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1、示波器基本理论示波器基本理论培训教程培训教程目录目录8什么是示波器什么是示波器8波和波形波和波形8示波器技术的发展示波器技术的发展8示波器的主要指标及其选择指南示波器的主要指标及其选择指南什么是示波器什么是示波器8示波器是形象地显示信号随时间变化波形地仪器，是一种示波器是形象地显示信号随时间变化波形地仪器，是一种综合的信号特性测试仪，是电子测量仪器的基本种类。综合的信号特性测试仪，是电子测量仪器的基本种类。8示波器的用途：示波器的用途：0电压表，电流表，功率计电压表，电流表，功率计0频率计，相位计频率计，相位计0脉冲特性，阻尼振荡脉冲特性，阻尼振荡8示波器的应用：示波器的应用：0电子，电力，电
2、工电子，电力，电工0压力，振动，声，光，热，磁压力，振动，声，光，热，磁8以示波器为基础的仪器：以示波器为基础的仪器：0逻辑分析仪，时域反射仪，晶体管特性测试仪，心电图。逻辑分析仪，时域反射仪，晶体管特性测试仪，心电图。示波器概念示波器概念8示波器的主要功能是：精确地再现时间和电压幅度的函数示波器的主要功能是：精确地再现时间和电压幅度的函数波形。用它可以波形。用它可以即时即时地观察电压幅度相对时间的变化情况地观察电压幅度相对时间的变化情况，从而获得波形的质量信息，如幅度和频率，波形，不同，从而获得波形的质量信息，如幅度和频率，波形，不同波形的时间和相位的关系波形的时间和相位的关系8在概念上，模
3、拟示波器和数字示波器的测量的目标是相同在概念上，模拟示波器和数字示波器的测量的目标是相同的，而在实际结构上它们的内部采用的技术不同，所以它的，而在实际结构上它们的内部采用的技术不同，所以它们的表现形式并不相同。们的表现形式并不相同。8数字示波器的蓬勃发展与模拟示波器的逐渐消亡将成为历数字示波器的蓬勃发展与模拟示波器的逐渐消亡将成为历史的必然趋势。史的必然趋势。数字技术的发展赋予示波器更多波形捕获能力，更多的数学运数字技术的发展赋予示波器更多波形捕获能力，更多的数学运算功能，它可以是一台具有波形显示的功率计，可以进行波形参数分算功能，它可以是一台具有波形显示的功率计，可以进行波形参数分析，它还能
4、存储各种波形以及相关的信息析，它还能存储各种波形以及相关的信息示波器的组成示波器的组成8水平系统水平系统8垂直系统垂直系统8扫描系统扫描系统8触发系统触发系统8显示系统显示系统什么是波什么是波8随时间变化的模式称为波，声随时间变化的模式称为波，声波、脑电波、海浪、电压波形波、脑电波、海浪、电压波形都是波都是波8波形能够揭示信号的许多特性波形能够揭示信号的许多特性0当看到波形的高度变化，则表当看到波形的高度变化，则表示电压值在变化示电压值在变化0当看到的是平坦的水平线，则当看到的是平坦的水平线，则表示在一段时间内，信号没有表示在一段时间内，信号没有变化。变化。0平直斜线表示线性变化，电压平直斜线
5、表示线性变化，电压以恒定的斜率上升或下降。以恒定的斜率上升或下降。0波形中的尖角指示的是突然的波形中的尖角指示的是突然的变更变更波的类型波的类型8大多数波都属于如下类型：大多数波都属于如下类型：0正弦波正弦波0方波和矩形波方波和矩形波0三角波和锯齿波三角波和锯齿波0阶跃波和脉冲波阶跃波和脉冲波0噪声波噪声波 0复杂波复杂波8还有很多波是上述波形的组还有很多波是上述波形的组合合波的参数波的参数8周期周期8频率频率8正脉冲宽度正脉冲宽度8负脉冲宽度负脉冲宽度8上升时间上升时间8下降时间下降时间8幅度幅度8占空比占空比8占空比占空比8延迟延迟8相位相位8突发宽度突发宽度8峰峰- -峰值峰值8均值均值
6、8周期均值周期均值8高高 低值低值8最小值最小值8最大值最大值8过冲过冲8过冲过冲8均方值均方值8周期均方值周期均方值示波器的类型示波器的类型8模拟示波器模拟示波器8模拟数字混合示波器模拟数字混合示波器8数字示波器数字示波器8数字荧光示波器数字荧光示波器8取样示波器取样示波器0200400600800100012001993199319941994199519951996199619971997199819981999199920002000模拟示波器模拟示波器数字示波器数字示波器示波器示波器的典型的典型结构结构ARTDSODPO放大器放大器水平水平放大器放大器垂直垂直放大器放大器延迟线延迟线
7、触发触发放大器放大器多路多路分解器分解器采集信号采集信号存储器存储器uP显示显示存储器存储器A/D放大器放大器数字数字荧光器荧光器A/D uP模拟实时显示串行处理并行处理波形的捕获的比较波形的捕获的比较数字荧光数字荧光示波器示波器示波器的波形捕获率示波器的波形捕获率8波形捕获率也就是波形刷新率，已经成为考核一台示波器波形捕获率也就是波形刷新率，已经成为考核一台示波器的重要参数之一；的重要参数之一；8对于示波器来说，波形捕获率高，就能够组织更大数据量对于示波器来说，波形捕获率高，就能够组织更大数据量的波形质量信息，尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常信的波形质量信息，尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常
8、信号下的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。号下的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。为什么数字示波器产品不能够为什么数字示波器产品不能够8普通数字示波器的缺点普通数字示波器的缺点 0波形捕获率低波形捕获率低0由于数据不够，造成混跌由于数据不够，造成混跌02维数据显示不能表明事件发生频度维数据显示不能表明事件发生频度为什么模拟示波器产品不能够为什么模拟示波器产品不能够8模拟示波器的缺点模拟示波器的缺点0只有纯粹的视觉信息只有纯粹的视觉信息0闪烁，丢失闪烁，丢失0带宽不够带宽不够0只有边沿触发，无预触发只有边沿触发，无预触发 数学荧光示波器特点数学荧光示波器特点8将将ART和和DSO的定性和定量
9、性能合二为一，是一项可观的成就。的定性和定量性能合二为一，是一项可观的成就。8提供三维的信号信息，可用它解释信号的动态特性，包括信号瞬态变提供三维的信号信息，可用它解释信号的动态特性，包括信号瞬态变化情况和事件频率，可精确地显示复杂信号，如视频信号或数字波形化情况和事件频率，可精确地显示复杂信号，如视频信号或数字波形上的高速异常信号等。上的高速异常信号等。8DPO提供的信号数据远远多于提供的信号数据远远多于DSO，可确保看到所有信号细节，；可，可确保看到所有信号细节，；可防止出现数字混淆现象，并能够轻松地捕获偶发信号事件。防止出现数字混淆现象，并能够轻松地捕获偶发信号事件。示波器的刻度示波器的
10、刻度水平刻度水平刻度垂直刻度垂直刻度触发电平触发电平刻度格线刻度格线示波器的主要指标示波器的主要指标8示波器的带宽示波器的带宽8数字示波器的采样率数字示波器的采样率8示波器的触发和信号存储示波器的触发和信号存储8先进的先进的DPO技术技术选选 择择 示示 波波 器器 的的 带带 宽宽带宽是选择示波器的第一参数带宽是选择示波器的第一参数8示波器的结构决定了带宽的重要性：示波器的结构决定了带宽的重要性：0放大器的模拟带宽决定了示波器的带宽；放大器的模拟带宽决定了示波器的带宽； 放大器是信号进入示波器的大门，它的带宽决定了示波器的放大器是信号进入示波器的大门，它的带宽决定了示波器的带宽，示波器能请进
11、什么样的信号由这个大门来决定。带宽，示波器能请进什么样的信号由这个大门来决定。8数字示波器的带宽也是模拟带宽。数字示波器的带宽也是模拟带宽。带宽带宽8测量测量AC波形的仪表通常有某种最大频率，超过它，测量精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，这一频率就是仪表的带宽，它由仪器的幅频度就会下降，这一频率就是仪表的带宽，它由仪器的幅频特性决定。特性决定。定义：在幅频特性中，仪表的灵敏度下降定义：在幅频特性中，仪表的灵敏度下降3dB，此时的频率为仪，此时的频率为仪表的带宽。表的带宽。注：只能测量注：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
