2021泰克数字示波器课件.ppt

了解数字示波器，了解泰克 2 了解数字示波器 ? 数字示波器与模拟示波器的区别 ? 带宽、采样率和存储长度的正确理解 3 示波器的组成 ? 水平系统 ? 垂直系统 ? 扫描系统 ? 触发系统 ? 显示系统 4 示波器 的典型 结构 ART DSO DPO 放大器 水平 放大器 垂直 放大器 延迟线 触发 放大器 多路 分解器 采集信号 存储器 uP 显示 存储器 A/D 放大器 数字 荧光器 A/D uP 模拟实时 显示 串行 处理 并行 处理 5 数字荧光技术提高波形捕获率 模拟 示波器 数字荧光 示波器 数字存储 示波器 6 放大器的带宽 ? 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，它由仪器的幅频特性决定。 定义：在幅频特性中，仪表的灵敏度下降 3dB ，此时的频率为仪表的带宽， 也就是仪表的 标称带宽 。 注：只能测量 AC 电压的仪表，必须对高频和低频带宽都加考虑。 100% （ 0dB ） 71% （ -3dB ） 仪表的带宽（ BW ） 只能测量低 频交流的仪表在 此处也下滑。 幅频特性曲线 7 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。 周期波无论其波形如何都有谐波。 周期波的频率为基波频率。 方波 基波为正弦波 8 以方波为例 ? 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。 – 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： 谐波以不等量延迟，即使谐波幅度正确，方波也会失真。 叠加 3 次谐波 叠加 5 次谐波 基波 叠加 7 次谐波 叠加 9 次谐波 方波 9 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 仪器带宽对测量重复性波形的影响 10 带宽对方波的影响 ? 带宽如何在时域影响波形。 – 信号进入示波器首先是通过放大器，它是一个低通滤波器。 – 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。 – 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。 输入 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 输出 11 正弦波谐波分量 方波谐波分量 100% 70.7%,-3db BW BW 100% 70.7%,-3db 从波形谐波组成的角度考虑 注意：示波器带宽与被测信号频率一样时，会对波形幅度和上升时间产生影 响，带来测量误差，为了减少测量误差只能针对不同的波形提高延伸示波器 带宽。其目的是使波形的高频分量引进到示波器。 12 波形的谐波与测量精度的关系 波 形 重要谐波数（基波 10 ％） 正弦波 无谐波分量 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 注：列出的影响波形的谐波数是基波的倍数： 13 90 ％ 10 ％ 上升时间测量 * 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 ％至 90 ％处 14 ? 探头也是仪器，它和示波器共同组成测量系统。这一系统带宽将影响被测信号如正弦 波、脉冲和方波的幅度和上升时间的测量精度，如果探头选择不当，你将无法预知测 量结果的风险。探头和示波器上升时间和带宽的关系由下式决定： 探头、示波器 T 上升 ＝ 0.35/BW （适合于 1G 以下示波器） BW= 带宽（－ 3dB 时的频率）（单位 Hz ） 仪器测量系统上升时间＝ 探头上升时间 2 ＋测量仪表上升时间 2 ? 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： 测量所得的上升时间＝ 信号上升时间 2 ＋测量系统上升时间 2 ? 探头的上升时间应快于示波器的上升时间（泰克非常精细的匹配示波器的系统带宽） ? 仪表的上升时间应小于被测量信号波形的上升时间。 ? 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。 上升延同带宽的关系 15 ? 例：使用 100Mhz 探头和 100Mhz 示波器组成测量系统，测量上升时间为 3.5ns 的方波信号，系统带宽为多少？测量误差是多少？ – 系统上升时间＝ 3.5ns 2 ＋ 3.5ns 2 ＝ 4.95ns ， 系统带宽＝ 0.35/4