致的两偏光片；NW型方向垂直任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）2）偏光部分（NB型）作用：过滤光线、使光偏振。只有特定方向的光才能透过偏光片成为偏振光，而其他方向的光都会被吸收掉第1偏光片（靠近背光源）：即起偏片（起偏器），背光源发出的自然光换成为方向与第1偏光片方向（缝隙）一致的线性偏振光（即起偏）；第2偏光片（靠近屏幕）：即检偏器，使与其方向一致或呈一定夹角的偏振光通过第二偏光片射向屏幕，而其他方向的偏振光则被阻隔吸收掉偏振光：是指光的振动方向被限定在某一特定平面内（或遵循特定规律分布）的光任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）3）液晶模组（1）配向膜构成：两配向膜沟槽相互垂直的作用：夹持液晶分子，并使之在无外部电场时的排列方向随沟槽方向而变化，即对液晶分子排列方向进行定向==》称为定向膜。任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）3）液晶模组（2）液晶无外部电场时，受液晶分子空间排列的影响，偏振光到达第二偏光片前光轴被扭曲90°，因其与第二偏光片方向垂直而不能通过第二偏光片，呈现黑屏液晶分子的旋光性：液晶分子因具有各向异性的棒状或板状结构，能使入射的线偏振光的振动方向发生旋转的特性。任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）（2）液晶外加电场时，在外加电场时的排列方向会倾向于与电场方向平行==》使液晶分子的排列产生与电场强度成比例的空间偏转==》到达彩色滤光片和第二偏光片的偏振光会产生角度变化，即利用电场对偏振光进行了调制任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）（2）液晶被调制后的偏振光（即已调偏振光）穿过第二偏光片后，屏幕呈现不同灰度（灰阶）的各种颜色。如果电场强度足够强，液晶分子的排列会与光束平行，所有偏振光都会穿过第二偏光片，呈现白屏。液晶分子的作用就是在外加电场作用下对偏振光进行调制，即在外加电压作用下，使偏振光产生相应的偏转。TFT-LCD是利用

液晶分子的旋光性，通过控制液晶分子的偏转角度（调节旋光程度），改变偏振光的透过与否，进而实现屏幕明暗和色彩的显示。任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）（3）TFT任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）（3）TFT起到对液晶分子施加外部电场的开关作用

导通时，RGB数字信号变换得到的外部电压经由TFT对液晶分子的等效电容（液晶电容）和存储电容充电==>在液晶分子两端建立电场，实现对偏振光的调制，最终在屏幕上呈现相应的颜色，其调制程度及像素颜色取决于RGB数字信号；截止时，两电容放电，液晶分子状态恢复并散热，屏幕颜色变暗乃至消失任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）（3）TFT起到对液晶分子施加外部电场的开关作用

