数字示波器基础原理知识讲解
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。
数字示波器的原理
数字示波器的原理
1.采样：数字示波器通过内置的模数转换器将连续的模拟信号转换为
离散的数字信号。
采样率是指每秒对模拟信号进行采样的次数，一般为其
信号带宽的两倍。
例如，如果信号带宽为100MHz，则通常需要至少
200MS/s的采样率。
2.数字化：采样后的模拟信号被转换为数字形式的样本。
转换的精度
由示波器的分辨率决定，分辨率越高，则样本越准确。
3.存储：示波器将采样到的数字样本存储在内存中，形成数字波形。
存储深度是示波器内存的大小，深度越大，则可存储的波形越长。
4.显示：示波器将存储的数字波形通过内置的显示器显示出来。
用户
可以通过控制面板或计算机软件对波形进行观察和操作。
一般来说，示波
器的显示器能够以较高的分辨率和刷新率显示波形。
5.分析：数字示波器提供多种分析功能，例如测量信号的幅值、频率、相位等，还可以进行波形的加减乘除、傅里叶变换等操作。
这些分析功能
有助于用户对信号进行深入的分析和理解。
总的来说，数字示波器通过采样、数字化、存储、显示和分析等步骤，能够准确地捕捉和展示信号的各种特征，为工程师和科研人员提供了强大
的测量和分析工具。
数字示波器的原理和使用
数字示波器的原理和使用
数字示波器（Digital Oscilloscope）是用于检测和显示电压信
号的一种仪器。
它通过采集电压信号，并将其转换为数字信号进行处理和显示。
数字示波器的工作原理如下：首先，它使用一对输入探头将待测电压信号引入示波器。
探头将电压信号转换为与示波器输入电路兼容的信号。
然后，信号经过模拟前端电路进行滤波和放大。
接着，模拟信号被采样并转换为数字信号，即通过模数转换器（ADC）将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
数
字信号表示的幅值被存储在内存中。
示波器的显示部分会读取内存中存储的数字信息，并将其转换为图形显示。
通常，示波器的显示屏幕会绘制出与时间相关的波形图像，包括电压的幅值和随时间变化的动态。
示波器还可以通过调整时间基准和垂直缩放等功能来提供更详细的波形显示。
为了获得更精确的测量结果，示波器还可以提供各种触发功能。
触发功能通过设置特定的触发条件，使示波器能够在特定事件发生时进行采样和显示。
触发条件通常是基于电压水平、边沿或脉冲宽度等参数设置的。
使用数字示波器时，首先需要正确连接电路进行测量，并选择合适的电压和时间基准来显示所需的信号。
然后，通过调整垂直和水平缩放，可以调整波形图像的幅值和时间范围。
如果需要，还可以使用触发功能来稳定波形显示。
数字示波器的使用范围广泛，可用于电子设备的开发、维修和故障排查等方面。
它可以帮助工程师们准确测量和分析电路中的电压信号，从而确保电子设备的正常运行。
数字示波器实验原理
数字示波器实验原理
数字示波器是一种测量和显示电信号波形的仪器。
它通过将输入的模拟电信号转换为数字信号，并使用数码技术进行处理和显示。
数字示波器实验原理主要包括以下几个方面：
1. 信号采集：示波器使用探头将待测电信号接入到示波器的输入端口。
在输入端口，示波器通过电阻分压、差动放大等方式对信号进行预处理和保护。
2. 信号转换：示波器将输入的模拟电信号转换为数字信号。
这需要经过模数转换（A/D 转换），将输入的连续模拟信号转为离散的数字信号。
3. 信号处理：示波器通过对数字信号进行处理，如滤波、放大、补偿等，以改善信号质量和测量的准确性。
4. 波形显示：示波器会将处理后的数字信号转换为模拟信号，然后通过电子束在显示屏上扫描绘制出波形。
示波器的水平和垂直扫描功能能够控制波形的水平和垂直位置，从而实现波形的调整。
5. 触发功能：示波器通过设置触发条件，可以选择信号波形的起始点，也可以分析特定的波形细节。
数字示波器相对于模拟示波器具有更高的精度和稳定性，可提
供更多的测量和调整功能。
它具有高带宽、高分辨率、多通道、存储和回放等特点，广泛应用于电子工程、通信、医疗、科研等领域。
数字示波器基础原理PPT课件
u 1次（基波） 3次
5次
7次
方波(2500次)
u F(x)=2E/ Π(sin(ωt)+1/3sin(3 ωt)+1/5sin(5 ωt)+1/7sin(7 ωt)+……)
u 对于非正弦波由最小值过渡到最大值的时间越短，所含的谐波分量也 就越多，波形所含谐波的频率也越高。
仪器带宽
f
幅频特性曲线
带宽对波形的影响
u 如果要对波形进行准确测量应该让示波器的带宽大于波形的主要谐波 分量。因此对于正弦波可以要求示波器的带宽大于波形的频率，但是 对应非正弦波则要求示波器的带宽大于波形的最大主要谐波频率。
u 对于带宽带来的波形影响具体表现在以下两方面： u ① 由于低带宽导致的主要谐波分量消失，使原本规则的波形呈圆
u 对于脉冲波占空比越小，波形所含谐波就越多，谐波频率分量也越高。
、
示波器带宽
u 数字示波器带宽也称为模拟带宽，指示波器前端输入放大器的带宽， 相当于一个低通滤波。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。 V
0dB(100%) -3dB(70.7%)
语源 希腊 希腊 希腊或者拉丁语 希腊或者拉丁语 希腊 希腊 希腊 拉丁语 拉丁语 拉丁语 希腊或者拉丁语 希腊或者拉丁语 西班牙 丹麦
模拟示波器
纯“模拟”技术实现。
•模拟示波器的优点：
•快速的波形捕获速度 •灰度显示 •价格便宜
•模拟示波器的缺点：
• 不能存储波形 • 很难捕获瞬态现象 • 带宽窄，只能到几百MHz • 通道数一般最多只有2个通道 • 参数测量很麻烦 • 不能作复杂的应用
数字示波器的原理和应用
数字示波器的原理和应用1. 引言数字示波器是一种测量电子信号波形的仪器，它具有高精度、高速度以及丰富的测量功能。
本文将从数字示波器的工作原理和应用方面进行介绍。
2. 数字示波器的工作原理数字示波器通过采样和离散化的方式对输入信号进行处理和显示。
其基本工作原理如下：•采样：数字示波器会以固定的时间间隔对输入信号进行采样，将连续变化的信号转换为一系列离散的样点。
•离散化：采样后的信号会经过模数转换器（ADC）将其转换为数字信号。
ADC将每个样点的电压值转换为对应的数字值，并以二进制形式存储。
•存储：数字示波器会将采样并转换为数字信号的数据进行存储，存储器的大小决定了示波器可以记录的波形长度。
•显示：存储器中的数据可以通过示波器内部的处理和显示电路进行解析，最终以波形图的形式显示在示波器的屏幕上。
3. 数字示波器的应用数字示波器广泛应用于电子工程、通信、医疗和科学研究等领域。
以下是数字示波器的一些常见应用：•波形分析：数字示波器能够以高精度和高速度显示输入信号的波形，通过对波形的观察和分析，可以判断信号的稳定性、噪音水平、频率等特征。
•频谱分析：数字示波器可以通过傅里叶变换等算法将时域波形转换为频域波形，从而分析信号的频率成分。
通过对频谱的分析，可以了解信号的频率特性和谐波分量等信息。
•故障诊断：在电子设备维修或故障排查中，数字示波器是一种非常有用的工具。
通过观察信号的波形可以判断电路中是否存在故障，例如干扰信号、变形信号等。
