示波器原理、功能及应用
示波器原理和应用
三、示波器的应用
1.通用示波器的主要技术指标 2.示波器使用注意事项 3.示波器的基本测试方法
示波器概述
一、示波器概念
全称“电子示波器”，是一种能够显示电信号瞬时值和信号波形(图像)的电 子测量仪器。
利用示波器我们能够观察到信号波形的全貌以及信号随时间的变化规律。
能方便地测出信号的幅度、频率、周期、相位、脉宽等参数。
利用X-Y功能可以 测量两个输入信号的时间和相位关系
尽管示波器的测量是基于电压值进行的但它不同于电压表 区别：1、电压表只能对一个信号进行测量；而示波器能同时测量两个 或者多个信号。 2、电压表不能给出有关信号形状的信息；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
组成：示波管（阴极射线管）CRT 3、显示屏： 功能：显示被测信号波形
显示方式：以光点和光栅方式为主
4、电源：给示波器各电路提供各档稳定的直流电压。
四、示波管
组成：
1、电子枪 2、静电偏转板 3、荧光屏
作用：将被测信号电压变成发光的图像，显示在荧光屏上。
电子枪
第一栅极G1 第二栅极G1
R电缆
探头
匹配 网络
带有阻抗匹配网络的分压式无源探头电路
3、衰减器 作用：用来衰减输入信号，以保证显示在屏上的信号不致因过 大而失真。
R1 Ui
R2
C1 C2 U0
改变分压比的开关即为示波器灵 敏度粗调开关
4、延迟线 作用：保证能够在屏幕上扫描出脉冲的全过程。
5、Y放大器 “倍率”: *1 , *5
电源
X输入放大器
内输入
外输入
示波器原理、功能和应用
• 例如：一个100MHz上升时间为3.5ns的方波信号，使用100MHz的示波器系统进行测量，上升时间测量误 差为：
– 100MHz示波器上升时间＝350/100MHz＝3.5ns – 仪器显示的信号上升时间＝3.5ns2＋3.5ns2 ＝4.95ns
– 测量误差＝（4.95ns－3.5ns）/ 3.5ns＝0.414＝41％
采样率不足会怎么样？
波形失真
数字示波器原理及主要指标
采样率
采样率不足会怎么样？
波形混淆
数字示波器原理及主要指标
采样率
采样率不足会怎么样？
波形漏失
脉冲消失
数字示波器原理及主要指标
采样率
信号准确重建技术：如果信号只是由各点表示，则很难观察。特别是信号的高频部分， 获取的点很少，更增加了观察的难度。为增加信号的可视性，数字示波器一般都使用 插值法显示模式。
数字示波器原理及主要指标
采样率
实时采样 VS 等效采样
①①①①①
①①①① ①①① ①①①①①①①①①①①①①①
①① ① ① ① ①① ①①①①①①①①①①①①①①①
实时采样：适合捕捉单次信号以及隐藏在重复信号中的毛刺和异 常信号
等效采样：适合观察周期性重复信号，且前提是信号必 须能稳定触发
数字示波器原理及主要指标
数字示波器原理及主要指标
存储深度
指在波形存储器中存储波形样本的数量，单位pts（points）。 存储深度是示波器对数字化波形的最大存储能力。
触发点
预采样
存储深度
延迟采样
数字示波器原理及主要指标
存储深度
深存储有什么好处？
250MS/s × 10ms
2.5GS/s ×
示波器的原理与使用相位差
示波器的原理与使用相位差示波器是一种广泛应用于电子领域的仪器，用于观测、测量和分析电子信号的波形和特性。
它可以显示信号的时间波形、频谱分析和相位差等信息，对于电路设计、故障排除、信号分析等方面具有重要作用。
下面将从示波器的原理和使用中的相位差等几个方面进行详细介绍。
示波器的原理主要基于电压-时间变换和电压-电压变换两个基本电路原理。
当信号通过电压-时间变换电路时，示波器可以观测到信号的时间波形。
而当信号通过电压-电压变换电路时，示波器可以观测到信号的幅度波形。
这两个基本电路原理结合起来，就实现了示波器对信号的全面观测和测量。
示波器的核心是垂直放大器和水平放大器。
垂直放大器主要负责信号的放大和幅度调节，它将输入信号经过放大电路后输出到示波器的显示屏上。