导通时，RGB信号变换得到的外部电压经TFT对液晶电容和存储电容充电==>在液晶分子两端建立电场，实现对偏振光的调制==>屏幕上呈现相应的颜色，其调制程度及像素颜色取决于RGB数字信号；截止时，两电容放电，液晶分子状态恢复并散热，屏幕颜色变暗乃至消失任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）（4）电极分为像素电极、共通电极TFT矩阵内，同一列TFT源极S连接在一起，称为列信号线（或源极线、数据线）；同一行TFT栅极G连接在一起，称为行信号线（或控制线、栅极线、扫描线）。任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）（5）存储电容液晶电容很小，使得外加电压对其充电建立的电场强度很弱且维持时间很短==>液晶分子偏转不足且不能维持至下次像素更新（一般为60Hz）==》增加存储电容提升电场强度与维持时间=》保证屏幕稳定显示任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）（6）彩色滤光片液晶分子后的偏振光，经R、G、B彩色滤光片（三角形排列）滤光（即变色）变换成为灰度（灰阶、亮度）不同的R、G、B三基色，三基色混合即可得到千变万化的颜色。彩色TFT-LCD的像素单元通常由红、绿、蓝三个子像素构成，每个子像素均包含上述1套组件（1个TFT+1组液晶+1片单色滤光片+1个存储电容+1个像素电极）任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）（7）保护膜（8）黑色矩阵（9）间隔剂（10）玻璃基板（11）封框胶任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）4）驱动及控制电路作用：对像素电极和共通电极上电信号的相位、峰值、频率等进行调整与控制，以建立电场强度与像素数据相对应的电场=》使液晶分子产生相应的偏转实现对偏振光的调制，最终经彩色滤光片滤光、混合和偏光片过滤后得到各种不同颜色的像素。含逻辑控制电路、行驱动电路、列驱动电路、直流/直流变换器、逆变器等TFT的导通截止由行信号线（即控制线、栅极线）提供的时序决定。任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）2.TFT-LCD显示原理利用驱动及控制电路控制TFT通断，以及像素数据对液晶电容和存储电容的充电，使液晶分子产生与像素数据对应的偏转来实现对第一偏光片输出的偏振光的调制，再经彩色滤光片滤光和第二偏光片过滤，而在屏幕上得到各种不同颜色的像素，最终由色彩各异的众多像素构成图像。NB型TFT-LCD的显示流程如下：①背光模组为液晶层提供白光束。液晶分子的旋光性：液晶分子因具有各向异性的棒状或板状结构，能使入射的线偏振光的振动方向发生旋转的特性TFT-LCD工作原理：利用液晶分子的旋光性，通过控制液晶分子的偏转角度（调节旋光程度），改变偏振光的透过与否，进而实现屏幕明暗和色彩的显示任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）②第一偏光片对白光束进行透射或阻挡部分光线得到线性偏振光，即起偏。③在无外加电压时，配向膜使液晶分子按照配向膜沟槽方向成规则排列。因为两配向膜沟槽方向垂直，所以无外加电压时液晶分子被扭曲90°。④图像显示前，偏振光随液晶分子一同被扭曲90°，因偏振光偏振方向与第二偏光片方向垂直而不能透出第二偏光片，呈现黑屏。⑤图像显示时，逻辑控制电路通过控制TFT循环不断地逐行导通截止，控制像素数据变换得到的电压在TFT导通时对像素电容和存储电容充电，以及TFT截止时像素电容和存储电容放电，进而使整行像素重复不断地显示和消失，最终实现屏幕图像的正常显示。即任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）当一行内TFT导通时，由行内各个像素数据（RGB数字信号）变换得到的电压对行内各对应像素的液晶电容和存储电容充电，使液晶分子及偏振光产生与电压大小成比例的偏转，因偏振光偏振方向不再与第二偏光片垂直，进而使透过彩色滤光片的彩色偏振光透过第二偏光片而在屏幕上得到不同颜色的像素；因为每个像素数据不同，所以行内各个像素颜色也不同当行内各像素显示维持一定时间后，逻辑控制电路控制其行内所有TFT截止，像素电容、存储电容放电，无像素显示，此时第二行开始显示，……；直至最后一行，然后进入下一个循环。只要像素显示的间隔时间不超过人的视觉暂留时间，即可正常显示而无屏闪。任务4-1-3液晶显示器1.TFT-LCD基本结构（NB型）TFT的通断顺序、通断时长取决于逻辑控制电路输出的时序信号。⑥彩色滤光片与第二偏光片。经液晶分子调制后的偏振光经彩色滤光片滤光混合得到各种不同颜色的彩色偏振光，彩色偏振光再经第二偏光片后在屏幕上得到彩色像素。液晶分子的旋光性：液晶分子因具有各向异性的棒状或板状结构，能使入射的线偏振光的振动方向发生旋转的特性TFT-LCD工作原理：利用液晶分子的旋光性，通过控制液晶分子的偏转角度（调节旋光程度），改变偏振光的透过与否，进而实现屏幕明暗和色彩的显示任务4-1波形测量与仪器概述课堂小结：任务4-1波形测量与仪器概述课堂小结：任务4-1波形测量与仪器概述课堂小结：任务4-1波形测量与仪器概述课后思考题：模拟示波器与数字示波器的核心组成差异是什么？数字示波器的波形存储功能依赖哪个关键模块实现？CRT示波管采用“先偏转后加速”设计的核心目的是什么？偏转灵敏度与后加速阳极电压有何关系？TFT-LCD中存储电容的作用是什么？若存储电容失效，会导致屏幕显示出现什么问题？双踪示波器与双线示波器在显示多波形时的原理差异是什么？测量低频慢变信号时，应选择余辉长还是短的示波管？任务4-1波形测量与仪器概述课后思考题参考答案：一、1.核心组成差异模拟示波器：以模拟放大、时基、示波管为主，直接实时显示，无数字化处理。数字示波器：多了A/D采样、数据存储、微处理器模块，先数字化再处理显示。2.波形存储功能依赖数据存储器（波形存储器）模块实现波形存储二、1.核心目的：兼顾高偏转灵敏度与足够的屏面亮度。2.关系：后加速阳极电压越高，偏转灵敏度越低（成反比）。三、1.作用：维持像素电极电压稳定，防止电压泄漏，保证一帧画面亮度恒定。2.失效后果：像素电压快速跌落，显示闪烁、亮度不均、残影、暗斑。四、1.原理差异双线示波器：两个电子枪+两套偏转系统，两路波形同时发光显示。双踪示波器：一个电子枪，靠电子开关交替/断续切换两路信号，分时显示。2.低频慢变信号应选择长余辉示波管，防止波形闪烁、断续。任务4-1波形测量与仪器概述复习提问：任务4-1波形测量与仪器概述复习提问：任务4-1波形测量与仪器概述复习提问：

