数字示波器原理与应用
实验53+数字示波器的原理与使用
配合多功能旋钮对较大范围变动的参数进行调节．
2. EE1641B1 型函数信号发生器
图 53-5 是 EE1641B1 函数信号发生器的面板配置图，它可以产生频率从 0.2Hz 到 2MHz 的多种波形信号，输出电压为 10mV～10V，最大衰减达 60dB．下面介绍实验中常用按键 和旋钮的功能．
采样与 A/D 转换
存储器
显示
程．显示波形时，数字示波器 在 CPU 和逻辑控制电路的参
外触发
触发电路
逻辑控 制电路
控制 地址
CPU
与下将数据从存储器中读出 并稳定的显示在显示屏上．
输入/输出接口
由于已将模拟信号转换
图 53-1 数字示波器的原理框图
成数字量存放在存储器中，利用数字示波器可对其进行各种数学运算（如两个信号相加、 相减、相乘、快速傅里叶变换）以及自动测量等操作，也可以通过输入/输出接口与计算 机或其他外设进行数据通信．
TTL输出端口
输出一频率可调的方波信号．
【实验内容与步骤】
1．示波器的设置及其与探头的匹配
(1) 按动功能控制区中的存储按键“Storage”，如图 53-4 所示．在屏幕上出现选项菜 单之后再按动“默认设置”选项所对应的功能菜单设置键，从而将示波器恢复到默认设置 状态．
(2) 将无源探头的 Q9 头固定示波器的信号输入通道 CH2/CH1，从外部接入一安全信 号，按动自动按键“AUTO”，检查无源探头的信号线（探针）及屏蔽线（接地鳄鱼夹）有 无故障或接触不良．
显示“光标”菜单．可选择自动、手动、跟踪等模式，屏幕上能自动显示光标 所在位置对应的数据，可通过“多功能旋钮”改变菜单高亮光标的位置．
显示“显示”菜单．可对显示类型、菜单保持时间、屏幕网格、亮度等进行设 置．
实验2 示波器的原理与应用 (数字示波器) h 10.9
实验2 示波器的原理与应用（补充教材）示波器是用来测量被测信号随时间变化特性的电子测量仪器。
示波器既能观测反映电压和电流信号（需用采样示波器）随时间变化的特性，还能捕捉各种非周期性信号（如随机脉冲）。
用示波器测量的物理量包括：幅度、频率、直流偏置、占空比等，用双踪示波器还可以检测两路信号在幅度、频率和相位之间的相对关系。
在科研和生产实践中，常使用各类传感器（热敏、光电、压电、磁电等传感器），先将待检测的物理量（如温度、光强、压力、磁场、密度、距离等）转化成电学信号，再用示波器来监测。
实验室中，常用的两大类示波器：模拟示波器和数字示波器。
1900年，物理学教授卡尔·费丁南德·布劳恩( Karl Ferdinand Braun)发明了世界上第一个阴极射线管（显像管，Cathode Ray Tube，简称CRT））模拟示波器，他将待测量的电压信号施加在平板电容两端引起电子束的纵向偏转，以便在荧光屏上观测信号的变化。
在1946年，人们发明更通用的触发-扫描功能的模拟示波器。
后来，WalterLeCory借助高速的模拟-数字转换芯片（也叫模数转换器，Analog-to-Digital Converter，以下简称ADC），发明了数字存储示波器（DigitalStorageOscilloscope，以下简称DSO）。
DSO先用ADC将待测的物理量转换成数字量，保存在存储芯片中，后续处理单元读取数据后再进行分析、显示。
随着半导体技术的不断发展，数字存储示波器的触发、分析、测量等功能越来越强大，1980年之后逐步普及开来，使示波器广泛应用在科研、工业、国防等很多领域中。
【实验目的】1．了解示波器的结构与工作原理，学习示波器的使用方法；2．学习函数信号发生器的使用方法；3．观察交流信号波形，测量信号的幅度与周期；4．观察李萨如图，测量信号频率。
5．观测两正弦信号波形的相位差。
【预备问题】1．从CH1通道输入1 V、1 kHz的正弦波，如何操作显示该信号波形？2．当波形水平游动时，如何调节才能使波形稳定？3．如何测量波形的幅度与周期？4．观察李萨如图形时，李萨如图形一般都在动，原因是什么？如何使波形稳定？【实验仪器】示波器、函数信号发生器。
数字存储示波器 实验报告
数字存储示波器实验报告数字存储示波器实验报告引言：示波器是电子工程师和科学家们在实验室中经常使用的一种仪器，用于观察和测量电信号的波形。
传统的示波器采用模拟技术，但随着数字技术的发展，数字存储示波器逐渐取代了传统示波器的地位。