水平放大器则负责控制信号的水平位置和时间长度，它采用定时电路将输入信号按照给定的时间基准进行扫描，并在显示屏上生成相应的时间标尺。
示波器还有一个重要的组成部分是显示器。
随着技术的发展，示波器的显示器由传统的示波管逐渐演变为液晶显示器或者其他新型显示器，显示效果更加清晰且易于观察。
相位差是波形之间的时间差或相位差。
在使用示波器测量相位差时，需要满足两个条件：首先，两个波形必须有相同的频率；其次，示波器的触发源必须精确地锁定在一个波形上。
测量相位差可以通过示波器的水平扫描延迟来实现。
在调整示波器的水平扫描延迟时，可以观察到两个波形之间的时间差或相位差。
当两个波形相位差接近等于0时，两个波形重合在一起；当相位差为180度时，两个波形完全相反；当相位差为90度时，两个波形相互垂直。
示波器通常还配备了触发功能，可以通过触发功能使波形在显示屏上稳定显示。
触发源可以是输入信号上的特定事件（如上升沿、下降沿等）或者外部的触发信号。
触发功能的使用可以帮助我们对信号进行精确定位和分析。
除了观测波形和测量相位差外，示波器还可以进行频谱分析、数据记录和波形存储等功能。
在频谱分析中，示波器可以将输入信号转换为频域信息，并显示频谱图像，帮助我们观察信号的频谱特性。
示波器的使用原理及应用
示波器的使用原理及应用一、示波器简介示波器是一种常用的电子测量仪器，主要用于观测和分析电信号的变化过程。
它可以将电信号的波形图显示在屏幕上，帮助工程师分析信号的频率、幅度和相位等特性。
示波器广泛应用于电子、通信、计算机等领域。
二、示波器原理示波器的基本原理是将被测电信号通过垂直放大器进行放大，然后通过水平放大器和时间基准电路进行时间扩展，最后通过电子束扫描屏幕上的荧光物质，形成波形图。
示波器的主要组成部分包括： 1. 前置放大器：负责对电信号进行放大，以便能够更好地显示在屏幕上。
2. 时间基准电路：用于控制电子束的扫描速度，确定波形图的时间轴。
3. 垂直放大器：负责调整波形图的垂直尺度，以显示电信号的幅度信息。
4. 水平放大器：控制波形图的水平尺度，即控制波形图在屏幕上的宽度。
5. 视象管：位于示波器的屏幕上，负责显示波形图。
三、示波器的应用示波器在电子领域有着广泛的应用，下面列举了几个示波器的主要应用场景：1. 电路调试和故障排除示波器在电路调试和故障排除中扮演着重要的角色。
通过观察电路中各个节点的波形图，工程师可以判断电路是否正常工作、是否存在故障。
例如，当一个电路出现问题时，可以通过示波器观察信号的幅度、频率等变化，从而定位故障点。
2. 信号分析与研究示波器可以帮助工程师对信号进行频率分析、相位分析等。
通过观察信号的频谱图，可以了解信号的频率成分和幅度分布，帮助优化系统性能。
此外，示波器还可以用于研究信号的时域特性和相位关系，从而推导出信号的数学模型。
3. 通信信号测试在通信领域，示波器被广泛用于测试和分析各种通信信号。
例如，对于数字通信系统，示波器可以用来观察数据信号的传输质量，如误码率和信号失真情况。
而对于模拟通信系统，示波器可以用来观察信号的带宽、调制深度等参数。
4. 波形发生器控制示波器通常具备波形发生器控制功能，可以通过示波器控制波形发生器产生各种特定的波形信号。
这在测试和教学中非常实用，可以生成各种标准的波形信号，如正弦波、方波、脉冲波等。
示波器原理与使用
示波器原理与使用
示波器是一种用来观测、测量电信号的仪器。
它能够将电信号转换为对应的图形波形，并将其显示在示波器的屏幕上。
示波器的基本原理是利用电子束在示波管内偏转，从而在屏幕上显示电信号的波形。
其中，电子束的运动是由垂直和水平偏转系统控制的。
垂直偏转系统负责控制电子束在屏幕上的垂直位置，从而显示电信号的振幅。
水平偏转系统则控制电子束的水平位置，表示时间。
示波器的使用通常包括以下几个步骤：
1. 连接电源和信号源：将示波器与电源和待测电路连接。
确保电源电压和信号源频率符合示波器的规格要求。
2. 调整示波器参数：根据需要，设置示波器的垂直灵敏度、水平扫描速度等参数，以确保波形可见且适合观测。
3. 观察波形：打开示波器的电源，将待测信号输入示波器。
在屏幕上可以看到电信号的波形。
根据需要，可以调整显示的时间和垂直位置。
4. 测量信号参数：示波器还可以提供一些测量功能，如测量波形的频率、幅值、周期等。
可以根据需要使用相应的测量功能。
5. 记录和分析数据：如果需要记录和分析波形数据，可以将示波器与计算机或存储设备连接，并使用相应的软件进行数据处
理。
总之，示波器是一种重要的测试工具，能够帮助工程师观测和测量电信号，用于故障排查、信号分析等工作。
正确使用示波器，可以提高工作效率，确保电路和设备的正常运行。
示波器的使用方法
示波器的使用方法和使用方法。
1 示波器工作原理1．1 示波管图1 示波管的内部结构和供电图示1．荧光屏当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。
亮点辉度下降到原始值的10％所经过的时间叫做“余辉时间”。
余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0．1s为中余辉，0．1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。
一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。
管，以保护人的眼睛。
2．电子枪及聚焦穿过栅极小孔，奔向荧光屏。
初速度小的电子仍返回阴极。
如果栅极电位过低，则全部电子极电子奔向荧光屏起加速作用。
电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。
第一次聚焦由K、G1、G2完成，第二阳极A2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。
A1上的第二阳极A2的电压，A2又叫做辅助聚焦极。
3．偏转系统4．示波管的电源为使示波管正常工作，对电源供给有一定要求。
规定第二阳极与偏转板之间电位相近，偏转板的平均电位为零或接近为零。
阴极必须工作在负电位上。
栅极G1相对阴极为负电位(—30V~—100V)，而且可调，以实现辉度调节。
第一阳极为正电位(约+100V~+600V)，也应1.2 示波器的基本组成从上一小节可以看出，只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压，就能控制示波管显等五部分组成。
图2 示波器基本组成框图加到示波管的Y轴偏转板上。
为了在屏幕上显示出完整的稳定波形，将Y轴的被测信号③迟时间Г2。
扫描电压⑦经X轴放大器放大，产生推挽输出⑨和⑩，加到示波管的X轴偏转扫描正程显示的波形有某一固定辉度，而在扫描回程进行抹迹。
的是两个稳定的、清晰的信号波形。
2 示波器使用型号的示波器，只是从概念上介绍示波器在数字电路实验中的常用功能。
2.1 荧光屏的电压和时间之间的关系。
水平方向指示时间，垂直方向指示电压。
水平方向分为10格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。
电子示波器的原理及应用注意事项
电子示波器的原理及应用注意事项1. 电子示波器的原理电子示波器是一种用于检测和观察电信号波形的仪器。
它利用电子技术来实现信号的采样、处理和显示。
电子示波器的原理主要包括以下几个方面：1.1 采样电子示波器通过采用高速模拟-数字转换器（ADC）来对电信号进行采样。
采样是指将连续时间域的信号转换为离散时间域的信号。
采样频率越高，示波器显示的波形越接近原始信号。
1.2 存储采样后的信号需要存储在示波器的存储器中。
存储器的容量决定了示波器可以存储的波形长度。
较高容量的存储器可以更好地显示长时间的波形，而较低容量的存储器则适合显示短时间内的快速变化的波形。
1.3 处理示波器会对采样信号进行数字信号处理，包括放大、滤波、数值计算等操作。
这些处理可以帮助用户观察和分析波形。
1.4 显示经过处理的信号会传输到示波器的显示器上进行显示。
示波器的显示器通常为液晶显示器或者CRT显示器。
用户可以通过调整示波器的设置来选择不同的显示模式，如时间域显示、频谱显示等。
2. 电子示波器的应用注意事项使用电子示波器时，需要注意以下几个方面：2.1 带宽示波器的带宽决定了它能够处理的信号频率范围。
当需要观察高频信号时，需要选择具备较高带宽的示波器。
一般来说，示波器的带宽应为被测信号频率的2-3倍。
2.2 采样率示波器的采样率决定了它能够准确还原原始信号的能力。
采样率应该根据被测信号的最高频率进行选择，一般来说，采样率应为被测信号频率的5-10倍。
2.3 触发功能示波器的触发功能可以帮助用户在复杂的信号中准确地捕捉特定的波形。
触发功能包括边沿触发、脉冲触发、视频触发等。
正确设置触发条件可以有效地避免信号的混叠和失真。
2.4 输入阻抗示波器的输入阻抗决定了它对被测电路的影响程度。
一般来说，输入阻抗应该远大于被测电路的输出阻抗，以避免对被测电路产生影响。
常见的输入阻抗值有1MΩ和50Ω两种选择。
2.5 地线连接在连接示波器的地线时，需要注意避免产生地环路，以减少干扰信号。
5示波器的原理和使用讲解
示波器的原理和使用【实验简介】示波器是用来显示被观测信号的波形的电子测量仪器，与其他测量仪器相比，示波器具有以下优点：能够显示出被测信号的波形；对被测系统的影响小；具有较高的灵敏度；动态范围大，过载能力强；容易组成综合测试仪器，从而扩大使用范围；可以描绘出任何两个周期量的函数关系曲线。
从而把原来非常抽象的、看不见的电变化过程转换成在屏幕上看得见的真实图像。
在电子测量与测试仪器中，示波器的使用范围非常广泛，它可以表征的所有参数，如电压、电流、时间、频率和相位差等。
若配以适当的传感器，还可以对温度、压力、密度、距离、声、光、冲击等非电量进行测量。
正确使用示波器是进行电子测量的前提。
第一台示波器由一只示波管，一个电源和一个简单的扫描电路组成。
发展到今天已经由通用示波器到取样示波器、记忆示波器、数字示波器、逻辑示波器、智能化示波器等近十大系列，示波器广泛应用在工业、科研、国防等很多领域中。
【实验目的】1、了解示波器的结构和工作原理，熟悉示波器和信号发生器的基本使用方法。
2、学习用示波器观察电信号的波形和测量电压、周期及频率值。
3、通过观察李萨如图形，学会一种测量正弦波信号频率的方法。
【实验仪器】VD4322B型双踪示波器、EM1643型信号发生器、连接线等图1 VD4322型双踪示波器面板○1：电源开关○2：电源指示灯○3：聚焦旋钮○4：辉度旋钮○5：Y1(X)信号输入端口○6：Y2(Y)信号输入端口○7、○8：输入耦合选择开关（AC-GND-DC）○9、○10：垂直偏转因数选择开关（V/格）○11：Y1垂直位移旋钮○12：Y2垂直位移旋钮○13：工作方式选择开关（Y1、Y2、交替、断续和Y1+Y2）○14：扫描速度（时间/格）选择开关○15：扫描微调旋钮○16：水平位移旋钮○17：电平调节旋钮○18：外触发源输入端口○19：内触发选择开关○20：触发方式选择开关【实验原理】示波器显示随时间变化的电压，将它加在电极板上，极板间形成相应的变化电场，使进入这个变化电场的电子运动情况随时间作相应地变化，从而通过电子在荧光屏上运动的轨迹反映出随时间变化的电压。
第四章 示波器原理及应用
示波器主要用来观测信号波形、测量电压、频率、 示波器主要用来观测信号波形、测量电压、频率、 时间等参数，是电子测量三大仪器（电压表、示波器、 时间等参数，是电子测量三大仪器（电压表、示波器、 电子计数器）之一。 电子计数器）之一。 示波器是时域分析的最典型仪器, 示波器是时域分析的最典型仪器,也是当前电子测 量领域中,品种最多、数量最大、最常用的一种仪器; 量领域中,品种最多、数量最大、最常用的一种仪器; 示波测试技术是一种最灵活、多用的综合性技术。 示波测试技术是一种最灵活、多用的综合性技术。 示波器的原理应用广泛，例如逻辑分析仪、 示波器的原理应用广泛，例如逻辑分析仪、晶体管 特性图示仪、扫频仪、 特性图示仪、扫频仪、频谱分析仪等仪器的波形显示 部分都有示波器技术的影子。 部分都有示波器技术的影子。
★ 示波测试的基本原理