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4-2模拟式示波器新课引入：思考与讨论01生活应用思考我们如何“看到”声音、心跳等看不见的电信号？03原理探究思考电子束是如何在荧光屏上“画”出各种复杂波形的？02技术实现思考示波器屏幕上的稳定波形是如何形成的？为什么有时波形会跑动或模糊？任务4-2模拟式示波器学习重点知识概要：01.波形显示原理理解电子束在荧光屏上形成稳定波形的全过程，核心掌握同步条件。02.主要性能指标掌握频带宽度、时基因数、偏转因数等关键指标的含义与应用场景。03.Y通道组成与功能了解示波器垂直系统结构，重点掌握探极、衰减器、放大器等部分的作用。04.操作与应用理解触发源、扫描方式等开关旋钮功能，掌握触发源选择，为实际操作打下基础。任务4-1波形测量与仪器概述4-2-1波形显示原理与性能指标1.波形显示原理1）阴极射线示波管和示波器的特点①Y、X方向具有线性偏转特性②扫描信号us(t)与被测信号ui(t)对电子束作用时间始终相等=>us(t)正程等于ui(t)几个周期，就得到几个周期ui(t)的波形③荧光物质余辉时间有限=》须使电子束重复不断地从左到右轰击荧光物质（扫描），才能在荧光屏上得到持久可观测的波形被测信号、扫描信号必须是周期信号每次扫描的起始点必须是同相位的点==>ui(t)和us(t)须满足同步条件任务4-2-1波形显示原理与性能指标1.波形显示原理1）阴极射线示波管和示波器的特点④为了使CRT和示波器在X、Y方向上具备线性偏转特性，ui(t)和us(t)加到X、Y两偏转板之前必须变换成为反相对称的电压⑤扫描信号未叠加负的直流电压时，是自荧光屏中心点开始向右显示波形。==>为了能从荧光屏左侧开始显示波形，应在扫描信号上叠加一负的直流电压，亦即扫描信号电压实际上是从负值开始变为正值任务4-2-1波形显示原理与性能指标1.波形显示原理2）扫描过程与同步条件（1）扫描过程Ts：扫描正程，电子束自左向右匀速移动==扫描正程；显示波形，增辉Tb：扫描逆程，电子束自右向左移动至左侧==扫描逆程或扫描回程，以保证每次扫描都是从左侧开始扫描；回扫线，消隐Tw：扫描等待（或扫描休止），以保证每次扫描的起始点在荧光屏X方向上能重合，避免显示波形左右错位。等待线（休止线），消隐当扫描逆程时间和扫描等待时间均为零时，扫描信号为理想扫描信号。任务4-2-1波形显示原理与性能指标1.波形显示原理2）扫描过程与同步条件（1）扫描过程Ts：扫描正程，显示波形，增辉Tb：扫描逆程，回扫线，消隐Tw：扫描等待（或扫描休止），等待线（休止线），消隐任务4-2-1波形显示原理与性能指标1.波形显示原理2）扫描过程与同步条件（1）扫描过程任务4-2-1波形显示原理与性能指标1.波形显示原理2）扫描过程与同步条件（2）同步条件每次扫描的起始点须是被测周期性信号的同相位的点==>得到稳定被测信号波形必须满足同步条件：Tx=Ts+Tb+Tw=nTy（n为正整数），Tx—扫描信号周期；Ty—被测信号周期为了快速获得稳定波形，一般采用触发扫描方式来实现扫描信号与被测信号的同步。任务4-2-1波形显示原理与性能指标示波器波形显示原理总结①荧光物质余辉效应是将电信号变为光信号显示波形的物理基础②线性偏转特性是显示不失真波形、测量有关物理量的原理依据③扫描正程电压与时间呈正比的周期锯齿波，是显示波形水平方向不失真的必须条件④每对偏板上所加电压须是反相对称电压，保证线性偏转⑤被测信号、扫描信号必须是周期信号，且二者须满足同步条件，才能得到稳定波形⑥为了显示波形，扫描回程必不可少且应消隐。为了保证每次扫描得到的波形能够在荧光屏水平方向上重合，扫描等待亦必不可少且应消隐。任务4-2-1波形显示原理与性能指标2.主要性能指标1）频带宽度Bw和上升时间tr带宽度Bw=fH–fL≈fH选择示波器时，一般选择fH＞5fy，其中fy为被测信号频率。上升时间tr：显示理想脉冲信号时波形从幅度的10%上升到90%所需的时间tr↓→反应速度越快=>可测信号频率↑Bwtr≈0.35为了不产生明显的测量误差，通常要求tr≤try/3（try为被测信号上升时间）；否则，应按下式修正。任务4-2-1波形显示原理与性能指标2.主要性能指标2）时基因数电子束水平方向1格（div）代表的时间，单位为s/div（或t/div），倒数为扫描速度，单位为div/s。旋钮一般按1–2–5的顺序分成很多挡。时基因数“微调”旋钮、“扩展”开关；“微调”置于“校准”且后者置于“×1”位置时，时基因数的实际大小等于“时基因数”旋钮指示的数值。任务4-2-1波形显示原理与性能指标2.主要性能指标3）偏转因数电子束垂直方向1div代表的电压，单位为V/div。倒数为偏转灵敏度，单位为div/V。按1–2–5的顺序分成很多挡。“微调”旋钮置于“校准”时，偏转因数实际大小等于“偏转因数”旋钮指示的数值。4）输入阻抗ZiZi=输入电阻Ri//输入电容CiRi=（1±5%）MΩ，要求Ci随频带宽度的增加而减小，Ci通常约35pF。测量高频信号时应考虑输入电容的影响任务4-2-1波形显示原理与性能指标2.主要性能指标5）输入方式输入方式即输入耦合方式，一般有直流耦合（DC）、交流耦合（AC）和接地耦合（GND）三种方式。①直流耦合即直接耦合，将输入信号所有成分都加到示波器上。②交流耦合可隔离被测信号中的直流及缓慢变化分量、抑制工频干扰，便于测量高频及交流瞬变信号。③接地耦合时将示波器Y通道输入端短路。一般用于确定测量直流电压时零电平时基线的位置。任务4-2-1波形显示原理与性能指标6）触发源选择方式触发源=触发信号源，产生触发脉冲，有内触发源、外触发源和电源触发源。7）扫描方式即触发模式，是产生扫描信号的方式。最基本的扫描方式是触发扫描和连续扫描，包括自动、触发、单次扫描。任务4-2-1波形显示原理与性能指标7）扫描方式最基本的扫描方式是触发扫描和连续扫描，包括自动、触发、单次扫描。①触发扫描=常态扫描。有触发源输入时，由触发源触发产生扫描信号使示波器显示波形；当无触发源输入时，处于扫描准备状态，示波器黑屏。触发扫描是示波器优先采用的扫描方式②连续扫描：不管有无触发源，均可连续不断产生扫描信号③自动扫描（AUTO）：是能够自动变换的触发扫描和连续扫描的有机组合。当无触发源输入时，采用连续扫描；当有触发源输入时，采用触发扫描。操作者一般选用自动扫描方式任务4-2-1波形显示原理与性能指标7）扫描方式④单次扫描（SGL，Single）当按下“单次扫描”按钮时，扫描电路处于触发扫描准备（Ready）状态（“Ready”灯亮），如果此后有触发源到来，则产生一次触发扫描（即单次扫描）；否则，一直处于扫描准备状态。一次触发扫描结束后，不再产生触发扫描（“Ready”灯灭），示波器黑屏，除非再次按下“单次扫描”按钮。该方式通常用于观测非周期信号或者单次瞬变信号。任务4-2-1波形显示原理与性能指标课堂小结：任务4-2-1波形显示原理与性能指标课堂小结：任务4-2模拟式示波器4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）作用：把被测信号变换成为大小合适的反相对称信号后加到Y偏转板上，使显示的波形适于观测；向X通道提供内触发源；补偿X通道的时间延迟，以观测到诸如脉冲等信号的完整波形任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）1.输入电路1）探极作用：使显示波形不失真；还可提高示波器的输入阻抗，扩展示波器的电压量程分类：有源探极和无源探极有源探极具有良好的高频特性，入/出比为1:1，适于测试高频小信号，但需要示波器提供专用电源。无源探极的入/出比（输入/输出）有1:1、10:1和100:1三种。当探极入/出比为10:1或100:1时，被测电压值等于示波器测得电压的10倍或100倍。任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）1）探极无源探极结构：①补偿电容的位置有的在探针处、探极末端或校准盒内②调整补偿电容：将标准信号发生器输出方波加到探极上，用无感螺刀左右旋转补偿电容C，直到调出不失真的方波为止（正确补偿）③原则上，示波器的探极应专机专用。任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）2）输入耦合方式选择开关DC、AC单独使用，测交流电压DC与AC组合使用，测交流电压中直流分量DC与GND组合使用，测量直流电压3）衰减器一般为阻容衰减器改变衰减器及其衰减比可使显示波形的幅度得以调整=“偏转因数”旋钮满足R1C1=R2C2时，衰减比（uo/ui）=R2/(R1+R2)任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）4）阻抗变换器及倒相放大器阻抗变换器，利用其输出阻抗小输入阻抗大的特点，避免因为调节偏转因数而影响后级电路的放大倍数。倒相放大器使衰减器输出的单端信号变为反相对称的双端信号，以满足后级电路所需的双端输入信号，以克服前置放大器、输出放大器的零点漂移，并在Y偏转板之间建立均匀的线性偏转电场。任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）2.前置放大器作用：对输入电路的输出信号进行初步放大，以补偿延迟级对信号的损耗避免降低输出放大器输入信号信噪比；为X通道提供大小合适的内触发源，以得到稳定可靠的内触发脉冲倒相开关垂直移位任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）3.延迟级1）观测脉冲信号时扫描方式的选择连续扫描脉冲信号时，始终存在一条水平亮线=>对波形形状产生干扰、影响亮度难满足同步条件=>波形难以稳定。==>连续扫描不适合观测脉冲信号任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）3.延迟级1）观测脉冲信号时扫描方式的选择触发扫描时，扫描始终在脉冲同相位点处产生=>只要脉冲信号是周期性的==>稳定波形。扫描结束至下次扫描始终消隐=>不会出现水平亮线，==>宜选用触发扫描方式观测脉冲信号任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）3.延迟级2）延迟级的作用内触发扫描方式时，只有当被测信号达到一定的触发电平时，才能产生触发扫描被测信号从低电平开始上升到一定的触发电平均需经历一定的时间，使得扫描信号总是滞后于被测信号触发电平选择脉冲信号的低电平，现象和采用连续扫描方式相同==>触发电平只能选择脉冲信号的较高电平==>被测信号的前沿无法完整显示任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）3.