數(shù)字示波器的調(diào)理與使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)識(shí)示波器的構(gòu)造與示波原理掌握示波器的使用方法，學(xué)會(huì)用示波器觀察各樣電信號(hào)的波形學(xué)會(huì)用示波器測(cè)正弦溝通信號(hào)的電壓幅值及頻次學(xué)會(huì)用李薩如圖法，丈量正弦信號(hào)頻次二、實(shí)驗(yàn)儀器RIGOLDS1000E型數(shù)字儲(chǔ)存示波器，ＤＧ１０２２函數(shù)波形發(fā)生器三、實(shí)驗(yàn)原理1、雙蹤示波器的原理：雙蹤示波器控制電路主要包含：電子開關(guān)、垂直放大電路、水平放大電路、掃描發(fā)生器、同步電路、電源等。Y圖1.雙蹤示波器原理方框圖此中，電子開關(guān)使兩個(gè)待測(cè)電壓信號(hào)YCH1和YCH2周期性地輪番作用在Y偏轉(zhuǎn)板，這樣在熒光屏上忽而顯示YCH1信號(hào)波形，忽而顯示YCH2信號(hào)波形。因?yàn)闊晒馄翢晒馕镔|(zhì)的余輝及人眼視覺滯留效應(yīng)，熒光屏上看到的是兩個(gè)波形。假如正弦波與鋸齒波電壓的周期略不同，屏上出現(xiàn)的是一挪動(dòng)的不穩(wěn)固圖形，這是因?yàn)閽呙栊盘?hào)的周期與被測(cè)信號(hào)的周期不一致或不呈整數(shù)倍，致使每次掃描開始時(shí)波形曲線上的起點(diǎn)均不同樣所造成的。為了獲取必定數(shù)目的完好周期波形，示波器上設(shè)有“time/div”調(diào)理旋鈕，用來調(diào)理鋸齒波電壓的周期，使之與被測(cè)信號(hào)的周期呈適合的關(guān)系，進(jìn)而顯示出完好周期的正弦波形。當(dāng)掃描信號(hào)的周期與被測(cè)信號(hào)的周期一致或是整數(shù)倍，屏上一般會(huì)顯示出完好周期的正弦波形，但因?yàn)榄h(huán)境或其余要素的影響，波形會(huì)挪動(dòng)，為此示波器內(nèi)裝有掃描同步電路，同步電路從垂直放大電路中拿出部分待測(cè)信號(hào)，輸入到掃描發(fā)生器，迫使鋸齒波與待測(cè)信號(hào)同步，此稱為“內(nèi)同步”。假如同步電路信號(hào)從儀器外面輸入，則稱為“外同步”。2．示波器顯示波形原理：假如在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的X偏轉(zhuǎn)板加上示波器內(nèi)部的鋸齒波，當(dāng)鋸齒波電壓的變化周期與正弦電壓的變化周期相等時(shí)，則在熒光屏大將顯示出完好周期的正弦波形，如圖2所示。假如在示波器的YCH1、YCH2端口同時(shí)加上正弦波，在示波器的X偏轉(zhuǎn)板加上示波器內(nèi)部的鋸齒波，則在熒光屏上將獲取兩個(gè)正弦波。圖2.示波器顯示正弦波形的原理3、數(shù)字儲(chǔ)存示波器的基來源理數(shù)字儲(chǔ)存示波器的基來源理框圖如圖3所示：圖3.數(shù)字儲(chǔ)存示波器的基來源理框圖數(shù)字示波器是依據(jù)采樣原理，利用A/D變換，將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槭⒌臄?shù)字序列，而后進(jìn)行恢復(fù)重修波形，進(jìn)而達(dá)到丈量波形的目的。輸入緩沖器放大器（AMP)將輸入的信號(hào)作緩沖變換，起到將被測(cè)體與示波器隔離的作用，示波器工作狀態(tài)的變換不會(huì)影響輸入信號(hào)，同時(shí)將信號(hào)的幅值切換至適當(dāng)?shù)碾娖椒秶ㄊ静ㄆ髂軌蜣k理的范圍），也就是說不同幅值的信號(hào)在經(jīng)過輸入緩沖放大器后都會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑯与妷悍秶鷥?nèi)的信號(hào)。A/D單元的作用是將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槭⒌臄?shù)字序列，而后依據(jù)數(shù)字序列的先后次序重修波形。因此A/D單元起到一個(gè)采樣的作用，它在采樣時(shí)鐘的作用下,將采樣脈沖到來時(shí)刻的信號(hào)幅值的大小轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字表示的數(shù)值。這個(gè)點(diǎn)我們稱為采樣點(diǎn)。A/D變換器是波形收集的重點(diǎn)零件。多路選通器（DEMUX）將數(shù)據(jù)依據(jù)次序擺列，馬上A/D變換的數(shù)據(jù)依據(jù)其在模擬波形上的先后次序存入儲(chǔ)存器，也就是給數(shù)據(jù)安排地點(diǎn)，其地點(diǎn)的次序就是采樣點(diǎn)在波形上的次序，采樣點(diǎn)相鄰數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔就是采樣間隔。數(shù)據(jù)收集儲(chǔ)存器（AcquisitionMemory)是將采樣點(diǎn)儲(chǔ)存下來的儲(chǔ)存單元，他將采樣數(shù)據(jù)依據(jù)安排好的地點(diǎn)儲(chǔ)存下來，當(dāng)收集儲(chǔ)存器內(nèi)的數(shù)據(jù)足夠還原波形的時(shí)候，再送入后級(jí)辦理，用于還原波形并顯示。辦理器（μP）及顯示內(nèi)存（DisplayMemory)。辦理器用于控制和辦理全部的控制信息,并把采樣點(diǎn)還原為波形點(diǎn)，存入顯示內(nèi)存區(qū)，并用于顯示。顯示單元（Display)將顯示內(nèi)存中的波形點(diǎn)顯示出來，顯示內(nèi)存中的數(shù)據(jù)與LCD顯示面板上的點(diǎn)是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。4、李薩如圖形的基來源理假如在示波器的CH1通道加上一正弦波，在示波器的CH2通道加上另一正弦波，當(dāng)兩正弦波信號(hào)的頻次比值為簡單整數(shù)比時(shí)，在熒光屏大將獲取李薩如圖形，以下圖所示。這些李薩如圖形是兩個(gè)互相垂直的簡諧振動(dòng)合成的結(jié)果，它們知足此中，f

x代表

CH1通道上正弦波信號(hào)的頻次，

f

y

代表

CH2通道上正弦波信號(hào)的頻次，nx

代表李薩如圖形與設(shè)想水平線的切點(diǎn)數(shù)目，

ny

代表李薩如圖形與設(shè)想垂直線的切點(diