示波器基本理论培训-泰克

泰克科技（中国）有限公司泰克科技（中国）有限公司二○○七年十一月二日示波器基本理论培训教程泰克科技（中国）有限公司讲座内容测量知识基础示波器基本概念数字示波器数字实时示波器数字荧光示波器示波器的历史泰克科技（中国）有限公司在电路试验调试和电子设备安装调试以及检修排障中，常用的仪器有示波器、电压电流表、毫伏表、频率计、信号源和电源。用于完成对电路的静态和动态工作状态的测量。电源被测电路信号源电压电流表毫伏表示波器频率计电路测量仪器组合泰克科技（中国）有限公司测量•台式示波器•手持示波器•万用表•频率计激励•任意波形发生器•信号源•电源连接•有源，无源探头•差分探头•电流探头泰克的方案泰克科技（中国）有限公司5测量技术知识基础泰克科技（中国）有限公司VAVGVRMSV0－PVP－PTf＝1/T交流电的最简单形式是正弦波，其波形的电压可用有效值、零－峰值或峰－峰值来表示。•均方根值＝0.707V0-p•平均值＝0.637V0-p•巅峰因子波形的0-p值与RMS值之比称为巅峰因子。它是衡量波峰相对于RMS值有多高的量度。仪器中，它是重要的。具有很高巅峰因子的波形要求仪表能承受很高的峰值电压，而同时有能测量小得多的RMS值。•相位•交流电功率只要是使用电压和电流的RMS值测量AC功率和DC功率产生相同的效果。这就是使用RMS值的理由之一。它适用任何波形。对功率来说，RMS值是最有用的。交变信号泰克科技（中国）有限公司通常除正弦波外，还有其他电压和电流波形。其中的有效值和平均值（相对零－峰值）对每种波形是唯一的。如两种波形对相同电阻提供相同的功率，它们的有效值电压必然是相同的。Vp-pVRMSVAVG2Vo-p0.7070.6371.4142V0-pV0-pV0-p12V0-p1/2V0-p0.5771.732V0-p1/2V0-p20.318V0-pttTTTt正弦波方波三角波半正弦波脉冲波巅峰因子1/2V0－p2/πV0－p21/3V0-p31/πV0-pV0-pV0-p非正弦波泰克科技（中国）有限公司•除绝对的正弦波之外，周期波含的一切频率分量称谐波。谐波频率是原始频率或基频整数倍。•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。谐波泰克科技（中国）有限公司方波基波加3次谐波基波加5次谐波基波加7次谐波基波加9次谐波方波是由基波加无数奇次谐波所构成。包含的谐波越多，波形越近似方波。所以方波的质量根据包含的谐波次数，其近似程度有所不同。每个谐波的幅度必须使波形成为方波所需要的恰当值。此外，谐波之间的相位关系也必须正确，假使谐波以不等量延迟，即使谐波幅度正确，方波也会失真。基波为正弦波方波谐波泰克科技（中国）有限公司90％10％理想的方波和脉冲波的电压是突然变化的波形陡变有一定时间这取决于系统带宽及其他电路参数。波形从一种电压变至另一种电压的时间称为上升时间（上升时间通常在过渡的10％处至90％处测量。上升时间测量•测量仪表的带宽将影响脉冲和方波的上升时间上升时间和带宽的关系由下式决定：T上升＝0.35/BWBW=3dB带宽（单位Hz）•波形从最小值过渡到最大值越快，所含谐波就越多，波形所含的频率量也越高。•脉冲的宽度越窄，所含的重要谐波越多，波形所含的频率量越高。•仪表的上升时间应小于被测量信号波形的上升时间。•被测上升时间＝信号上升时间2＋测量仪表上升时间22*上升时间泰克科技（中国）有限公司测量AC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。定义为：在此频点，仪表的灵敏度下降3dB.100%odB71%-3dB仪表BW只能测量交流的仪表在低频处也下滑•为了精确地测量波形，仪器的带宽必须超过波形所含的带宽。•对于非正弦波的波形，必须考虑其谐波。假如谐波超出仪表的带宽将不能测得它对波形的影响。•只能测量AC电压的仪表，必须对高频和低频带宽都加考虑。