示波器基础
示波器的基础学习知识原理和使用
示波器的原理和使用示波器是一种用途广泛的基本电子测量仪器，用它能观察电信号的波形、幅度和频率等电参数。
用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。
在实际应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。
【实验目的】1．了解示波器的基本结构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。
2．学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值以及频率。
3．学会使用示波器观察李萨如图并测频率。
图1-1 示波器结构图【实验原理】不论何种型号和规格的示波器都包括了如图1-1所示的几个基本组成部分：示波管（又称阴极射线管，cathode ray tube，简称CRT）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X放大）、扫描信号发生电路（锯齿波发生器）、自检标准信号发生电路（自检信号）、触发同步电路、电源等。
1．示波管的基本结构示波管的基本结构如图1-2所示。
主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，全都密封在玻璃壳体内，里面抽成高真空。
(1)电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。
灯丝通电后加热阴极。
阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。
控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。
它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。
示波器面板上的“辉度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了屏上的光斑亮度。
阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。
当控制栅极、第一阳极与第二阳极电位之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚集作用，所以，H-灯丝；K-阴极；G1，G2- 控制栅极；A1-第一阳极；A2-第二阳极；Y-竖直偏转板；X-水平偏转板图1-2 示波管结构图第一阳极也称聚集阳极。
第二阳极电位更高，又称加速阳极。
示波器基础培训资料
示波器基础培训资料一、什么是示波器示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。
简单来说，示波器就像是电子世界的“眼睛”，让我们能够“看到”电信号的样子。
二、示波器的基本原理示波器的核心原理是基于电子束在电场中的偏转。
当被测信号输入到示波器时，会经过一系列的处理和放大，然后控制电子束在荧光屏上的偏转位置。
由于信号是随时间变化的，所以电子束的偏转位置也会随之改变，从而在荧光屏上形成了反映信号变化的轨迹。
三、示波器的主要组成部分1、垂直系统垂直系统主要负责放大和处理输入的电信号，决定了示波器能够测量的电压范围和精度。
它包括输入耦合选择、衰减器、放大器等部分。
2、水平系统水平系统控制着电子束在水平方向上的扫描速度，也就是决定了示波器在时间轴上的分辨率。
它通常由时基发生器、扫描电路等组成。
3、触发系统触发系统的作用是在输入信号的特定条件下，启动水平扫描，从而使显示的波形稳定。
触发条件可以是信号的上升沿、下降沿、特定的电压值等。
4、显示系统显示系统就是我们看到的示波器屏幕，通常是荧光屏或者液晶显示屏。
四、示波器的类型1、模拟示波器模拟示波器直接显示输入信号的连续变化，具有实时性好、响应速度快的优点，但分辨率和精度相对较低。
2、数字示波器数字示波器先对输入信号进行采样和数字化处理，然后再显示出来。
它具有更高的分辨率、精度和存储能力，可以对信号进行分析和处理。
五、示波器的主要参数1、带宽带宽是示波器能够准确测量的信号频率范围，通常是指示波器能够显示的正弦波输入信号幅度衰减到－3dB 时的频率。
带宽越高，示波器能够测量的高频信号就越准确。
2、采样率采样率是指示波器每秒对输入信号采样的次数。
采样率越高，示波器对信号的还原就越准确，能够捕捉到更快速的信号变化。
3、存储深度存储深度决定了示波器能够存储的采样点数量。
存储深度越大，示波器能够记录的信号长度就越长，便于分析长时间的信号变化。
示波器基础
信號源上昇時間
示波器量測結果
Tr量測值 2 Tr信號 2 Tr探棒 2 Tr示波器 2 Tr信號 2 Tr系統 2 Tr量測值 Tr信號 2 Tr探棒 2 Tr示波器 2 Tr信號 2 Tr系統 2
取樣定律 ( Sampling Law )
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取樣率與擷取記憶體
舉例：
WS104Xs-A 的取樣率 5GS/sec，使用記憶點數 2Mpoints，則 5GS/sec可使用的時間範圍? 時間檔位是多少 ?
