数字示波器基础知识
数字示波器及其简单原理图

数字示波器及其简单原理图数字示波器可以分为数字存储示波器(DSOs)、数字荧光示波器(DPOs)、混合信号示波器(MSOs)和采样示波器。
数字式存储示波器与传统的模拟示波器相比,其利用数字电路和微处理器来增强对信号的处理能力、显示能力以及模拟示波器没有的存储能力。
数字示波器的基本工作原理如上图所示当信号通过垂直输入衰减和放大器后,到达模-数转换器(ADC)。
ADC将模拟输入信号的电平转换成数字量,并将其放到存贮器中。
存储该值得速度由触发电路和石英晶振时基信号来决定。
数字处理器可以在固定的时间间隔内进行离散信号的幅值采样。
接下来,数字示波器的微处理器将存储的信号读出并同时对其进行数字信号处理,并将处理过的信号送到数—模转换器(DAC),然后DAC的输出信号去驱动垂直偏转放大器.DAC也需要一个数字信号存储的时钟,并用此驱动水平偏转放大器。
与模拟示波器类似的,在垂直放大器和水平放大器两个信号的共同驱动下,完成待测波形的测量结果显示。
数字存储示波器显示的是上一次触发后采集的存储在示波器内存中的波形,这种示波器不能实时显示波形信息。
其他几种数字示波器的特点,请参考相关书籍。
Agilent DSO-X 2002A 型数字示波器面板介绍该示波器有两个输入通道CH1和CH2,可同时观测两路输入波形。
选择通道1时,示波器仅显示通道1的信号。
选择通道2时,示波器仅显示通道2的信号。
选择双通道时,示波器同时显示通道1信号和通道2信号。
荧光屏(液晶屏幕)是显示部分。
屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线,指示出信号波形的电压和时间之间的关系。
操作面板上的各个按钮按下后,相应参数设置会显示在荧光屏上.开机后,荧光屏显示如下:测试信号时,首先要将示波器的地(示波器探笔的黑夹子)与被测电路的地连接在一起。
根据输入通道的选择,将示波器探头接触被测点(信号端).按下Auto Scale,示波器会自动将扫描到的信号显示在荧光屏上。
示波器探头基础知识

示波器探头基础知识示波器探头原理---示波器探头工作原理示波器探头不仅仅是把测试信号判定以示波器输入端的一段导线,而且是测量系统的重要组成部分。
探头有很多种类型号各有其特性,以适应各种不同的专门工作的需要,其中一类称为有源探头,探头内包含有源电子元件可以提供放大能力,不含有源元件的探头称为无源探头,其中只包含无源元件如电阻和电容。
这种探头通常对输入信号进行衰减。
我们将首先集中讨论通用无源探头,说明共主要技术指标以及探头对被测电路和被测信号的影响,接着简单介绍几种专用探头及其附近。
屏蔽示波器探头的一个重要任务是确保只有希望观测的信号才在示波器上出现,如果我们仅仅使用一普通导线来代替探头,那么它的作用就好象是一根天线,可以从无线电台、荧光灯,电机、50或60Hz的电源的交流声甚至当地业余无线电爱好者那里接收到很多不希望的干扰信号,这类噪声甚至还能注入到被测电路中去所以我们首先需要的是屏蔽的电缆,示波器探头的屏蔽电缆通过探头尖端的接地线和被测电路连接,从而保证了很好的屏蔽。
一.探头构造图:4. 一个探头,就算它只是简单的一条电线,它也可能是一个很复杂的电路。
a)对于DC 信号( 0 Hz 频率),探头作为一对导线与一系列电阻,就向一个终端电阻一样。
b) AC 信号的特性变化是因为:电线具有分布电感(L),电线具有分布电容(C)。
分布电感反作用于AC信号,在信号频率增加时,阻止AC信号通过。
分布电容反作用于AC信号,在信号频率增加时,减小 AC信号电流通过的阻抗。
这些反作用元件(L 和 C )的交互作用,与电阻元件(R)一起,成为随信号频率不同而变化的探头阻抗。
示波器选型(探头技术指标参数的意义)自从示波器问世以来,它一直是最重要,最常见的电子测试仪器之一,由于电子技术的发展,示波器的功能在不断上升完善,其它性能和价格也是五花八门主,其探头也是从单一到复杂。