延迟级2）延迟级的作用作用：将被测信号延迟后加到Y偏转板上，以使示波器X通道的扫描信号不再滞后，即补偿X通道的时间延迟目的：在荧光屏上得到脉冲信号等快速上升的被测信号的完整的波形延迟时间一般为60～200ns，通常取100ns左右任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）4.输出放大器对来自前级的信号进行放大，使电子束在Y方向上产生足够大的偏转，便于观测弱信号任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）课堂小结：任务4-2-1模拟示波器-1课后思考题模拟示波器显示稳定波形的核心同步条件是什么？若不满足该条件，波形会出现什么现象？Y通道中延迟级的核心作用是什么？为何观测脉冲信号时必须设置延迟级？示波器的DC、AC、GND三种输入耦合方式的核心区别是什么？测量含直流分量的高频交流信号时应选择哪种，为什么？触发扫描、连续扫描、单次扫描分别适用于什么类型的信号测量？观测单次瞬变信号时，为何优先选用单次扫描？任务4-2-1模拟示波器-1课后思考题参考答案：一、核心同步条件：扫描频率为被测信号频率的整数倍（fx=n·fs）。不满足时：波形左右跑动、不稳定、重叠模糊。二、延迟级核心作用：让扫描启动滞后于触发时刻，保证波形起始段完整显示。观测脉冲必须设置：防止丢失脉冲前沿，完整捕捉脉冲起始部分。三、1.核心区别：①DC：直通，同时显示交、直流成分；②AC：隔直，只显示交流成分；③GND：输入接地，显示零电平基准线。2.测量含直流的高频交流信号选DC，可同时保留并观测交、直流分量。四、1.适用信号：①触发扫描：周期、重复信号；②连续扫描：低频、连续信号；③单次扫描：单次、瞬态、非重复信号。2.优先单次扫描原因：仅一次触发捕获波形，不重复扫描，可完整保留、不丢失瞬变过程。任务4-2-1波形显示原理与性能指标复习提问：任务4-2-1波形显示原理与性能指标复习提问：任务4-2-2通用示波器Y通道（垂直系统）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4-2-3通用示波器X通道（水平系统）新课引入：思考与讨论01/波形展开示波器屏幕上的波形是如何在水平方向展开的？02/波形稳定为什么我们总能看到稳定不动的波形，而不是移动的？03/多波形观测当需要同时观察两个信号的时间关系或波形细节时，示波器是如何实现的？任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）学习重点知识概要：X通道组成与功能掌握通用示波器X通道的组成结构，理解各部分的核心功能及相关旋钮的作用。扫描信号产生过程深入理解锯齿波产生原理，掌握时基闸门、积分器、电压比较器和释抑电路的协同机制。触发与稳定显示掌握触发电路原理，理解如何通过调节触发电平、触发斜率等参数实现波形的稳定显示。多波形显示原理理解示波器实现多波形显示的方式，包括交替显示、断续显示和双扫描显示的工作原理。4-2-3通用示波器X通道（水平系统）作用：产生扫描信号；为Z通道提供增辉、消隐脉冲；提供双踪示波器交替显示时的控制信号等任务4-2模拟式示波器1.触发电路1）触发源作用：提供触发脉冲信号来源，有内触发、外触发、电源触发三种。双踪示波器内触发源又分为CH1、CH2任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）1.触发电路2）触发耦合方式作用：选择触发源中的哪种成分来产生触发脉冲。有DC、AC、AC低频抑制和AC高频抑制耦合等方式任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）3）触发电平及触发斜率（即触发极性）选择器（实为电压比较器）作用：选择合适稳定的触发点，以控制扫描起始时刻①触发电平即电压比较器的参考电平，选择触发源中电平与之相等的点产生触发脉冲。②触发斜率即触发极性，选择触发源上升沿或下降沿上与触发电平相等的点产生触发脉冲。位于上升沿的称为正极性触发，位于下降沿的称为负极性触发。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）4）触发放大及整形电路作用：对前级输出的触发脉冲进行放大整形，以得到稳定可靠、前沿陡峭的触发脉冲。前沿陡峭的触发脉冲可以使显示波形的起始点与由触发电平和触发极性确定的起始点（触发点）保持一致。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）5）触发方式示波器常见扫描方式主要包括触发扫描、自动扫描、连续扫描和单次扫描方式。最常用的是前两种方式，容易得到稳定的波形，适合观测周期信号波形。连续扫描通常在显示异常时使用，但因自动扫描具有连续扫描的功能，一般不再单独设置。单次扫描适合观测非周期信号波形。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）2.扫描电路（时基电路、扫描环）作用：产生符合要求的扫描信号，为Z通道提供增辉、消隐脉冲控制信号，为双踪示波器Y通道电子开关提供交替显示的控制信号。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）2.扫描电路（时基电路、扫描环）组成：时基闸门、积分器、电压比较器和释抑电路闭合呈环状任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）1）时基闸门（扫描门电路，一般为施密特触发器）作用：在触发脉冲作用下或在自激状态下产生时基闸门脉冲，用于控制积分器工作；时基闸门脉冲还通过射随器加到Z通道实现增辉消隐，以及加到双踪示波器Y通道电子开关作为交替显示的控制信号。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）1）时基闸门（扫描门电路，一般为施密特触发器）作用：在触发脉冲作用下或在自激状态下产生时基闸门脉冲，用于控制积分器工作；时基闸门脉冲还通过射随器加到Z通道实现增辉消隐，以及加到双踪示波器Y通道电子开关作为交替显示的控制信号。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）2）积分器（扫描信号发生器）时基闸门输出的闸门脉冲控制开关S的断开闭合。当S断开时，开始积分，产生扫描正程电压；当S闭合时，积分电容放电，进入扫描逆程。积分电容完全放完电时，进入扫描等待任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）时基闸门高电平→S断开→积分放电改变RC的值的旋钮=“时基因数（s/div）”旋钮3）电压比较器（扫描长度电路）扫描信号≥Ur→二极管导通→扫描信号经释抑电路反馈至时基闸门输入端使之开始上升，当上升至时基闸门上触发电平时时基闸门状态翻转，扫描正程结束进入扫描回程。改变Ur大小→改变时基闸门输入上升时刻→改变扫描正程时间→扫描长度随之改变任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）时基闸门输入上升4）释抑电路作用：使每次扫描显示波形的起始点在X方向上的位置都相同，以保证每次扫描得到的波形不错位。释抑电容Ch缓慢放电使时基闸门输入不是随积分电容放电迅速下降而是缓慢下降，从而抑制扫描回程未完全结束而产生的第二次扫描；Ch放完电或至很小时，触发产生第二次扫描，即对触发产生进行了释放任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）释抑电容开始放电4）释抑电路“稳定度”旋钮用于调节时基闸门输入信号的直流电平，改变触发灵敏度→扫描电路的工作稳定性任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）释抑电容开始放电扫描电路的工作过程：①时基闸门接收到触发电路输出的负极性触发脉冲→时基闸门脉冲由低电平变为高电平→积分器开始积分输出扫描信号，进入扫描正程。②扫描信号除送至X放大器外，还送给电压比较器。③扫描信号＞参考电压Ur→电压比较器导通→扫描信号经释抑电路反馈至时基闸门输入端→输入电平上升、扫描信号对Ch充电。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）扫描电路的工作过程：④时基闸门输入电平上升到上触发电平→时基闸门状态翻转→扫描正程结束、进入扫描回程，扫描信号迅速减小任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）扫描电路的工作过程：⑤扫描回程电压＜Ur→电压比较器断开→Ch经Rh缓慢放电，并反馈至时基闸门输入端→时基闸门输入电平不是迅速下降而是缓慢下降，直至释抑电容放电至很小或放完电=》抑制扫描回程未完全结束而产生的第二次扫描；Ch放完电或至很小，才可以产生第二次扫描。==》每次扫描起始点都从左侧同一位置开始==》避免波形左右错位。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）在扫描一次后通过手动“单次扫描”开关切断释抑电容的放电回路==》实现单次扫描；如果要进行下次扫描，只需按动一次开关接通释抑电容放电回路即可。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）叠加负电压改变时基闸门输入信号直流电平可以实现连续扫描，例如，图4-2-13中下拉至时基闸门下触发电平之下；或者将自激多谐振荡器产生的触发脉冲送至扫描电路，也可以实现连续扫描。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）3.X放大器作用：放大变换单端输入信号反相对称加在X板上，得到宽度合适的波形或图形。扫描方式时，X放大器的输入信号是扫描信号，得到的是波形；“X–Y”方式时，输入的是外加“X”信号，得到的是图形。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）3.X放大器“X–Y”方式时，示波器X偏转板上外加的“X”信号与Y偏转板上外加的“Y”信号是各自独立的，它们各自在X、Y偏转板间建立偏转电场对电子束共同作用而产生新的图形。“X–Y”方式时，两个正弦波得到的图形称为李沙育（李萨如）图形。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）3.X放大器开关旋钮：“水平移位”、“扫速扩展”、时基因数“微调”等开关旋钮。任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）X通道涉及的开关旋钮：任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）课堂小结：4-2-4示波器的多波形显示显示两个或两个以上不同信号的波形，或者显示同一信号波形的整体和局部1.双踪显示1）双踪显示原理任务4-2