P R S 2M R 5Gs/sec 2M R 400us 5Gs/sec 400us Time/div 40 us 10
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示波器功能介紹
數位示波器功能簡圖
顯示信號 量測與分析
模拟信号
數位信號
儲存檔案 輸出資料
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基础概念
数位化的概念
电压数位化是指 ADC ( Analog to Digital Converter / 模拟数位转 換 ) 模拟电压转换成数位电压的概念就是將波形之电压数据化 假設，ADC的規格是2bits垂直解析度，表示22 = 2x2 = 4 假設，ADC的規格是3bits垂直解析度，表示23 = 2x2x2 = 8 假設，ADC的規格是8bits垂直解析度，表示28 = 256
width
其他參數量測 Misc
dur
first
last
points
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常用参数的定义
MAXIMUN TOP
示波器及探头使用
示波器及探头使用公司目前使用的示波器以数字示波器为主，分为两类，一类是福禄克（FLUKE）数字示波器，另一类是泰克（Tektronix ）,另外还有一台建伍（KENWO0D）模拟示波器。
示波器在生产和研发中都是非常重要的一种仪器，而且也是非常昂贵的一种仪器，所以正确使用示波器不仅能提高工作效率，也能减小对示波器的不合理损耗。
一、示波器基础知识♦什么叫示波器？示波器本质上是一种图形显示设备，它描绘电信号的图形曲线。
在大多数应用中，呈现的图形能够表明信号随时间的变化过程：垂直（Y）轴表示电压，水平（X）轴表示时间。
有时称亮度为Z轴。
这一简单的图形能够说明信号的许多特性，例如：信号的时间和电压值振荡信号的频率信号所代表电路的“变化部分” 信号的特定部分相对于其他部分的发生频率是否存在故障部件使信号产生失真信号的直流值（DC）和交流值（AC）信号的噪声值和噪声是否随时间变化。
♦波形测量频率和周期不断重复的信号具有频率特性。
频率的单位是赫兹（Hz）,表示一秒时间内信号重复的次数。
成为周期每秒。
重复信号也具有周期特性，即信号完成一个循环所需要的时间量。
周期和频率互为倒数关系，即1/ 周期等于频率，同理1/ 频率等于周期。
电压电压是电路两点间的电势能或信号强度。
有时把地线或零电压作为参考点。
如果测量的是波形从最高峰值到最低峰值的电压值，则称为电压的峰值- 峰值。
幅度幅度是指电路两点间电压量。
幅度通常指被测信号以地或零电压为参考时的最大电压。
其他有些示波器还提供了测量相位、占空比、延时、上升时间等的功能。
♦示波器的分类模拟示波器本质上，模拟示波器工作方式是直接测量信号电压，并通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。
示波器屏幕通常是阴极射线管（CRT。
电子束投到荧幕的某处，屏幕后面总会有明亮的荧光物质。
当电子束水平扫过显示器时，信号的电压是电子束发生上下偏转，跟踪波形直接反映到屏幕上。
在屏幕同一位置电子束投射频度越大，显示得也越亮。
示波器使用基础知识
示波器使用基础知识示波器（Oscilloscope）是一种用于观测和测量电信号波形的仪器，是电子实验室和工程师常用的工具之一、它能够显示电压随时间变化的波形图，并可以用于分析信号的频率、幅度、相位等特性。
本文将介绍示波器的基础知识，包括工作原理、种类、操作方法等内容。
一、示波器的工作原理示波器的工作原理基于信号的采样和显示。
当被测信号通过示波器的输入通道时，示波器会对信号进行采样，并将采样结果通过电子束扫描的方式显示在屏幕上，形成波形图。
示波器的核心部件是电子束管，它是一种真空管，内部包含有阴极、聚焦剂、水平和垂直偏转板等。
当示波器接收到信号后，会对电子束施加水平和垂直的偏转电压，使电子束在屏幕上形成波形图。
二、示波器的种类示波器根据使用范围、性能特点等因素可以分为不同的种类。
常见的示波器包括：1.模拟示波器：采用电子束管显示波形图，具有较高的输入动态范围和带宽，适用于高频、高速的信号测量。
2.数字示波器：采用数字方式对信号进行采样和处理，并通过液晶显示屏显示波形图。
数字示波器可以对波形进行数学运算、存储、触发等操作，适用于对信号进行更复杂的分析和处理。
3.存储示波器：能够将波形数据存储在内部存储器中，并可以通过接口输出到计算机进行进一步分析和处理。
4.扫描示波器：通过扫描方式显示多个信号的波形图，适用于多通道信号的观测和比较。
三、示波器的操作方法1.连接电源和信号源：示波器通常需要连接外部电源，并通过输入通道接收被测信号。
在连接信号源时，需要注意信号源的适配性和匹配阻抗。
2.调节水平和垂直控制：示波器的水平和垂直控制可以调节波形图的位置和大小。
水平控制可以调整波形图的水平偏移和触发位置，垂直控制可以调整波形图的幅度和灵敏度。
3.设置触发模式：示波器可以设置触发模式以稳定地显示波形图。
触发模式可以根据信号的上升沿、下降沿、脉冲宽度等进行设置。