一。
频宽和示波器一们,探头也具有其允许的有限带宽。
示波器基础知识

• 统一带宽的标准
– 模拟带宽=重复信号带宽=单次信号带宽 – 每一通道都有同样的表现
22
数字示波器的波形捕获率
23
波形捕获速率是示波器重要的指标
• 示波器是观察电信号的窗口
–不但要观察重复信号并要捕获单次信号, –而且需要捕获重复信号中的毛刺和偶然事件。 –不但显示简单信号而且能显示复杂信号 –实时显示波形变化,并可生成丰富的数据,准确地反映 波形的活动情况。
– 被测上升时间= /信号上升时间²+仪表上升时间²
例:信号上升3.5nS,仪表上升3.5nS,测得上升时间为: 上升时间与测量精度 示波器与信号上升时间之比 1:01 2:01 3:01 4:01 5:01 7:01 10:01 测量精度 41% 22% 12% 5% 2% 1% 0.50%
10
15
数字等效采样技术
需要对信号进行多次触发
从重复性信号的不同的周期经过多次单采样, 从重复性信号的不同的周期经过多次单采样,取得足够的采样点 来重建这个重复信号的波形。等效采样必须满足两个前提条件: 来重建这个重复信号的波形。等效采样必须满足两个前提条件: 1、信号必须是重复的 2、必须能稳定触发
每秒8个采样点 每秒 个采样点
采样率= 采样率=8S/s 1 最快扫 (显示屏上每格 显示点数目) 描速度 显示点数目) 等效转换率 =1 / (5nS/25) =5GS/s
其他定义(等效) 其他定义(等效)
是指最快的水平扫描速度 转换率是指最快的水平扫描速度下 转换率是指最快的水平扫描速度下,把 对重复信号多次触发收集的采样点 收集的采样点显 从对重复信号多次触发收集的采样点显 示在屏幕上时 上时, 示在屏幕上时,点与点之间的最小时间 距离。 距离。
数字示波器使用方法

数字示波器使用方法
数字示波器是一种用于观察电子信号波形的仪器,它可以帮助工程师和技术人员快速准确地分析电路中的电压信号。
本文将介绍数字示波器的基本使用方法,帮助您更好地掌握这一重要的仪器。
首先,使用数字示波器前需要确保设备连接正确。
将被测信号的输入端连接到示波器的输入端,确保极性正确,避免短路或损坏设备。
接下来,打开示波器并调整垂直和水平控制,使波形在屏幕上清晰可见。
调整示波器的垂直控制,可以改变波形的幅度,使波形在屏幕上占据适当的空间。
同时,可以调整示波器的水平控制,改变波形在时间轴上的位置,以便观察特定时间段内的波形变化。
另外,数字示波器还具有触发功能,可以帮助用户捕获特定条件下的波形。
通过调整触发控制,可以设置触发的电压水平、触发的边沿类型和触发的通道,以确保捕获到所需的波形。
在观察波形时,可以利用示波器的测量功能对波形进行分析。
示波器可以测量波形的频率、周期、峰峰值、均值等参数,帮助用户更全面地了解电路中的信号特性。
此外,数字示波器还具有存储和回放功能,可以将观察到的波形保存下来,以便后续分析和比较。
通过存储和回放功能,用户可以更方便地对波形进行详细的分析和研究。
最后,在使用完数字示波器后,需要注意关闭设备并将连接线缠绕整齐,以确保设备的安全和整洁。
另外,定期对数字示波器进行校准和维护,以保证其测量的准确性和稳定性。
总之,数字示波器是一种非常重要的电子测量仪器,掌握其基本使用方法对于工程师和技术人员来说至关重要。
通过本文的介绍,希望能够帮助您更好地理解和应用数字示波器,提高工作效率和准确性。
数字示波器的原理是怎样的呢

数字示波器的原理是怎样的呢数字示波器是一种电子测量仪器,它可以用来测量和显示电信号的波形、频率、幅度和相位等参数。
与模拟示波器相比,数字示波器具有采样频率高、带宽宽、测量精度高、测量速度快、易于使用和自动化处理等优点,已经成为现代电子工程师和科学家电路测量和分析的主要工具之一。
数字示波器的原理可以分为三个部分:信号采集、数字化和处理显示。