本实验报告将介绍数字存储示波器的原理、特点以及在实验中的应用。
一、数字存储示波器的原理数字存储示波器是通过将输入信号转换为数字信号进行处理和存储，然后再将数字信号转换为模拟信号输出，从而实现对波形的观察和测量。
其基本原理如下：1. 采样：数字存储示波器通过采样电路对输入信号进行采样，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样频率越高，采样精度越高，可以更准确地还原原始信号的波形。
2. 数字化：采样后的信号经过模数转换器（ADC）转换为数字信号。
模数转换器将每个采样点的电压值转换为相应的数字代码，以便后续的数字处理和存储。
3. 存储：数字存储示波器使用内部存储器或外部存储介质（如硬盘、闪存等）对采样后的数字信号进行存储。
存储器的容量决定了示波器可以存储的波形长度。
4. 数字处理：存储的数字信号可以进行多种数字信号处理操作，例如平均、峰值检测、FFT变换等。
这些处理操作可以提取出信号的特征，帮助工程师进行更深入的分析和测量。
5. 数字到模拟转换：经过数字处理后，数字信号再通过数模转换器（DAC）转换为模拟信号，输出到示波器的显示屏上。
通过示波器的控制面板，用户可以观察和测量信号的波形、幅值、频率等参数。
二、数字存储示波器的特点与传统示波器相比，数字存储示波器具有以下特点：1. 高精度：数字存储示波器采用数字信号处理，可以实现更高的采样精度和分辨率，对细微的信号变化更敏感。
2. 大容量存储：数字存储示波器内置存储器容量较大，可以存储更长时间的波形数据。
这对于长时间的信号观察和分析非常有用。
3. 方便回放：数字存储示波器可以将存储的波形数据进行回放，以便工程师反复观察和分析。
这对于捕捉瞬态信号、故障诊断等应用非常重要。
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。
数字示波器的原理与应用
数字示波器的原理与应用一、简介数字示波器（Digital Oscilloscope）是一种基于数字信号处理技术的电子测量仪器，广泛应用于电子、通信、医疗等领域。
它能够对电信号进行精确的采样和测量，并以波形图的形式展示出来。
数字示波器不仅能够替代传统的模拟示波器，还具有更高的测量精度、更多的功能选项和更方便的数据处理能力。
二、数字示波器的原理数字示波器原理主要涉及到以下几个方面：1. 信号采样数字示波器通过模拟信号的采样来获取信号波形数据。
它使用一个或多个模拟到数字转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
这些数字信号可以被数字处理器进一步处理和显示。
2. 存储与处理数字示波器将采样得到的波形数据存储在内部的存储器中，并对这些数据进行进一步的处理。
它可以对信号进行多种算法的处理，如FFT变换、滤波、数学运算等，以满足不同应用场景的需求。
3. 显示与操作数字示波器将处理后的波形数据以图像的形式展示出来，供用户进行观察和分析。
用户可以通过操作示波器上的按钮、旋钮或者通过计算机远程控制来选择不同的测量参数，调整显示范围和触发条件等。
三、数字示波器的应用数字示波器广泛应用于各个领域，以下列举其中几个典型的应用场景：1. 电子设备测试数字示波器可以用于对电子设备进行各种测试和分析。
例如，可以用它来测量电路的频率、幅值、相位、变化率等参数。
它还可以用于故障诊断，帮助工程师找出电路中的问题，并进行修复。
数字示波器具有较高的测量精度和刷新率，能够对信号进行细致的观察和分析。
2. 通信系统调试数字示波器在通信系统的调试中起着重要的作用。
它可以用于观察和分析各种信号的波形，如音频信号、视频信号、射频信号等。
通过对信号的观察和分析，可以找出系统中存在的问题，并进行优化和调整。
数字示波器可以方便地对不同通信信号进行采集和显示，提高了调试的效率。
3. 医学诊断数字示波器在医学诊断中也有广泛的应用。
数字示波器原理与应用
数字示波器原理与应用数字示波器是一种基于数字信号处理技术的电子测试设备，用于观测和测量电信号的波形和各种电气参数。
其工作原理是将被测信号采样并转换为数字信号，然后通过数字处理算法恢复出原始信号的形态和参数。
数字示波器的工作过程可以分为以下几个步骤：1. 采样：示波器通过内部或外部的采样电路对被测信号进行采样，通常采用的是均匀采样方式。