►电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏转 电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏转 L为偏转板的长 电压成正比： 度;S为偏转板 中心到屏幕中 lS 心的距离;b为 y= Vy 偏转板间距;Va 2bVa 为阳极A2上的 电压。
★ 示波测试的基本原理
►示波管的Y轴偏转灵敏度（单位为cm/V）： 示波管的Y轴偏转灵敏度（单位为cm/V cm/V）：
0.35 0.35 3 tr [µs] ≈ , 或 tr [ns] ≈ ×10 BW[MHz] BW[MHz]
★ 示波器分类及其主要技术指标
2 扫描速度 扫描速度:指荧光屏上光点水平移动的速度, 扫描速度:指荧光屏上光点水平移动的速度,单位 为“cm/s”或者(div/s)。 cm/s”或者(div/s)。 扫描速度的倒数称为“时基因素” 扫描速度的倒数称为“时基因素”,它表示单位距 离代表的时间，单位为“t/cm” 离代表的时间，单位为“t/cm”或“t/div”. t/div” 偏转因素(垂直灵敏度) 3 偏转因素(垂直灵敏度) 指在输入信号作用下,光点在荧光屏上的垂直(Y) 指在输入信号作用下,光点在荧光屏上的垂直(Y) 方向移动1cm(或 方向移动1cm(或1格)所需的电压值,单位为“V/cm”、 所需的电压值,单位为“V/cm” “mV/cm”（或“V/div”、“mV/div”）。 mV/cm”（或“V/div” mV/div” 偏转因素表示了示波器Y通道的放大/衰减能力. 偏转因素表示了示波器Y通道的放大/衰减能力. 其倒数称为“ 偏转)灵敏度” 其倒数称为“(偏转)灵敏度”。
示波器在电子工程中的重要性和应用
示波器在电子工程中的重要性和应用示波器是一种用于测量和显示电信号波形的仪器，被广泛应用于电子工程领域。
它不仅能够帮助工程师进行信号调试和故障排查，更能提供详细的信号分析和评估，从而在电子工程设计和维护中起到至关重要的作用。
本文将探讨示波器在电子工程中的重要性和应用。
1. 示波器的基本原理和类型示波器的基本原理是通过探头将被测信号接入示波器中，利用示波器的放大、调制和显示功能将信号波形展示在屏幕上。
根据不同的应用需求，示波器有多种类型，如模拟示波器、数字示波器、存储示波器、虚拟示波器等。
每种类型的示波器都有其独特的特点和适用范围。
2. 信号调试和故障排查在电子工程设计和制造过程中，各种信号的调试和故障排查是不可避免的环节。
示波器作为工程师的得力助手，能够准确显示信号的波形和特征，帮助工程师快速定位故障点。
通过示波器，工程师可以分析信号的幅值、频率、相位等参数，发现信号异常，并及时采取措施进行修复。
3. 信号分析和评估示波器不仅能够显示信号的波形，还能提供丰富的信号分析和评估功能。
例如，通过示波器的频谱分析功能，工程师可以深入了解信号的频谱特性，检测是否存在干扰频率或频率失真等问题。
此外，示波器还可以进行傅里叶变换、自相关分析、协方差分析等高级分析，帮助工程师更加全面地评估信号的质量和稳定性。
4. 信号发生器与示波器的配合使用在电子工程设计和测试过程中，信号发生器与示波器常常成为一对重要的工具。
信号发生器能够生成特定频率、幅值和波形的信号，而示波器则可以将这些信号显示出来，通过两者的配合使用，工程师能够更好地进行信号测试、频率响应评估、滤波器设计等工作，提高设计的准确性和可靠性。
5. 示波器在电子领域的应用案例示波器在电子领域有着广泛的应用。
以通信领域为例，示波器可以帮助工程师调试和评估无线电信号、调制解调器、天线等设备的性能。
在控制系统中，示波器被用于分析和优化控制回路的响应和稳定性。
在电力系统中，示波器可以用于评估电力质量和检测电力设备中的故障。
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雷达 无线通信 发现随机或罕见的错误 数据采集 高频与低频混合系统 视频信号 电源测试（软启动测试、电源纹波、电 源噪声测试） 等等