1.信号采集数字示波器的第一部分是信号采集。
它通常包括前置放大器、带通滤波器和采样电路。
前置放大器负责放大电信号,以便后面的电路可以带宽度为宽的信号进行采样。
带通滤波器负责去除在已定波形之外的杂散信号,以保证精度。
采样电路负责在一个定频率下对信号进行采样,并将采样后的信号发给数字化电路。
2.数字化数字示波器的第二部分是数字化。
在这个部分中,采集到的模拟信号需要被转换为数字信号,而数字量不能被直接读取,所以需要进行模拟信号转换。
转换过程使用了一种称为模数转换器的芯片。
这些器件使用一种称为时间分频的技术来将信号转换成数字。
它包括一个可编程时钟,通过改变其周期来确定采样速度,然后将采样电路输出的电压值进行比较,产生与信号幅值相对应的数字代码。
3.处理和显示数字示波器的最后部分是处理和显示。
在这个部分中,被数字化的信号将被处理以给出波形、幅度和频率等的有用信息。
通常,处理涉及下采样、插值、数学函数计算和存储等操作。
最终,处理好的波形数据将被显示在数字示波器的屏幕上。
这个过程可以通过编辑波形的颜色、增加标注和测量测量属性,轻松地操纵数据以获得需要的信息。
总的来说,数字示波器的原理是将输入的电信号转换成数字信号,然后对数字信号进行处理以获得波形、频率和幅度等的有效信息,最终将处理好的数据显示在数字示波器的屏幕上。
这种测量仪器已经成为现代电子工程师和科学家进行电路测量和分析的主要工具之一。
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。
RIGOL数字示波器【参考资料】
触发系统
持续时间触发
触发原理:在满足码型条件后的指定时间内触发 适合信号:数字信号
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触发系统
触发释抑:触发释抑指在前一次触发之后的一段时间
之内,示波器停止触发响应。
实际应用举例:复杂的脉冲串、调幅信号
释抑时间
触发系统
触发设置
可调触发灵敏度:有效滤除有可能叠加在触发信号上的 噪声,防止误触发 实际应用举例:
△t
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采样率
实时采样率:实时采样率是指示波器一次采集 (一次触发)采样间隔时间的倒数。 示波器所需实时采样率=被测信号最高频率分 量×5
①① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ①① ① ① ① ① ① ① ①①① ① ① ① ① ①①① ① ①① ① ① ①① ① ① ① ①
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触发系统
斜率触发
适合信号:三角波、锯齿波等
边沿触发
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斜率触发
Restricted documents of RIGOL
触发系统
视频触发
触发原理:对标准视频信号进行任意行或场触发。 适合信号:视频信号
场触发
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采样率
波形漏失是指由于采样率低而造成的没有反映全部实 际信号的一种现象。
脉冲消失
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示波器探头基础知识培训
TekProbeTM 探头接口
TekProbeTM 探头接口
基于BNC的探头接口形式 泰克在80年代中期发明 提供有源探头的供电 提供探头倍率的自动识别 提供探头类型的自动识别 提供工程单位的显示 理论上最好的BNC系统的带宽是4GHz
C2 = low frequency compensation. Scope input C varies.