•时间测量：数字示波器具备高精度的时间测量功能，在信号的上升沿、下降沿、脉冲宽度等方面提供准确的测量结果。
•信号生成：某些数字示波器还具备信号生成功能，能够输出特定的波形信号，供其他电路或设备使用。
4. 数字示波器的优势相比于模拟示波器，数字示波器具有以下优势：•更高的精度和分辨率：数字示波器采用数字信号处理技术，具备更高的精度和分辨率，能够对细微的信号变化进行观测和测量。
•更丰富的功能：数字示波器内置了多种测量功能，例如自动测量、峰值检测、频谱分析等，提供了更多的便利和选择。
物理实验技术中电子数字示波器的使用技巧详解
物理实验技术中电子数字示波器的使用技巧详解引言：电子数字示波器是物理实验中常用的工具，它能够帮助实验者观测和记录电信号的波形。
本文将详解电子数字示波器的使用技巧，以帮助物理实验者更好地进行实验。
一、电子数字示波器的基本原理电子数字示波器是一种能够通过数字化的方式观测和测量电信号的设备。
其基本原理是将被测电信号转化为模拟信号，然后通过A/D转换器将其转换为数字信号，最后通过显示屏显示出波形。
在实验中，我们主要需要掌握以下几个关键技巧。
1. 利用触发功能触发是帮助示波器捕获和锁定特定信号的重要功能。
实验者可以根据实验需求设置合适的触发方式和触发电平，使示波器在特定条件下进行波形捕获。
触发功能的正确使用能够帮助实验者提高波形的稳定性和可靠性。
2. 选择合适的带宽示波器的带宽是指示波器能够显示的最高频率的上限。
在实验中，为了确保测量的准确性，实验者应根据被测信号的频率范围选择合适的示波器带宽。
若带宽不足，则会出现信号失真和不准确的情况。
3. 设置合适的垂直和水平缩放垂直缩放是指调整示波器的垂直灵敏度，即使波形在显示屏上充满整个垂直范围。
水平缩放是指调整示波器的水平灵敏度，以适应波形的显示时间和频率。
实验者应根据被测信号的振幅和频率范围，合理设置示波器的垂直和水平缩放，以充满整个显示屏并保持波形的清晰可见。
4. 选择合适的触发模式示波器一般有自动和正常两种触发模式。
自动模式适用于非周期性信号的观测，而正常模式适用于周期性信号的观测。
在实验中，根据被测信号的特点选择合适的触发模式，能够更好地捕获和显示信号的波形。
二、电子数字示波器的使用技巧1. 基本操作在使用示波器之前，首先应熟悉示波器的基本操作。
包括打开示波器电源，连接被测信号，调整触发方式和触发电平，以及调整垂直和水平缩放等。
熟练掌握这些基本操作能够提高实验效率和数据的准确性。
2. 信号标定在实验中，为了测量信号的幅值和频率，需要进行信号标定。
示波器通常有内置的功能可以进行信号标定。
数字示波器的使用方法示波器使用教程示波器使用说明
数字示波器的使用方法示波器使用教程示波器使用说明数字示波器的使用方法数字示波器是一种高精度、高效率的电子测试仪器。
它可以用来测量电流、电压和频率等电性量，并将结果在荧光屏上显示出来，使用户通过视觉直观地了解电路中的信号波形，方便电路的维护和调试。
那么，如何正确地使用数字示波器呢？本文将从示波器的基本原理、使用方法、测量技巧等方面为您进行详细讲解。
一、数字示波器的基本原理数字示波器（Digital Storage Oscilloscope，DSO）是一种能够将模拟信号进行数字化采样并储存的电子仪器。
当模拟信号进入示波器时，它首先会被采样芯片进行采样，并将采集到的模拟信号转换成数字信号，再通过数字电路进行处理，最后在荧光屏上显示出波形图形。
数字示波器的特点是采样率高、带宽宽、噪声小，并且可以通过内置计算机实现多种复杂的测量和分析功能。
因此，数字示波器已成为电子检测和测试领域中不可或缺的工具之一。
二、数字示波器的使用方法1、准备工作在使用数字示波器之前，我们需要准备好测量物、信号源、电缆和示波器。
其中，信号源可以是任何产生模拟信号的电子元件，如信号发生器、函数发生器或示波器本身。
在将信号源与示波器连接时，需要根据连接方式选择合适的接口和电缆类型，例如BNC接口和同轴电缆可以支持50欧姆和75欧姆的传输线，而探头则可以用于连接带有夹子的对接器以测量电源或电路板上的元件。
2、设置示波器使用数字示波器时，我们需要根据测量要求来设置示波器的参数，如垂直和水平缩放、扫描速度、触发方式等。
其中，垂直缩放主要是设置放大倍数和输入阻抗，以确保输入信号在示波器的垂直方向上显示清晰。
水平缩放则需要根据测量信号的周期和带宽来调节。
在示波器的触发方面，根据信号的周期和频率，可以选择自由运行模式、边沿触发模式、视频触发模式等不同的触发方式，以满足不同测量要求。
3、测量信号当示波器设置完成后，我们就可以测量信号波形了。
此时，我们可以通过示波器荧光屏上的波形图形来观察信号的幅度、周期、频率以及相位等电性参数。
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u 1次（基波） 3次
5次
7次
方波(2500次)
u F(x)=2E/ Π(sin(ωt)+1/3sin(3 ωt)+1/5sin(5 ωt)+1/7sin(7 ωt)+……)
u 对于非正弦波由最小值过渡到最大值的时间越短，所含的谐波分量也 就越多，波形所含谐波的频率也越高。
垂直轴 放大器
触发 电路
扫描 电路
水平轴 放大器
显示器
数字存储示波器
u 始于80年代初期。采用现代的A/D技术和计算机技术实现 的示波器，是示波器工业的一次革命，是当今示波器的 主流。
•数字示波器的优点：
• 带宽可以达数10GHz
• 可以捕获瞬态波形 • 可以存储波形 • 易于使用 • 功能更多、应用范围更广泛
视频信号
调制信号
数据串
低频脉冲群
串行数字通讯信号
波形测量参数
数字示波器常用单位
■数字示波器经常使用的单位
单位名称 单位记号
时间单位
秒
ｓ
电压单位
伏特
Ｖ
电流单位
安培
Ａ
频率单位
赫兹
Ｈｚ
■前缀
倍数 ：１０１２ １０９
名称 ：ｔｅｒａ ｇｉｇａ
记号 ： Ｔ
Ｇ
１０６ １０３
ｍｅｇａ ｋｉｌｏ
Ｍ
ｋ
１０－３ １０－６ １０－９ １０－１２
数字化需要的 保持时间
等效采样率
数字示波器一般有两种采样方式
采样方式
实时(real-time) 采样
等效 (repetitive) 采样
Trig 1 Trig 2
Trig n
等效采样
触发点
实时采样捕捉不到的高速信号，可多次触 发并将采集到的数据按时间顺序排列并显 示。
重复信号是前提。
14
Yokogawa Electric Corporation
数字存储示波器基础知识培训
示波器功能
n 具有观测随时间变化的电信号的功能 o 电信号的大小（振幅）、形状 o 同一电信号的2点间的时间差 o 2个电信号间的时间差
l 记录功能 o 画面的打印和保存
l 保存功能 o 以各种文件形式保存
可观察的信号举例
重复周期信号 单次/瞬态信号
重复周期信号中的异常波形
弧状接近正弦波。 u ② 低带宽给波形的上升时间和幅度的测量带来较大的误差。
带宽对信号测试的影响实例
•不同带宽的示波器观察到的50MHz的方波信号
60MHz带宽的 示波器
100MHz带宽的 示波器
350MHz带宽的 示波器
500MHz带宽的示波器
波形的主要谐波分量
u 由于任何非正弦波都可视为无数正弦波组成，因此谐波分 量的多少将直接影响波形的形状。为保证波形不失真，考 虑按基波幅度的10％以上谐波为影响波形的重要因素选择 示波器带宽。
ｍｉｌｉ micro ｎａｎｏ ｐｉｃｏ