采样定理要求采样频率至少是被测信号最高频率的两倍，以确保采样的准确性。
2. AD转换：模拟信号经过采样后，通过模数转换器（A/D转换器）将其转换为数字信号。
A/D转换器将连续的模拟信号转换为离散的数字数值，采用的常见方式有闩锁式转换、逐次逼近转换等。
3. 存储：数字示波器将转换后的数字信号进行存储，并按照一定的时间顺序排列。
存储器的容量决定了示波器能够存储的信号长度，而存储速度则影响了示波器的最大采样率。
4. 数字处理：通过数字信号处理算法，示波器对存储的数字信号进行处理和分析，恢复出原始信号的形态和各种电气参数。
常见的处理算法包括傅里叶变换、滤波、频谱分析、触发等。
数字示波器的应用非常广泛，常见的应用领域包括电子工程、通信、计算机、医学等。
它具有以下优点：1. 储存容量大：数字示波器的存储器容量通常远大于模拟示波器，可以存储更长的信号和更多的波形，方便分析和比较。
2. 数据处理灵活：数字示波器可以通过软件对采样数据进行各种算法处理和分析，例如滤波、傅里叶变换、触发等，方便用户获取更多的信息。
3. 显示效果好：数字示波器通过数字显示技术，能够实时显示信号的波形、参数和频谱等，操作界面直观清晰。
4. 其他功能完善：数字示波器通常还具备存储和导出数据、自动测量、自动报警等功能，提高了工作效率和可靠性。
数字示波器的发展已经取代了传统的模拟示波器，在现代电子测量领域得到广泛应用。
随着技术的不断发展，数字示波器的性能和功能还将进一步提高，满足不同领域的需求。
示波器的原理及应用误差
示波器的原理及应用误差一、示波器的原理示波器是一种用于显示电压波形的仪器，它可以将电信号转换成可视化的波形，使信号的特征、频率和幅度等参数能够直观地被观测和分析。
示波器的工作原理主要包括以下几个方面：1.信号采集：示波器通过探头将待测信号引入示波器，探头负责将电压信号转换成示波器可以处理的电信号，一般来说示波器采用阻抗匹配的方式，以尽量减小对被测电路的影响。
2.信号放大：示波器会对采集到的信号进行放大处理，使得信号波形能够在示波器的屏幕上得到清晰的显示。
3.信号显示：经过放大处理的信号波形会在示波器的屏幕上显示出来，示波器的屏幕一般是由阴极射线显示器或液晶显示器组成。
4.触发与扫描：示波器需要通过触发电路来确定信号的起始点，以保证每一次显示的信号波形都是连续的。
同时，示波器还通过扫描电路来控制水平和垂直方向的信号显示，以实现波形的水平和垂直移动、放大和缩小等操作。
示波器可以通过选择合适的时间基准和垂直增益来调整波形的显示范围，以便更好地观测和分析电信号的特征。
二、示波器的应用误差在实际应用中，示波器的测量结果可能存在误差，以下是一些常见的示波器的应用误差：1.带宽误差：示波器的带宽是指示波器所能测量的最高频率信号。
然而，示波器的实际带宽可能会存在误差，这是因为示波器的输入电路和放大器在工作时会引入一定的频率响应误差，从而导致示波器在高频信号测量时会出现幅度衰减和相位失真。
2.垂直增益误差：示波器的垂直增益是指示波器的输入电压与显示屏上垂直尺度的对应关系。
然而，示波器的垂直增益可能会存在误差，这是由于示波器的放大器、探头和输入电路等因素引入的增益非线性误差。
3.时间测量误差：示波器的时间基准是指示波器在测量时间时所使用的参考信号。
然而，示波器的时间测量可能会存在误差，这是因为示波器内部的触发电路、扫描电路以及时钟稳定性等因素引入的时间测量误差。
4.示波器通道间的差异：示波器通常具有多个通道，每个通道都可以独立地测量信号。
数字示波器的原理与使用
数字示波器的原理与使用示波器一般分为模拟示波器和数字示波器；在很多情况下，模拟示波器和数字示波器都可以用来测试，不过我们一般使用模拟示波器测试那些要求实时显示并且变化很快的信号，或者很复杂的信号。
而使用数字示波器来显示周期性相对来说比较强的信号，另外由于是数字信号，数字示波器内置的CPU或者专门的数字信号处理器可以处理分析信号，并可以保存波形等，对分析处理有很大的方便。
数字存储示波器是20世纪70年代初发展起来的一种新型示波器。
这种类型的示波器可以方便地实现对模拟信号波形进行长期存储并能利用机内微处理器系统对存储的信号做进一步的处理，例如对被测波形的频率、幅值、前后沿时间、平均值等参数的自动测量以及多种复杂的处理。