4.进行波形显示和分析：根据需要可以选择采样率和时间基准进行波形显示。
SI测试系列课程之示波器基础和测试准备
示波器頻寬 v.s. 上升時間
上升时间(示波器) ≈ 0.35/带宽(示波器)
測量信號上升時間時，示波器頻寬將影響量測結果
待測信號 tr / 示波器 tr 1:1 上升時間量測誤差 41.4%
3:1 5:1 10:1
5.4% 2.0% 0.5%
采样
采樣：將模擬信號的連續軌跡，轉為等時間輸出的數字資料 采样率：示波器采集模块对信号每秒的采样点数。 采样率以 样点数/秒描述(S/s, kS/s, MS/s, GS/s)
1-1
1-2
1-5 1-3 1-4
示波器状态诊断
選擇示波器上功能表,按如下步骤操作：
Utilities(1-6) ->Instrument Diagnostics(1-7) ->Run(1-8) ->等至Diagnபைடு நூலகம்stic下所有状态出现”Pass”(1-9)
1-1 1-6
1-2 1-7
1-9 1-8
主要内容
➢ 示波器簡介 ➢ 探頭簡介 ➢ 示波器應用介紹 ➢ 測試注意事項 ➢ 示波器校準方法
探头的作用
探头是在示波器和测试点之间进行物理和电路连接 的设备
◼ 探头是连接示波器与信号的桥梁 ◼ 探头对于测量质量非常关键，示波器只能显示和测量探
头传送回来的信号 ◼ 探头是示波器测量链的第一 个链环，它的是否适当或优 劣决定整个测量链路的质量
示波器在SI验证中的作用
• SI（Signal Integrity），即信號完整性，定 義為信號在電路中能以正確時序和電壓作 出回應的能力。 • SI解决的是信号传输过程中的质量问题，尤 其是在高速领域，数字信号的传输不能只 考虑逻辑上的实现，物理实现中数字器件 开关行为的模拟效果往往成为设计成败的 关键。
示波器基础(一)——示波器基础知识之一
示波器基础（一）——示波器基础知识之一1．1 说明和功能我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。
普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测量读数。
而示波器则与共不同。
示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化，即波形。
示波器和电压表之间的主要区别是：1.电压表可以给出祥测信号的数值，这通常是有效值即RMS值。
但是电压表不能给出有关信号形状的信息。
有的电压表也能测量信号的峰值电压和频率。
然而，示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况。
2.电压表通常只能对一个信号进行测量，而示波器则能同时显示两个或多个信号。
显示系统示波器的显示器件是阴极射线管，缩写为CRT，见图1。
阴极射线管的基础是一个能产生电子的系统，称为电子枪。
电子枪向屏幕发射电子。
电子枪发射的电子经聚焦形成电子束，并打在屏幕中心的一点上。
屏幕的内表面涂有荧光物质，这样电子束打中的点就发出光来。
图1 阴极射线管图电子在从电子枪到屏幕的途中要经过偏转系统。
在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动。
偏转系统由水平（X）偏转板和垂直（Y）偏转板组成。
这种偏转方式称为静电偏转。
在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络，称为标尺。
标尺通常在垂直方向有8个，水平方向有10个，每个格为1cm。
有的标尺线又进一步分成小格，并且还有标明0％和100％的特别线。
这些特别的线和标明10％和90％的标尺配合使用以进行上升时间的测量。
我们后面会讨论这个问题。
如上所述，受到电子轰击后，CRT上的荧光物质就会发光。
当电子束移开后，荧光物质在一个短的时间内还会继续发光。
这个时间称为余辉时间。
余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化。
最常用的荧光物质是P31，其余辉时间小于一毫秒(ms).而荧光物质P7的余辉时间则较长，约为300ms，这对于观察较慢的信号非常有用。
P31材料发射绿光，而P7材料发光的颜色为黄绿色。
2024版示波器的基础操作初学者必看教程
示波器的基础操作初学者必看教程•示波器概述与基本原理•示波器基本结构与组成部分•示波器基本操作方法与步骤•典型信号测量实例分析目•示波器在电子实验和维修中应用举例•示波器使用注意事项和故障排除方法录01示波器概述与基本原理0102示波器定义示波器是一种电子测量仪器，用于显示和测量电信号的波形。
它能够将随时间变化的电压信号转换为可见的光信号，从而在屏幕上显示出波形的形状、幅度、频率和相位等信息。
示波器作用示波器在电子测量领域具有广泛的应用，主要用于以下几个方面信号波形的显示和观测通过示波器的屏幕，可以直观地观察信号波形的形状、幅度和频率等特征。
信号参数的测量示波器可以测量信号的幅度、频率、周期、相位等参数，为电子设备的调试和维修提供依据。
故障诊断通过观察信号波形的异常变化，可以判断电子设备是否存在故障，并定位故障点。