ｍ
μ
ｎｐ
前缀一览
倍数 1015 1012 109 106 103 102
10
10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15
前缀名称 ｐｅｔａ ｔｅｒａ ｇｉｇａ ｍｅｇａ ｋｉｌｏ ｈｅｃｔｏ ｄｅｃａ ｄｅｃｉ ｃｅｎｔｉ ｍｉｌｉ
u 对于脉冲波占空比越小，波形所含谐波就越多，谐波频率分量也越高。
、
示波器带宽
u 数字示波器带宽也称为模拟带宽，指示波器前端输入放大器的带宽， 相当于一个低通滤波。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。 V
0dB(100%) -3dB(70.7%)
u 示波器的上升时间则与其带宽有直接关系
micro ｎａｎｏ ｐｉｃｏ ｆｅｍｔｏ
记号 Ｐ Ｔ Ｇ Ｍ ｋ ｈ
ｄａ ｄ ｃ ｍ μ ｎ ｐ ｆ
意思 5
怪物 巨人 大量 1000 100
10 10 100 1000 微小 小人 少量 15
语源 希腊 希腊 希腊或者拉丁语 希腊或者拉丁语 希腊 希腊 希腊 拉丁语 拉丁语 拉丁语 希腊或者拉丁语 希腊或者拉丁语 西班牙 丹麦
示波器主要指标
■带宽
⇒包含在输入信号中的高频成分能够再现到什么程度？
■探头
⇒ 选择最合适的探头
■采样率
⇒ 数字化的时侯，时间轴的最小分辨率是多少？
■存储容量
⇒最多可以记录多少数据？
■触发(触发模式)
⇒什么时候开始观测波形？
波的组成
u 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。
•数字示波器的缺点：
• 波形捕获速度慢 • 量化噪声 • 价格相对较贵
数字存储示波器原理框图
模拟输入
电压
A/D转换
电压
采样保持
采样时钟
时间
数字输出
二进制代码化
电压
Voltage
量化 时间
采样
采样是等间隔地进行的。 采样率以 “点/秒”来表示。 有实时采样、随机等效采样、等效采样等方式
采样点
采样间隔
仪器带宽
f
幅频特性曲线
带宽对波形的影响
u 如果要对波形进行准确测量应该让示波器的带宽大于波形的主要谐波 分量。因此对于正弦波可以要求示波器的带宽大于波形的频率，但是 对应非正弦波则要求示波器的带宽大于波形的最大主要谐波频率。
u 对于带宽带来的波形影响具体表现在以下两方面： u ① 由于低带宽导致的主要谐波分量消失，使原本规则的波形呈圆
模拟示波器
纯“模拟”技术实现。
•模拟示波器的优点：
•快速的波形捕获速度 •灰度显示 •价格便宜
•模拟示波器的缺点：
• 不能存储波形 • 很难捕获瞬态现象 • 带宽窄，只能到几百MHz • 通道数一般最多只有2个通道 • 参数测量很麻烦 • 不能作复杂的应用
（ａ）模拟示波器
示波器分类
信号
衰减器 前置放大器
数字滤波幅频特性
① 低通
-3dB
② 高通
-3dB
频率上限
③ 带通 频率下限
-3dB
④ 带阻
频率下限 频率上限
-3dB
频率下限 频率上限
频率上限
频率下限
…..
频率上限 频率下限
频率上限
频率下限
…..
带宽与上升时间
u 上升时间通常定义为信号从上升跳变沿的10％到90％的时间长度。
90%
10% 上升时间
正弦波 方波 三角波 脉冲波（占空比50％） 脉冲波（占空比25％） 脉冲波（占空比10％）
无谐波分量 1:9 1:3 1:9 1:14 1:26
示波器的带宽限制功能
u 大多数示波器中存在限制示波器带宽的电路。限制带宽后， 可以减少显示波形中不时出现的噪声，显示的波形会显得 更为清晰。请注意，在消除噪声的同时，带宽限制同样会 减少或消除高频信号成分。