系统的带宽
系统的上升时间 tr(10%~90%) tr(System)=√tr(scope)2+tr(probe)2
系统的带宽
BW(-3dB)
1
BW(SYSTEM)=
√(1
)2 + ( 1
f0 =
1
2 p (RC||RP)(CC+CP)
NOTE: Vcc is an AC Ground
探头对被测点的影响
例如:Rc=10K Re=10 Cc= 100pF
Rp=1M Cp=20pF
原电路增益和截止频率: 增益= 1000 截止频率 = 1/2 *p*10k *100pF=160KHz
等效阻抗
标准附件
与各种电路连接的附件
探头附件
泰克的无源探头家族
1X无源探头 - P6101B 通用无源探头-10X,1 MΩ 输入阻抗
P3010 • P6103B • P6109B • P6111B • P6112 • P6114B • P6117 高性能无源探头- 10X读出,10 MΩ 输入阻抗
探测小尺寸电路
当今的小 尺寸/表面 贴封电路 已经非常 普及
各种探头附件应 对小尺寸电路
各种探头附件应对小尺寸电路
无源探头选型考虑的因素
数字示波器原理
数字示波器原理
数字示波器是一种用于显示电信号波形的仪器,通过将电信号转换为数字信号并进行处理,最终在屏幕上显示出波形图形。
数字示波器的主要原理包括采样、模数转换、数据存储和显示。
首先,数字示波器通过采样器将连续的电信号离散化为一系列的采样点。
采样率是指每秒钟采样的次数,通常以赫兹(Hz)表示。
采样率越高,信号的细节就越清晰,但同时也会增加数据处理的复杂性和存储空间的需求。
接下来,模数转换器将采样的模拟信号转换为数字信号,以便进行后续的数字处理。
这里的模数转换器通常采用了先进的集成电路技术,能够高效地将模拟信号转换为数字形式。
数据存储是数字示波器中的一个重要环节。
采样得到的一系列数字信号将被存储在内存中,以便进行后续的处理和显示。
内存的大小决定了数字示波器能够存储的信号波形的长度。
最后,数字示波器通过显示器将处理后的数字信号转换为可见的波形图形。
这一过程涉及到数据解码和图像生成,数字示波器能够将存储的数字信号以合适的时间轴和幅度比例显示出来。
用户可以通过控制按钮和旋钮来调整显示的波形图形,以获得所需的信号细节。
总的来说,数字示波器利用了数字技术和信号处理算法,能够高效地采集、转换和显示电信号的波形图形。
与传统的模拟示
波器相比,数字示波器具有采样率高、噪声低、操作简便等优势,因此在电子工程领域得到了广泛的应用。
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模拟和数字示波器的比较
简单重复信号
非
波形显示 稳 变 异 缓 随 快 复杂动 定 重 触 预 示 数
定 化常变机沿 态
时复发触波 据
信 信 信 信 毛 信 重复信 测 单 功 发 器 处
号 号息号刺号 号
量次能
带理
示波器类别
信
宽
号
模拟示波器 好 好 差 差 差 差 好 CRT显示技术
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波的基本参数
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波的基本参数
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模拟示波器
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DSO串行处理
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带宽
带宽
称为模拟带宽,指示波器系统的带宽。 定义为在幅频特性曲线中,随正弦波频率的增加,信号的幅度
下降到3dB(70.7%),此时的频率点称为示波器的带宽。
1.0 0.707
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示波器发展史
初期主要是模拟示波器(CRT)
始创于二十世纪四十年代 最早应用于雷达和电视的开发 泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器,这是近代示
波器的基础
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示波器发展史
中期数字示波器独领风骚 (DSO)
始创于二十世纪九十年代, 数字示波器提高带宽到1GHz以上,全面性能超越模
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触发系统
触发系统
对于数字示波器,工作时都是在不断地采集波形不论 仪器是否稳定触发
触发:只有稳定的触发才能有稳定的显示 自动触发:不论是否满足触发条件都有波形显示 普通触发:不满足触发条件就不显示波形 单次触发:满足触发条件后显示波形,每次触发仅刷
程控制
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讲座内容
1 示波器发展 2 示波器基本概念及原理 3 RIGOL示波器
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波的组成
正弦波是波形的基本组成,任何非正弦波都可 视成是基波和无数不同频率的谐波分量组成。
例如:方波是由基波以及3,5,7,9……次 谐波分量递加而成。
1次(基波) 3次 5次 7次 方波(2500次)
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采样率
波形漏失是指由于采样率低而造成的没有反映全部实 际信号的一种现象。
脉冲消失
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实例:利用示波器进行点火系统波形分析
现代汽车直接点火系统的检查中,常规的断缸 测试已经无法精确判断系统是否正常,而示波 器由于其具有实时性、不间断性、直观性,越 来越得到广泛的应用。