数字存储示波器的出现使传统示波器的功能发生了重大变革。
【实验目的】1、了解数字式示波器的基本原理；2、学习数字式示波器的基本使用方法；3、使用数字示波器观测信号波形和李萨如图形。
【实验仪器】SDS1072CNL数字示波器，SIN一2300A系列双轨道DDS信号发生器【仪器介绍】SDS1072CNL数字示波器的前面板功能介绍见图4-11-7所示。
1.电源开关2.菜单开关3.万能旋钮4.功能选择键5.默认设置6.帮助信息7.单次触发8.运行/停止控制9.波形自动设置10.触发系统11.探头元件12.水平控制系统13.外触发输入端14.垂直控制系统15.模拟通道输入端16.打印键17.菜单选项B Host图4-11-7数字示波器的前面板1、垂直控制可以使用垂直控制来显示波形(按CH1或CH2)、调整垂直刻度(V-mV)和位置(Position)。
每个通道都有单独的垂直菜单。
每个通道都能单独进行设置。
1.CH1、CH2：模拟输入通道。
两个通道标签用不同颜色标识，且屏幕中波形颜色和输入通道连接器的颜色相对应。
按下通道按键可打开相应通道及其菜单，连续按下两次可关闭该通道。
2.MATH：按下该键打开数学运算菜单，可进行加、减、乘、除、FFT运算。
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5 波形记录图标
6 触发状态
数字示波器的探头输入端
数字示波器的按键区
数字示波器的光标操作
光标 (Cursor)
光标是为了在屏幕上进行波形测量而放置的标记。
如一个1：1时动态范围为50V的无源探头，若将其衰减切换开关 放在10：1的位置，其动态范围就变为500V。
探头的补偿
大多数探头都有补偿功能。 大多数探头都有补偿功能。 调节探头内的补偿网络， 调节探头内的补偿网络，可 使信号失真达到最小。 使信号失真达到最小。 补偿时应使用示波器上提供 的标准信号。 的标准信号。
数字示波器的一个非常重要的指标：采样率 数字示波器的一个非常重要的指标：
采样率是指采样设备单位时间内对待测信号采样的次数。 单位为S/s（采样点/秒）。 采样率分为实时采样率和等效采样率。
数字示波器的等效采样
等效采样的工作原理与模拟取样示波器相似。 等效采样的工作原理与模拟取样示波器相似。 通常的数字示波器的等效采样率可达几GS/s到几十 通常的数字示波器的等效采样率可达几 到几十 GS/s。 。
数字示波器的互连特性
超声部件方向图测量系统
麦克风 转台
计算机
RS232
USB 同轴线
放大器
示波器
超声部件方向图测量系统
数字示波器的基本操作
偏转因数：在输入信号作用下，光点在荧光屏上垂直方向移动 1格所需的电压值，单位为“V/div”或“mV/div”。 偏转因数越小，表示示波器观测微弱信号的能力越强。
模拟示波器的主要技术指标
CH1信号的峰峰值约为：2div*50mV/div=100mV。 周期约为：3.6div*0.4ms/div=1.44ms CH2信号的峰峰值约为：2.5div*2V/div=5V。
输入方式
直流（DC）：直接耦合。 交流（AC）：通过隔直电容耦合。 接地（GND）：将输入接地，用于测量前确定零电平位置。
模拟示波器的主要技术指标
触发源选择方式
触发源是指用于提供产生扫描同步信号的来源。 内触发（INT）：由被测信号产生同步触发信号。 外触发（EXT）：由外部输入信号产生同步触发信号。 电源触发（LINE）：利用50Hz工频电源产生同步触发信号。
实验： 实验：使用数字示波器观察基本波形
观察由信号源产生的正弦信号，并测量其各项参数： 观察由信号源产生的正弦信号，并测量其各项参数：
频率、周期。 峰峰值（Vpp）、有效值（RMS）。
观察由信号源产生的方波信号，并测量其各项参数： 观察由信号源产生的方波信号，并测量其各项参数：
频率、周期。 峰峰值（Vpp）、有效值（RMS）。 占空比。 上升时间、下降时间。
机械工业出版社 古天祥等编著
模拟示波器的主要技术指标
频带宽度BW和上升时间 和上升时间 频带宽度
频带宽度：输入信号上、下限频率之差。 上升时间：与频带宽度有关，它表示由于输入信号频 带宽度的限制，当输入一个理想阶跃信号时，显示波 形的上升沿的幅度从10%上升到90%所需的时间。 频带宽度与上升时间的关系可近似表示为：
数字示波器的探头