需要长存储的波形类型：
低频信号中有高频噪音 高速信号中有低频调制 信号的变化过程非常缓慢
数字示波器原理及主要指标
采样率 获取方式：控制如何从采样点中产生出波形点
普通
高分辨率 峰值检测 平均
• 按相等的时间间隔对信号采样以重建波形。对于大多数波形来说，使用该模式均 可以产生最佳的显示效果。 • 对采样波形的邻近点进行平均，可减小输入信号上的随机噪声，并在屏幕上产生 更加平滑的波形。 • 采集采样间隔信号的最大值和最小值，以获取信号的包络或可能丢失的窄脉冲。
• 对多次采样的波形进行平均，以减少输入信号上的随机噪声并提高垂直分辨率。
小结
采样率 相邻两个采样点的时间间隔倒数就是采样率。 采样率以 “点/秒”（Sa/s）来表示。 采样方式：实时采样、等效采样
实时采样：适合捕捉单次信号以及隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号
等效采样：适合观察周期性信号，且前提是信号必须能稳定触发 采样率不足会导致波形失真、波形混淆、波形漏失
– 100MHz示波器上升时间＝350/100MHz＝3.5ns – 仪器显示的信号上升时间＝3.5ns2＋3.5ns2 ＝4.95ns – 测量误差＝（4.95ns－3.5ns）/ 3.5ns＝0.414＝41％
•
为了改善和提高测量精度只能提高示波器系统带宽，如选择比信号上升时间高5倍的示波器，上升时间测量 误差为：
例如：方波是由基波以及3，5，7，9……次谐波分量叠加而成。
1次（基波） 3次
5次
7次
方波(2500次)
波的类型和参数 时间参数
频率 周期 上升时间 下降时间 正脉宽 负脉宽 正占空比 负占空比 ……
波的类型和参数 电压参数
最大值 最小值 峰峰值 顶端值 底端值 幅度值 平均值 均方根值 过冲 预冲 ……
什么是“带宽”？
数字示波器原理及主要指标
带宽
定义：输入正弦信号衰减到其实际幅度的70.7% （3dB）时的频率值，是表征 示波器所能测量的频率范围，单位Hz。 数字示波器带宽一般都是指其前端放大器的模拟带宽。放大器相当于一个低 通滤波器。
数字示波器原理及主要指标
带宽
示波器带宽
数字示波器原理及主要指标
示波器是任何设计、制造或是维 修电子设备的必备之物！
什么是示波器
示波器（Oscilloscope）是显示信号波形随时间变化特性的仪器。 示波器能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象（波形），便于人们研究各种电现象的变化过
程。
电子工程师的眼睛！
=
示波器功能概述
捕获、观察、测量、分析波形的工具 ！
带宽
ı 上升时间
阶跃信号从幅度10%上升到90%所用的时间 ı 示波器的上升时间 示波器前置放大器的阶跃响应时间 反映的是示波器前置放大器的瞬态响应能力
数字示波器原理及主要指标
带宽 以上升时间为核心选择带宽： 应该让示波器系统的上升时间快于信号上升时间。
若示波器前置放大器模型是一阶低通滤波器模型，示波器带宽
Sin(x)/x 内插算法
触发
- 3dB
采样时钟
采样率
9
Bandwidth
选择示波器的三大基本原则
• 选择合适的带宽 • 时刻警惕采样率 • 捕获待测信号的全貌
带宽
采样率
存储深度
数字示波器原理及主要指标
带宽 带宽（英语：Bandwidth）指所占据或能够提供的频带宽度 信道/系统：带宽是指能够有效通过该信道的信号的最大频带宽度，一 般以Hz为单位描述； 模拟信号：带宽又称为频宽，指信号所包含的频率分量， 一般以Hz为 单位描述。例如模拟语音电话的信号带宽为3400Hz，一个PAL-D电视频 道的带宽为8MHz； 数字信号：带宽是指单位时间内链路能够通过的数据量。由于数字信号 的传输是通过模拟信号的调制完成的，为了与模拟带宽进行区分，数字 信道的带宽一般直接用波特率或符号率来描述
采样
数字化8bit
1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 . . .