模拟示波器1.双踪显示1）双踪显示原理Y电子开关工作状态（Y通道工作方式）：通道1、通道2、叠加、交替和断续五种工作状态交替和断续状态时的显示即双踪显示任务4-2-4示波器的多波形显示1）双踪显示原理①通道1：S1、2、7、8断开，S3、4、5、6闭合→只显示CH1信号②通道2：S3、4、5、6断开，S1、2、7、8闭合→只显示CH2信号③叠加（ADD）：S1、2、5、6断开，S3、4、7、8闭合→显示CH1、CH2叠加波形任务4-2-4示波器的多波形显示1）双踪显示原理④交替：S3、4、5、6和S1、2、7、8在时基闸门脉冲的控制下，每来一个扫描周期就变换一次断开或闭合的状态==》交替得到两个信号的波形交替显示适于观测高频信号：被测信号频率较低时→扫描周期延长→交替显示同一信号的间隔时间延长=>当间隔时间接近或超过视觉暂留时间时，波形产生闪烁任务4-2-4示波器的多波形显示1）双踪显示原理⑤断续：S3、4、5、6和S1、2、7、8在断续器（自激多谐振荡器）产生定频振荡信号控制下，轮流接通两个信号，断续显示每个被测信号的某一段断续显示适于观测低频信号：被测信号频率较高→水平扫速较快，但显示每一线段的时间相等（断续器定频）==》波形断续感明显，不便于波形观测任务4-2-4示波器的多波形显示2）双踪示波器的基本组成任务4-2-4示波器的多波形显示2.双扫描显示双扫描示波器即双时基示波器。有两套X通道，即扫速较慢的A扫描（主时基MTB）和扫速较快的B扫描（延迟时基DTB），A扫描信号是B扫描信号的触发源任务4-2-4示波器的多波形显示2.双扫描显示在X（水平）电子开关（即X通道变换器）的控制下，A、B扫描配合可以实现A扫描、B加亮A扫描、A延迟B扫描、自动交替扫描和混合扫描任务4-2-4示波器的多波形显示1）A扫描A扫描时只有A扫描电路（A触发和A扫描）工作，只显示波形的全部或局部任务4-2-4示波器的多波形显示2）B加亮A扫描A门打开、B门关闭，A扫描→X放大器、送入B电压比较器→触发脉冲→B时基闸门脉冲。A扫描＞Ur→B时基闸门脉冲→与A增辉脉冲合成→A扫描显示整个波形的同时局部被B增辉脉冲加亮任务4-2-4示波器的多波形显示2）B加亮A扫描B扫描滞后于A扫描，调整Ur可以改变其滞后时间，Ur称为延迟触发电平。调节“延迟触发电平”可改变加亮部分的起始点任务4-2-4示波器的多波形显示3）A延迟B扫描A门关、B门开，B扫描→X放大器、B增辉脉冲送出，显示与B扫描正程对应的波形局部B扫速较快=》波形细节被展开调整“延迟触发电平”调整局部波形起始位置任务4-2-4示波器的多波形显示4）自动交替扫描（自动双时基扫描）在X电子开关控制下，以A扫描周期为间隔，交替进行B加亮A扫描、A延迟B扫描在水平电子开关控制下，Y线分离器交替地使Y放大器的输出叠加极性或大小不同的直流电压，使显示波形的整体和局部能够在Y方向上分离开来。任务4-2-4示波器的多波形显示5）混合扫描与B加亮A扫描的区别：A、B扫描信号叠加后加至X放大器进行叠加。由于B扫描速度较快，使得被加亮的细节被展宽，但荧光屏上仅出现一个波形。任务4-2-4示波器的多波形显示与多波形显示有关的开关旋钮：任务4-2-4示波器的多波形显示任务4-2-4示波器的多波形显示课堂小结：任务4-2-4示波器的多波形显示课堂小结：任务4-2-2模拟示波器-2课后思考题示波器X通道中释抑电路的核心功能是什么？若释抑电路失效，波形会出现什么问题？双踪示波器的“交替显示”与“断续显示”原理有何不同？分别适用于什么频率范围的信号测量？触发电平与触发斜率（极性）的选择如何影响扫描起始时刻？测量脉冲信号的上升沿时，应选择哪种触发斜率？双扫描示波器中A扫描（主时基）与B扫描（延迟时基）的配合方式有哪些？B加亮A扫描的核心用途是什么？任务4-2-2模拟示波器-2课后思考题参考答案：一、1.核心功能：控制扫描恢复时间，防止复杂信号多次误触发，保证波形稳定同步。2.失效后果：波形不稳定、乱跳、多重触发、无法锁定。二、1.原理：交替：一帧扫一路、轮流显示，逐场交替；断续：同一扫描内快速切两路，逐点断续。2.适用：交替→高频信号；断续→低频信号。三、1.触发电平决定扫描起始电压点，触发斜率决定扫描从上升沿/下降沿启动。2.测量脉冲上升沿选“上升沿（正极性）触发”。四、1.配合方式：延迟扫描（B扫A）、B加亮A、组合扫描。2.B加亮A核心用途：在主扫描波形上高亮标记要放大的局部区域，快速定位波形细节。分享任务4-2-3通用示波器X通道（水平系统）复习提问：任务4-2-4示波器的多波形显示复习提问：任务4-2-4示波器的多波形显示复习提问：