030405示波器定义及作用工作原理简介垂直系统示波器的垂直系统负责将输入信号进行放大和偏转，使其在屏幕上形成垂直方向的波形。
该系统包括输入耦合电路、衰减器、放大器和偏转板等部分。
水平系统水平系统控制信号在屏幕水平方向上的扫描速度和时间基准。
它主要由扫描发生器、触发电路和水平偏转板等组成。
扫描发生器产生与时间相关的扫描电压，触发电路则根据输入信号的特征控制扫描的起始点和稳定性。
显示系统显示系统负责将经过垂直和水平系统处理的信号转换为可见的光信号，并在屏幕上显示出来。
该系统包括示波管或液晶显示屏等显示器件，以及相应的驱动电路和亮度控制电路等。
模拟示波器采用模拟电路技术，具有较快的响应速度和较高的带宽。
它们通常使用示波管作为显示器件，能够提供较为直观的波形显示。
但是，模拟示波器的精度和稳定性相对较低，且功能较为单一。
模拟示波器数字示波器采用数字化技术，具有较高的精度、稳定性和灵活性。
它们使用高速模数转换器将输入信号转换为数字信号，然后通过数字信号处理技术对信号进行处理和分析。
数字示波器通常具有较大的存储深度和多种触发模式，能够实现复杂的波形分析和测量功能。
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段 #1000 时间标记 = 127 s 段 #2 时间标记 = 7.6 ms
段 #1 时间标记 = 0.0 s
例子: 例子 捕获的段数: 捕获的段数 1000 最后段的时间标记: 最后段的时间标记 127 秒 等效存储器深度: 等效存储器深度 500 MB
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IntuiLink 软件
网络服务器远地控制
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Agilent 示波器
Infiniium 系列
600MHz – 80GHz
Source: Prime Data 2008 Market Share Analysis
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多高带宽足够？ 高带宽足够？
• 相对上升时间的最高频率成分 • 经验计算公式： 经验计算公式： • 确定信号最快上升时间，tr
• 可能在通信标准中有所规定 • 10% 至 90% 阈值，还是 20% 至 80% 阈值？
多高带宽足够？ （续） 高带宽足够？
• 计算需要的示波器带宽 计算需要的示波器带宽: BWscope = 2 ∗ BWsignal (高斯频率响应示波器, <1GHz) BWscope = 1.4 ∗ BWsignal (平坦频率响应示波器, >1GHz) • 两个倍乘系数都产生约 3% 的测量误差
• 时间光标和电压光标 • 参数测量 – 上升时间, Vpp, 脉冲宽度等 – 测量统计 • 波形运算 – 加, 减, 积分, FFT 等 • 通过 / 失败模板测试 • 对特定应用的一致性测试 • RF 域矢量信号分析 (VSA) • FPGA 动态探测
通过 / 失败模板测试
对特定应用的一致性测试
500-MHz 示波器 (1 GSa/s vs 2 GSa/s vs. 4 GSa/s)
时钟， 输入 = 100 MHz 时钟，1ns 沿速度
1 GSa/s (SR = 2 x BW)
2 GSa/s (SR = 4 x BW)
4 GSa/s (SR = 8 x BW)
存储器的用途 存储器的用途
14 16 43 122 176 232 231 229 228 示波器存储器
系统带宽
• 探头是测量系统的组成部分 • 系统带宽包括示波器，探头和附件在内 系统带宽包括示波器， • 高阻抗无源探头 • 优点：耐用，电压范围宽，输入阻抗高，便宜， 通用性好 • 缺点: 有限的 600MHz 带宽，高输入电容和无阻尼附件（无规定指 标） • 高带宽有源探头 • 优点：高带宽（最高可达13GHz），低信号负载， 阻尼附件 （有规定指标） • 缺点：不耐用，电压范围小，价格贵
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等效（重复） 等效（重复）采样
第一次触发 第二次触发 第三次触发
• 只能用于重复性波形 • 多次采集实现高分辨率 • 采样率不是主要性能因素 • 最高分辨率由触发硬件决定
示波器基础
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议程
按用户需要选择正确的示波器 标志性指标:
• 带宽 • 采样率 • 存储器深度 • 通道数
其它重要因素：
• 探头 • 更新率 • 显示质量 • 触发 • 测量⁄分析 • 连通性
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三种采样技术
• 等效采样（或随机重复采样） 等效采样（或随机重复采样） • 实时采样（或单次采样） 实时采样（或单次采样） • 顺序采样（另一种重复采样） 顺序采样 另一种重复采样） 采样（