*带宽泰克科技（中国）有限公司测量20MHz的方波在20MHz带宽示波器测试所显示的结果在200MHz带宽示波器测试所显示的结果示波器所显示的波形仪器带宽对测量波形影响*注：注意失真情况的波形，在实际的客户交往中给予解释。泰克科技（中国）有限公司低通滤波器高带宽时的输出中带宽时的输出低带宽时的输出输入输出带宽如何在时域影响波形，波形通过滤波器。•滤波器的带宽很宽（和基波比较），输出方波不表现失真•滤波器的带宽变窄，波形中的某些谐波不能通过，输出仍然像正弦波，但有某些不足，使得产生测量误差。•滤波器带宽很窄，几乎完全不像方波，由于缺少高次谐波波形呈圆弧状。•由于正弦波只有一个基波，仪表的带宽必须至少是波形的频率。带宽对方波的影响泰克科技（中国）有限公司波形的重要谐波和上升时间与测量精度的关系波形的重要谐波列出的影响波形的谐波数是基波的倍数：波形重要谐波数（基波10％）正弦波1:1方波1:9三角波1:3脉冲波（占空比50％）1:9脉冲波（占空比25％）1:14脉冲波（占空比10％）1:26（正弦波基波为：1）上升时间与测量精度仪表上升时间上升时间信号上升时间测量精度之比％1:141%2:122%3:112%4:15%5:12%7:11%10:10.5%泰克科技（中国）有限公司仪表的输入阻抗特性相差很大，通常可分为两类：高阻抗和系统阻抗•高阻抗输入高阻抗输入，可将负载影响减至最小，使被测电路至测量仪表的电压转移最大。仪表输入阻抗的典型值在10K－1M之间。•系统输入阻抗系统的全部输入、输出、电缆和负载具有相同的电阻阻抗，总能传送最大功率。对于射频，50欧姆是用得最多的通用阻抗。这一阻抗可易于保持，且不受分布电容影响。仪表的输入阻抗泰克科技（中国）有限公司16示波器基础知识泰克科技（中国）有限公司示波器的作用：精确地显示电压对时间的波形示波器基础泰克科技（中国）有限公司时间幅度示波器-显示波形示波器-显示波形泰克科技（中国）有限公司•示波器无疑是最通用和使用广泛的电子仪器•示波器的主要功能是精确的复现作为时间函数电压波形。确定量和波形质量的信息如幅度和频率，及波形的形状；比较两个不同波形并测量它们的时间和相位关系。•示波器不像电压表只提供幅度信息和不像频率计只提供频率时间的单维信息，它可以观察相对于时间的瞬时电压的两维信息。•在概念上，模拟示波器和数字示波器完成同样的测量，具有相同的功能，不过仪表内部采用的技术不同。•技术进步给予示波器更多的功能，特别是数字示波器的技术发展赋予示波器更多波形捕获力，来观察现实世界。由于数字示波器的数学运算功能，它可以是一台具有波形显示的电压表、电流表、FFT频率计、功率测量和波形参数分析的综合性仪表。示波器概念泰克科技（中国）有限公司垂直系统触发系统水平时基信道示波器为精确和稳定的显示信号的波形应具有的控制和操作系统：•垂直系统•时基（水平）系统•触发系统•显示模拟示波器泰克科技（中国）有限公司模拟示波器框图泰克科技（中国）有限公司•垂直系统对输入信号进行比例变换，其增益确定显示屏上的波形大小。•耦合：DC耦合时，DC信号和AC信号都能通过，AC耦合时只允许AC信号通过。接地，可确定零伏的位置。}DCAC{DC耦合显示的波形AC耦合显示的波形(a)(b)(c)DC电平3V2V－1V2V－1VAC耦合有可能出现不希望有的情形(C)垂直系统泰克科技（中国）有限公司•带宽限制器：使用带宽限制可以把通常带宽在100MHz以上的示波器的频带减小到20MHz的典型值。这样就降低了噪声电平和干扰，这对于进行高灵敏度的测量是非常有用的。•输入阻抗：高阻抗输入（1MΩ）的电阻和7至30pF相并联。，这足以满足多数场合的要求，因为它对多数电路的负载效应极小。50Ω输入阻抗：在50Ω系统中，电容效应是不怎样重要的，但产生较宽的测量带宽。50Ω输入阻抗的主要缺点是对许多电路是一个太小的负载电阻。（对于这种情况，常用低电容有源探头使电路负载最小，并有较宽的频带）。对于固有50Ω阻抗的系统，示波器输入阻抗为50Ω是最方便适宜的。