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数字示波器基础知识
2021/3/9
1
讲座内容
1 示波器发展 2 示波器基本概念及原理 3 RIGOL示波器
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什么是示波器 概念
幅度随时间变化的波形显示仪器 相当于一个时域上的万用表
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示波器发展史 示波器类型
模拟示波器 数字示波器 取样示波器 高灵敏度示波器 虚拟示波器
预采样
延迟采样 存储深度
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波形刷新率
刷新率是指1秒内示波器捕获波形的次数 刷新率的高低直接影响波形捕获偶然事件发生
的概率。
波形n
死区时间 波形n+1 死区时间 波形n+2
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波形刷新率 高波刷新获率的好处:
对于示波器来说,波形刷新率高,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号下的异常波形 的捕获方面,有着特别的作用。
采样率 = 1 / △t
△t
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采样率
实时采样率:实时采样率是指示波器一次采集 (一次触发)采样间隔时间的倒数。
示波器所需实时采样率=被测信号最高频率分 量×5
①①①
①①
①①
பைடு நூலகம்①① ① ①
① ① ① ①
① ①
① ①
① ① ①①①①①①①①①①①①
①①①①①①①①①①①①①①①
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峰值检测:指通过采集采样间隔信号的最大值 和最小值,获取信号的包络或可能丢失的窄脉 冲。
100ms
要求观察整个周期,当使用普通 采样方式时,采样率为10K,如前面 描述存在波形漏失现象,无法捕获完 整信号。使用峰值检测,采样率为1G, 获取间隔最大最小值,就可以获取完 10ns 整的周期信号。
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差不边不低 不
能沿能
能
DSO示波器 好 差 差 好 差 好 差 等效采样技术
好差多能高 能 种
DSO示波器 好 好 好 好 好 好 差 实时采样技术
好好多能高 能 种
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示波器发展史
数字示波器——模拟效果(荧光效果DPO)
实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息: 幅度、时间和整个时间的幅度分布。
实例:利用示波器进行点火系统波形分析
汽车点火波形
U-次级:汽缸1
充磁开始 E
F
击穿电压 B
燃烧时间 D
C
A 燃烧电压
燃烧震荡波
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存储深度
存储深度:指在波形存储器中存储波形样本的数量。
波形存储时间=存储深度/采样率
示波器的存储深度将决定能采集信号的时间以及能用
到的最大采样速率。
触发点
如TEK所说的数字荧光(DPO)、安捷伦的MageZoom 技术。
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示波器发展史
高灵敏度示波器
带宽很低,1MHz左右 灵敏度很高,可到几十
微伏每格 用以测量和显示一般示
波器不能观察到的各种 微弱的电信号
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示波器发展史
虚拟示波器
利用计算机资源做数 据处理和显示
体积小巧 可通过互联网进行远
BW
带宽
示波器带宽的经验公式:BW = 0.35 / △ t( 保证信号的上升时间足够快)
90%
△t
10%
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带宽 带宽不够通常会产生什么明显后果?
高频信号幅度下降 信号高频成分消失(也有好处,抑制噪声)
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采样率
指示波器按照一定的时间间隔将模拟信号转换为数 据,并且顺序存储的过程。
采样率
示波器采样率高低对波形构建的真实性有直接 影响(采样率高的好处)。
采样率低会对波形产生哪些影响:
波形失真 波形混淆 波形漏失
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采样率
波形失真是由于某些原因导致示波器采样显示的波形 及实际信号存在较大的差异。
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采样率
波形混淆是指由于采样率低于实际信号频率的2倍(奈 奎斯特频率)时,对采样数据进行重新构建时出现的 波形的频率小于实际信号频率的一种现象。
采样率
等效采样率
等效采样即重复采样, 指的是示波器把多次采集(触发)到的波形拼凑成一个波形 两次采集触发点有一定的偏移,最后形成的两个点间的最小采
样间隔的倒数称为等效采样速率。
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采样率
平均采样 :指将多次普通采样的波形进行算术 平均,多用于信号本身噪声比较大时。
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采样率