1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1
存储
… … … … … … … …
采样保持
转换成为数据
顺序存储 屏 幕
屏幕显示选定部分的内存
数字示波器原理及主要指标
采样率 实时采样 VS 等效采样
示波器结构框图
信号调理 采样 采集处理 后处理 显示
捕获 / 采集 / 波形捕获率
通道输入
垂直系统 带宽
BandWidth Amp
采样率
ADC Sample Rate
采样处理
存储深度
Memory Depth 内存 后处理
存储深度
显示
触发系统
带宽
例如：平均, MATH,滤波, 自动测量 , FFT,直方图, MASK测试
应的示波器本身的上升时间越小，测量出的上升时间就非常接近于真实的上升时间。 实际上带宽并不是越大越好，因为示波器毕竟不是一个理想的仪器，它本身也有噪声。 从频域来理解会更容易些。 只有当被测信号的能量远大于示波器测量系统本身带来的噪声能量的 时候即信噪比足够大的时候，选择的带宽才是合适的。 当被测信号99%的能量都在500MHz范围以内，使用500MHz 的示波器就合适了，但如果用6GHz 的示 波器，因为500MHz到6GHz 带宽范围内的示波器及探头的底噪及探头感应的噪声能量会远大于被测 信号剩下的1%的能量，测量出来的结果反而没有用500MHz带宽的更接近真实情况。 在测量电源纹波时需要将示波器带宽限制为20MHz就是这个道理。
等效采样：适合观察周期性重复信号，且前提是信号必 须能稳定触发
数字示波器原理及主要指标
采样率 采样率不足会怎么样？
示波器采样率高低对波形构建的真实性有直接影响！
时刻警惕采样率
采样率低会对波形产生的影响：
波形失真 波形混淆 波形漏失
奈奎斯特取样原理： 在正弦波上采样，采样频率fs必须大于信号频率SF的两 倍以上才能确保从采样值完全重构原来的信号。
90％
与上升时间的经验公式：
BW（MHz） ＝ 350 / △ t（ns）
例如： 100M带宽示波器标称上升时间为3.5ns
△t
10％
t 测量上升时间
t 信号上升时间 t 仪器上升时间
2
2
数字示波器原理及主要指标
带宽 选择多快上升时间的示波器合适呢？
•
例如：一个100MHz上升时间为3.5ns的方波信号，使用100MHz的示波器系统进行测量，上升时间测量误 差为：
实时采样: 触发一次采集所需点
等效采样: 触发多次将采样点拼接起来
数字示波器原理及主要指标
采样率 实时采样 VS 等效采样
①① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ① ①①① ① ① ① ①①①①①① ① ① ① ①①①① ① ① ① ①①
实时采样：适合捕捉单次信号以及隐藏在重复信号中的毛刺和异 常信号
深存储可保证在同等时间下，以更高采样率采集波形 深存储可保证在同等采样率下，采集更长时间的波形
数字示波器原理及主要指标
存储深度 深存储有什么好处？
5G XG X00M 采样速率 (Sa/s)
X0M
深存储=高采样
XM
X00K
数字示波器原理及主要指标
存储深度
捕获待测信号的全貌 保证捕获信号的时间长度包含完整频率成分
线性内插：
在相邻采样点直接连上直线，局限于直边缘 信号。
正弦内插（SinX/x）：
利用曲线来连接相邻采样点，通用性更强。 为准确再现信号，示波器的采样速率应至少为
为准确再现信号，示波器的采样速率应至少
是信号最高频率成分的10倍。
信号最高频率成分的2.5倍。
如何判断采样率是否足够？
数字示波器原理及主要指标
带宽
仪器的带宽会对信号产生什么样的影响？
—高频信号幅度下降 —信号高频成分消失（也有好处，抑制噪声）
数字示波器原理及主要指标
带宽 下列图示为一个10MHz的方波在200MHz带宽和10MHz带宽示波器 上的显示效果图。
200M带宽 示波器
10M带宽 示波器
数字示波器原理及主要指标
带宽
选择合适的带宽: 带宽并不是越高越好
数字示波器原理及主要指标
采样率
采样是将模拟信号通过AD转换变成数字信号的过程。 采样率：示波器每秒采样多少个点
采样点等时间间隔分布，相邻两点间隔时间倒数就是采样率。
采样率以 “点/秒”（Sa/s）来表示。
采样点
采样间隔
数字化需要的 保持时间
数字示波器原理及主要指标
采样率
信号 通俗讲，采样实际上是用点来描绘进入示波器的模拟信号。
波的类型和参数
• 大多数波都属于如下类型： – 正弦波 – 方波和矩形波 – 三角波和锯齿波 – 阶跃波和脉冲波 – 噪声波 – 复杂波 • 还有很多波是上述波形的组合
波的类型和参数
正弦波是基本波形，它具有和谐的数学特性，与正弦函数曲线的形状一样。 时域中任何非正弦信号都是有基波和不同频率的各次谐波组成的。
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小结
带宽
数字示波器的带宽指的是前端放大器的3dB（70.7%）带宽，单位Hz。 带宽不足会使高频信号幅度下降或高频成分消失。 选择示波器带宽有两种方式：以谐波为核心或以上升时间为核心。 以谐波为核心选择带宽应该让示波器的带宽大于波形的主要谐波分量。 以上升时间为核心选择带宽，示波器应该至少快于信号上升时间的5倍。