对示波器探头的要求： 对示波器探头的要求：
将待测信号以较小的失真引入示 波器。 对待测系统产生最小的影响。
探头的功能
在测试点或信号源与示波器之间 建立一条信号的物理连接。
理想的探头
连接方便。 绝对的信号保真度。 零信号源负荷。 能够全面抗噪声。
实验： 实验：观察瞬态非周期信号的波形
利用示波器的触发功能观察一个瞬态非周期信号的波形， 利用示波器的触发功能观察一个瞬态非周期信号的波形， 比较各种不同触发功能。 比较各种不同触发功能。
实验：使用数字示波器计算信号的 实验：使用数字示波器计算信号的FFT
FFT计算中的假波现象 计算中的假波现象
观察由信号源产生的正弦信号的FFT变换 观察由信号源产生的正弦信号的 变换
掌握如何对信号进行FFT变换。 掌握FFT变换中频域的读数。
观察失真后的正弦信号的FFT变换 变换 观察失真后的正弦信号的
比较失真后的正弦信号的FFT与原信号的FFT之间的区别。 FFT FFT
数字示波器的操作
基本操作
正弦、方波信号的测量。 自动设置功能。 使用光标。
高级操作
使用触发捕捉单次信号。 信号的FFT运算。
数字示波器的基本操作
数字示波器的屏幕显示
4 展开点 3 触发位置 7 触发电平 2 运行、停 止状态 8 光标或测 量读数 1 波形基线 9 触发设置信息 13 通道读数显示 11 水平读数显示
模拟示波器的主要技术指标
一些典型信号的上升时间与信号带宽
模拟示波器的主要技术指标
时基因数
时基因数：表示单位距离代表的时间，单位为us/cm或 ms/div。 当选择较小的时基因数时，可将高频信号在水平方向上展开。
偏转因数
模拟示波器的主要技术指标
输入阻抗
当被测信号接入示波器时，输入阻抗成为被测信号的等效负载。 当输入直流信号时，输入阻抗用输入电阻表示，一般为1MΩ 。 当输入交流信号时，输入阻抗用输入电阻和输入电容并联表示， 一般输入电阻为1MΩ ，输入电容一般为33pF。 输入阻抗通常还与使用的探头有关。
数字存储示波器 原理与应用
大连理工大学 电信学院 赵泰洋 taiyang@
主要内容
1. 电子测量课程内容概述 2. }, 3. G 拟 发 过 工
4. 数字存储示波器的工作原理与使用方法 5. n 个 数 构 动测试系 动测试系统
电子测量课程内容概述
0.35 tr [ µ s ] ≈ BW [ MHz ]
例如，对于带宽为 的示波器， 例如，对于带宽为100MHz的示波器，上升时间约为 的示波器 上升时间约为3.5ns。 。
五倍准则： 示波器带宽应为待测信号最高频率的五倍。
模拟示波器的主要技术指标
图中所示三个信号分别 是400MHz，100MHz和 ， 和 10MHz带宽下获得的信号。 带宽下获得的信号。 带宽下获得的信号
数字示波器的探头
探头的频率特性
多数示波器探头可以看作一个低通滤波器。 多数示波器探头可以看作一个低通滤波器。 针对不同带宽的示波器应选用不同的探头。 针对不同带宽的示波器应选用不同的探头。
探头的动态范围
所有探头都有其电压安全极限，我们称其为动态范围。 所有探头都有其电压安全极限，我们称其为动态范围。 通常无源探头的动态范围可以从几百伏到上千伏， 通常无源探头的动态范围可以从几百伏到上千伏，而有源 动态范围一般只有十几伏。 探头的 动态范围一般只有十几伏。 可利用衰减功能来提高探头的动态范围。 可利用衰减功能来提高探头的动态范围。
数字示波器的触发功能
触发功能
数字化仪器区别于传统仪器的功能之一。 在使用者设置一定的触发条件后，仪器对输入信号进行监测，当 输入信号达到之前所设置的触发条件后，将触发点前后的一段信 号存储并显示。 触发方式分为：自动触发、正常触发和单次触发。 触发条件有：边沿、视频等。
模拟示波器的工作原理
取样示波器的工作原理
数字示波器与模拟示波器
数字示波器的内部功能框图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数字示波器的采样率
测量总论及误差理论 基本电参量测量
时间与频率测量：频率计。 电压测量：直流、交流电压表。 阻抗测量：阻抗分析仪。
时域测量： 时域测量：示波器 频域测量
信号分析和频域测量：频谱分析仪。 频率特性测量：扫频仪。 线性系统网络分析：网络分析仪。
数据域测量（逻辑分析仪、 数据域测量（逻辑分析仪、误码 仪） 测试系统集成技术