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4-3数字示波器新课引入：思考与讨论01.核心差异模拟示波器和数字示波器有什么根本不同？02.存储原理为什么数字示波器能够“存储”波形，而模拟示波器不能？03.采样与频率如何用较低的采样率，观察到远高于采样率的高频信号？任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术学习重点知识概要：基本组成与流程了解数字示波器的核心架构，掌握信号从输入到显示的完整处理链路。关键采样技术深入解析实时采样与等效采样原理，理解不同场景下的采样策略。波形插值算法对比线性插值与正弦插值的特点，掌握波形重建的数学基础。核心性能指标重点掌握采样率、带宽和内存深度这三大衡量示波器性能的关键参数。触发方式掌握边沿触发、脉宽触发等常用触发方式，理解触发对稳定显示波形的重要性。任务4-3数字示波器4-3-1数字示波器的组成与部分技术1.数字示波器的一般组成1）早期数字示波器S1~S3—1，实时模式：同普通示波器S1~S3——2，存储模式：工作过程分为存储、显示两个阶段。存储阶段，被测信号→取样、量化、A/D变换器=》数字信号，地址计数脉冲选通存储器的存储地址→取样存储器显示阶段，数字信号从取样存储器中读出→D/A变换器=》模拟信号→Y放大器放大→Y偏板；读地址信号→D/A变换器=》阶梯波→X放大器放大→X偏板任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术1.数字示波器的一般组成2）现代数字示波器被测信号→衰减器与放大器→采样保持电路采样→A/D变换=》数字信号→存入高速缓存器临时存储。一段数据→高速缓存器后停止采样→取出缓存器中的数据→插值、分析和测量→显示在屏幕上任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术1.数字示波器的一般组成2）现代数字示波器为了提高波形处理和显示速度，提高测量速度，通常增加DSP、FPGA等配合CPU工作。由于受数字信号处理速度的制约，不能保证被测信号连续不断“实时”显示在屏幕上。两个相邻信号的波形间存在遗漏信息（“死区时间”或“静寂时间”）任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术2.采样技术（实时采样、等效采样）1）实时采样定义：在被测信号一个周期内一次性采集不少于被测信号成分中最高频率2倍的样点。采样率即单位时间内采集到的样点数量，单位为样点/秒（Sa/s或S/s）。例如，被测信号频率50Hz、等间隔实时采样采样率为1000Sa/s，则采样间隔为1ms、对被测信号连续两个周期实时采样所得40个样点的分布如图任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术2.采样技术（实时采样、等效采样）1）实时采样优点：可以快速实时采集样点、不易漏失信息，是示波器捕获快速信号、单次信号和瞬态信号的唯一方式。缺点：被测信号频率越高，对实时采样率、样点存储器的存储速度与存储容量的要求越高。任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术2.采样技术（实时采样、等效采样）2）等效采样分类：随机等效采样、顺序等效采样定义：在对周期性的被测信号进行采样时，不再按照采样定理在一个周期内采集很多个样点，而是在信号不同周期、不同波形位置采集样点，且每个周期至少采集3个样点，最后通过数学方法利用多个采样周期内的样点重建得到被测信号波形，即用低采样率捕获频率远远高于采样率的被测信号。任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术2.采样技术（实时采样、等效采样）2）等效采样举例：设采样周期内的采样间隔为2ms，则第一、二个采样周期内可分别采集到序号为奇数（1、3、5、……，19）、序号为偶数（22、24、26、……、40）的各10个样点，然后再按照下图顺序排列，仍可重建得到被测信号波形。推论：等效采样采样率（500Sa/s）等于实时采样率（1000Sa/s）的1/2任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术2.采样技术（实时采样、等效采样）2）等效采样优点：降低了实际采样率，减小了单位时间内的样点数，降低了对采样数据存储器速度和容量的要求缺点：被测信号必须是周期信号任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术2.采样技术（实时采样、等效采样）（1）随机等效采样定义：采样电路工作不受被测信号和触发信号的影响，由内部时序独立控制样点的采集而与触发无关，波形的重构则根据采样的时间差来进行。名称由来：每个样点的采集相对于触发是随机的，故称“随机”等效采样。任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术2.采样技术（实时采样、等效采样）（1）随机等效采样举例：每一轮采样都与被测信号及其触发点无关(△T1≠△T2≠△T3≠……≠△Tn)，即每一轮采样的开始与触发点间的时间差是随机的。在示波器上显示波形时，样点沿着波形随机出现(1→2→3→4→……→1→2→3→4→……)任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术2.采样技术（实时采样、等效采样）（1）随机等效采样性能特点：能够采集和显示触发点之前的样点，而无需外部预触发信号或延迟，是多数示波器采用的采样技术。任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术2.采样技术（实时采样、等效采样）（2）顺序等效采样定义：每轮采样的开始均需要在触发信号作用下进行采样，且每轮触发采样的起始时刻都比上一轮的采样滞后一很短的时间△T；该过程重复多次，直至一个周期内的被测信号波形被间隔△T的样点填满。在示波器上显示波形时，样点沿着波形从左到右顺序出现（1→2→3→4→……1→2→3→4→……）。任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术2.采样技术（实时采样、等效采样）（2）顺序等效采样优点：具有较高的分辨率（△T很小）缺点：在无触发时会出现无法采样的情况任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术2.采样技术（实时采样、等效采样）采样技术的分类及其性能特点总结任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术3.插值技术意义：为了重建得到良好的波形，数字示波器除了采用较高的采样率外，还必须对样点进行插值处理才能显示到屏幕上；否则，有可能造成视觉混乱，产生波形误判。定义：基于少量样点重建波形形状的一种数学处理方法分类：线性插值、正弦插值1）线性插值（即矢量插值，标记为“x”）定义：使用不同的直线段直接连接各个样点的技术任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术3.插值技术1）线性插值（即矢量插值，标记为“x”）优点：算法简单，运算速度快缺点：重建波形能力欠缺，仅局限于重建直边缘的信号波形，例如方波。技术要求：采样率高于被测信号成分中最高频率的10倍。任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术3.插值技术2）正弦插值（标记为“sinx”）定义：将各个样点用幅度和频率均可变的最佳正弦拟合曲线连接起来，较之线性插值通用性更强。优点：即使屏幕上每格的样点数较少也能得到和模拟示波器显示波形类似且自然平滑的重建波形技术要求：采样率高于被测信号成分中最高频率的2.5倍任务4-3-1数字示波器的组成与部分技术课堂小结：任务4-3数字示波器4-3-2数字示波器主要技术指标还包括频带宽度、采样率、内存深度、分辨率、触发方式等1.采样率定义：对输入信号进行采样的最高速率（即A/D变换最高速率），一般用每秒采样的次数来表示，单位为Sa/s（或S/s，样点/秒）。采样率↑→采样间隔时间↓→波形失真↓==》捕捉高频或快速信号的能力↑采样率↑、时基因数↑→存储器存储容量↑，但内存深度（最大存储容量）是有限的==》测量时的实际采样率随时基因数的增大而自动降低任务4-3-2数字示波器主要技术指标1.采样率采样率↑、时基因数↑→存储器存储容量↑，但内存深度（最大存储容量）是有限的==》测量时的实际采样率随时基因数的增大而自动降低实际采样率与时基因数的关系：最高采样率fSH等于最小时基因数时的实际采样率，例如，每格（div）50个样点（50Sa/div），最小时基因数（即最快扫速）为1ns/div时，最高采样率为50GSa/s（