12、频带宽都加考虑。100%（0dB）71%（-3dB）仪表的带宽（仪表的带宽（BW） 只能测量只能测量低频交流的仪低频交流的仪表在处也下滑。表在处也下滑。幅频特性曲线幅频特性曲线选择示波器的带宽依据选择示波器的带宽依据8以谐波情况为核心选择示波器；以谐波情况为核心选择示波器；8以上升沿情况选择示波器；以上升沿情况选择示波器；谐波谐波除绝对的正弦波之外，周期波含的一切频率分量称谐波。谐波频率是基波频的整数倍。除绝对的正弦波之外，周期波含的一切频率分量称谐波。谐波频率是基波频的整数倍。周期波无论其波形如何都有谐波。周期波无论其波形如何都有谐波。周期波给定的频率为基波频率。周期波给定的频率为基波频率。
13、方波方波基波为正弦波基波为正弦波以方波为例以方波为例8方波是由基波与无数奇次谐波叠加所构成，包含的谐波越方波是由基波与无数奇次谐波叠加所构成，包含的谐波越多，波形越近似方波。多，波形越近似方波。0方波的质量根据包含的谐波次数，其近似程度有所不同。方波的质量根据包含的谐波次数，其近似程度有所不同。0每个谐波的幅度必须使波形成为方波所需要的恰当值。每个谐波的幅度必须使波形成为方波所需要的恰当值。0此外，谐波之间的相位关系也必须正确：此外，谐波之间的相位关系也必须正确：谐波以不等量延迟，即使谐波幅度正确，方波也会失真。谐波以不等量延迟，即使谐波幅度正确，方波也会失真。叠加叠加3次谐波次谐波 叠加叠加
14、5次谐波次谐波基波基波叠加叠加7次谐波次谐波 叠加叠加9次谐波次谐波方波方波由方波为例得知由方波为例得知8正弦波只有一个基波，仪表的带宽必须至少是波形的频率正弦波只有一个基波，仪表的带宽必须至少是波形的频率。8但是，在大多数情况下，这仅仅是最基本的，如果只是这但是，在大多数情况下，这仅仅是最基本的，如果只是这样，是不够精确的，甚至是错误的。样，是不够精确的，甚至是错误的。8要对波形进行准确的测量，对于非正弦波的波形，必须考要对波形进行准确的测量，对于非正弦波的波形，必须考虑其谐波。假如组成波形的主要谐波分量超出仪表的带宽虑其谐波。假如组成波形的主要谐波分量超出仪表的带宽，那么我们就不能精确地测
15、得波形的参数。，那么我们就不能精确地测得波形的参数。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形影响带宽对方波的影响带宽对方波的影响8带宽如何在时域影响波形。带宽如何在时域影响波形。0信号进入示波器首先是通过放大器，它是一个低通滤波器。信号进入示波器首先是通过放大器，它是一个低通滤波器。0放大器的带宽很宽（和基波比较），输出方波不表现失真。放大器的带宽很宽（和基波比较），输出方波不表现失真。0放大器的
16、带宽变窄，波形中的某些谐波不能通过，输出的方波发放大器的带宽变窄，波形中的某些谐波不能通过，输出的方波发生畸变，产生误差。生畸变，产生误差。0放大器带宽很窄，输出的几乎完全不像方波，由于缺少主要的谐放大器带宽很窄，输出的几乎完全不像方波，由于缺少主要的谐波分量，波形呈圆弧状。波分量，波形呈圆弧状。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波形的谐波与测量精度的关系波形的谐波与测量精度的关系波波 形形 重要谐波数（基波重要谐波数（基波10） 正弦波正弦波 无谐波分量无谐波分量 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脉冲波（占空比脉冲波（占空比10） 1:26注：列出的影响波形的谐波数是基波的倍数：注：列出的影响波形的谐波数是基波的倍数：9010上升时间测量上升时间测量*上升时间上升时间理想的方波和脉冲波的电压是有突然变化的波形，陡变有一定时间这取决于系统带宽及理想的方波和脉冲波的电压是有突然变化的波形，陡变有一定时间这取决于