•数学运算（相加、相减、积分、微分、FFT）•位置（控制扫线位置和确定地电平的位置）•动态范围（不失真的显示信号的最大幅值）•可变调节垂直系统泰克科技（中国）有限公司水平时基系统•时基折回时间一次扫描VVtt时间基线发生器水平信号垂直信号输入垂直放大斜波波形•为了描绘波形，必须要有水平和垂直两个方向的信息。示波器描绘的轨迹表明信号随时间的变化情况，因此其水平偏转必须与时间成正，示波器中控制水平偏转，即X轴的系统称时基。扫描速度以每格的秒数（S/秒）来度量•水平位置控制•可变时基•时基放大•双时基水平时基系统泰克科技（中国）有限公司垂直放大器显示屏基线发生器垂直放大器电子开关垂直信号水平信号输入1输入2垂直放大器CPU与显示垂直放大器输入1输入2A/DA/D存储器存储器时基电路模拟示波器与数字示波器在两通道捕获波形的差异（模拟示波器）（数字示波器）•当代模拟示波器至少有两个通道，可以同时显示两个波形有在双轨迹功能的模拟示波器，是具有同时起作用的两个电子枪的缘故；另一种方法是单束显示，通过电子开关在两个输入信号之间实现转换如果转换进行快，（对周期性重复信号）观察时不受什么影响，也不致影响大多数测量，但在进行波形时间和相位测量时存在转换误差。这种方法不适于数字示波器，因它受模数转换电路的局限。•绝大多数数字示波器每通道都具有相同数字采集相同和数字处理系统，所以数字示波器无需通过电子开关，就能精确的同时显示两个通道的波形和时间关系。扫描控制泰克科技（中国）有限公司通道1通道1两通道切换工作的波形切换方式•用切换方式开关，当波形在显示屏上出现时，开关快速地切换两个输入信号。•切换两个通道是很快进行的，所以看不出切换痕迹。•切换方式只适用于比两通道切换速度低得多的信号。•将切换方式用于高频信号（此时扫描速度很快）示波器上会出现明显的切换痕迹。见图•切换方式只适于低频信号的测量。切换方式泰克科技（中国）有限公司}}}}}}}12341234信道1信道2两通道交替工作的波形交替方式是对通道1波形作一次扫描，然后转到通道2，作另一次扫描。见图在快速扫描情况下，交替方式是很好的，因为更新率快，看到的是两个同时出现的波形。所以交替适于测量高频信号。用于低频波形（且用慢扫描），每一通道的扫描会变得显而宜见，就失去同时显示两通道的效果。潜在问题是即使同时出现两个波形，实际上测量它们时，是在两个不同时间点上进行的（两次不同的触发）。由于每次重复波形的同一周期，这是没有什么问题的，有些情况，需要真正地同时测量两个通道这就是问题。交替方式泰克科技（中国）有限公司放大器放大器A/DCPU和显示存储器电子开关垂直放大器CPU与显示垂直放大器输入1输入2A/DA/D存储器存储器时基电路输入1输入2CH1CH1CH2CH2•数字示波器与模拟示波器相比，由于采用的技术不同，在进行两个信号的捕获和显示时无需在两通道间使用电子开关进行转换。固数字示波器在对两个信号的定时和相位测量是没有误差的，特别是在高速对单次波形的捕获时优势更明显。见图a•在产品作出妥协采用两个通道共享一个数字化器的示波器(Fluok手持)，严重影响了产品的单次性能。为同时进行两通道的信号获取，模拟通道开关必须在两个数字化点之间转换所捕获的快速单次必须严重失真。见图b(a)(b)双数字化数字示波器的结构电子开关转换的单数字化结构数字示波器结构的差异扫描控制泰克科技（中国）有限公司•自动扫描没有输入信号时，自动模式将使时基以低频率自由运行，从而在屏幕上产生轨迹。这使得用户可以设置扫迹的垂直位置。如信号仅为直流的情况。•正常扫描时基必须受到触发才能产生扫迹，即没有信号就没有扫迹。对数字示波器，每触发一次保持一次波形，当信号停止后，数字示波器保持的是最后一次触发显示的波形。•单次扫描示波器对应触发信号只显示一次扫描，然后停止示波器。虽然模拟示波器都提供这一功能，模拟示波器技术的限制无法保持单击或瞬时信号，单次信号的显示将是短暂、闪烁、甚至观察不见。数字示波器具有存储和保持波