）任务4-3-2数字示波器主要技术指标2.与采样率有关的两个带宽（含等效带宽、有效存储带宽）1）等效带宽定义：即示波器带宽，是数字示波器测量周期信号时的被测信号的频率范围。采用等效采样技术时，等效带宽可高达几十GHz，一般是普通示波器带宽的几~几十倍。如果采用实时采样技术，等效带宽将降低。2）有效存储带宽定义：即存储带宽或单次带宽，是在存储方式时测量单次信号（此时采用实时采样）能完整显示被测波形的带宽。有关因素：有效存储带宽BWS一般只与最高采样率和波形重组方法有关任务4-3-2数字示波器主要技术指标2.与采样率有关的两个带宽（含等效带宽、有效存储带宽）2）有效存储带宽经验式：为了精准地显示被测信号波形，一般取

为数字示波器有效存储带宽，其中fSH为最高采样率、BWS和fSH的单位为Sa/s（或S/s），波形重建技术因子k=4~10。有效存储带宽一般比等效带宽窄，性能指标中通常不予给出。任务4-3-2数字示波器主要技术指标3.内存深度定义：即存储深度、存储容量、存储长度或记录长度，==数据缓存器的容量，决定一次连续采样能采集到的最大样点数（通常为固定值），单位为pts。因为内存深度MS=实际采样率fS×波形时长（即波形记录时长）tS，所以内存深度决定了数字示波器在一次连续采样时所能记录波形的最长时间tS。例如，设示波器水平方向共有10div、MS为100Mpts，fS为0.5GSa/s时刚好能不失真地重现波形，则tS为200ms（