例 #2: 更新率 = 100,000 波形 / 秒
毛刺捕获概率 = 0.66% （ 观察 5 秒）
毛刺捕获概率 = 99.1% （观察 5 秒）
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分段存储 —— 聪明地使用存储器
4 GSa/s 800 MSa/s 100 MSa/s
1 MSa/s
以1ms/div为例 为例Page 13Oscilloscopes Basics Agilent Confidential October 15, 2009
深存储器的潜在缺陷
显示波形
示波器死区时间
显示波形
• 减慢波形更新率（即采集速率） 减慢波形更新率（即采集速率） • 增加采集间的死区时间 增加采集间的死区时间 • 丢失死区时间内的毛刺和异常信号 • 减慢对用户输入的响应
触发 — 使用软件限定 InfiniiScan
• 应用软件每秒扫描数千个采集波形 • 隔离异常信号行为 • 捕获基于硬件解决方案不 能发现的异常
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串行触发和解码
Agilent 示波器的触发模式和解码为串行总线协议提 供即时和更深入的洞察 今天的大多数设计都包括串行 总线通信，如： • • • • • • • • • •
输出
并行 并行 模拟
滤波器
模拟
模拟
SPI In I2C 数据
控制 面板 FPGA
SPI Out SPI Clk
PHY IC
USB
I2C 时钟
存储器
DDR Ctrl, Add, Data
LVDS 内部FPGA信号 信号 内部
捕获、显示、测量、 捕获、显示、测量、分析和验证遍及 DUT 的信号
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保存和建立文档
建立文档通过: • USB 闪存盘 • 基于PC的IntuiLink 软件 (通过 USB, LAN, 或 GPIB) • PC 网络服务器 ( 从任何网络浏览器通过 局域网) • LAN 或 USB 打印机 保存 / 传送 • 图像: BMP, TIF, PNG 等格式 • 波形数据: CSV, ASCII, BIN 等格式 • 示波器设置 • 测量 / 分析结果
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混合信号示波器 (MSO)
• MSO 捕获和显示足够数量的模拟通道和数字通道 • 2 个或 4 个示波器通道与 16 个数字定时通道的时间相关显示
• 完全的示波器功能，易于使用 完全的示波器功能， • MSO 把示波器的全部测量能力 与逻辑分析仪及串行协议分析仪 的部分能力组合到一起
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I 2C SPI RS-232/UART I 2S CAN LIN FlexRay USB MIL-STD 1553 PCI Express
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测量和分析
智能洞察并非只是波形捕获和显示
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触发
触发同步采集和显示输入信号的特定波形部分 基本示波器触发 • 沿（如 CH1 上升沿） 上升沿） 中级示波器触发 • 脉冲宽度（如：CH1 = 高 < 30 ns） 脉冲宽度（ ） • 跨模拟输入码型（如：HXXH） 跨模拟输入码型（ ） 高级示波器触发 • 跨数字和模拟输入的码型 • 码型持续时间（如：HHLH LHHL > 1 µs） 码型持续时间（ ） • 码型序列（如：找到“A”，然后“B”） 码型序列（ 找到“ ，然后“ ） • 串行总线（如：SPI 数据 = 1001 0011） 串行总线（ ）
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快波形更新率
• MegaZoom 技术 -- Agilent 用带有定制 ASIC 硬件处理的深存储 器解决了更新率问题
例 #1: 更新率 = 100 波形 / 秒
•无毛刺 无毛刺 •毛刺 毛刺
实时（单次） 实时（单次）采样
• 适用于重复波形和单次波形 • 从一次触发事件得到所有样本 • Sin(x)/x 数字滤波精确重构数字波形形状 • 采样率必须 >= 4X BWscope
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DCA-J Series
自 1997 年以来增长最快的示波器公司
9000 系列
90000 系列
经济型示波器
20MHz – 200MHz
手持式 USB
InfiniiVision 系列
100MHz – 1GHz
1000 系列 U2700 系列 U1600A 系列 5000 系列 6000/6000L 系列
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