），即20ms/div（

）；如果MS改为1Mpts，则波形不失真时的tS为2ms（即0.2ms/div），此时若增大时基因数，会因实际采样率（

，MS为定值）降低而使波形产生失真。任务4-3-2数字示波器主要技术指标3.内存深度因为内存深度MS=实际采样率fS×波形时长（即波形记录时长）tS，所以内存深度决定了数字示波器在一次连续采样时所能记录波形的最长时间tS。内存深度越大，需要处理的数据量越大，波形更新速度越慢，存储波形所需时间越长，测量速度越慢。为了提高测量速度，有时会设置内存深度设置按钮（ACQ或acquire）用来改变内存深度，或在调整时基因数时自动调整所需的内存深度。任务4-3-2数字示波器主要技术指标4.分辨率（包括垂直分辨率（即电压分辨率）和水平分辨率（即时间分辨率）1）垂直分辨率定义：能够分辨和显示的最小电压变化取决因素：取决于A/D变换器对采样后量化值进行编码的位数表示：A/D变换器的位数（n位）（或

、百分数

）例如，若A/D变换器是8位，则分辨率为8位（或

、0.391%（

））；若满度输出（即量程）为10V，则电压分辨率约为39.1mV（

）。或用分级数（级/div）、V/级表示。若屏幕垂直方向共有8div（满量程=10V，即1.25V/div），因为A/D变换器是8位编码，共有28=256级，则垂直分辨率为32级/div（

）、39.1mV/级（

，分辨率为39.1mV）。任务4-3-2数字示波器主要技术指标4.分辨率（包括垂直分辨率（即电压分辨率）和水平分辨率（即时间分辨率）2）水平分辨率定义：能够正确分辨出的最小时间间隔。决定因素：由采样率和存储器深度决定，采样率越高水平分辨率越高。表示：通常以屏幕每格含多少个样点来表示。例如，内存深度为1024pts（即10位，=210），水平方向为10.24div时，水平分辨率为100Sa/div（

）。任务4-3-2数字示波器主要技术指标5.读/写速度定义：由存储器中读出和写入数据的速度表示：用读或写一个字节所用的时间表示任务4-3-2数字示波器主要技术指标课堂小结：任务4-3-2数字示波器主要技术指标6.触发方式1）边沿触发定义：当触发源的上升沿、下降沿或双沿（上升沿和下降沿）达到设定的触发电平时，示波器触发并显示波形。分类：上升沿、下降沿、双沿（上升沿和下降沿）三种双沿触发即在触发源的上升沿和下降沿都触发显示一般情况下选择正极性或负极性边沿触发任务4-3-2数字示波器主要技术指标6.触发方式2）脉宽触发定义：当触发源的脉宽达到某个条件时产生触发的方式。触发条件：脉宽范围、脉宽极性。脉宽范围是指示波器需要捕捉和显示的脉宽范围，有大于（＞）、小于（＜）、等于（＝）、大于小于（＞＜）等条件；脉宽极性是指示波器需要捕捉和显示的脉宽极性，有正脉宽和负脉宽之分。注意，此处的脉宽指的是脉宽两边沿与触发电平交点之间的时间差。任务4-3-2数字示波器主要技术指标6.触发方式2）脉宽触发脉宽范围是指示波器需要捕捉和显示的脉宽范围，有大于（＞）、小于（＜）、等于（＝）、大于小于（＞＜）等条件；脉宽极性是指示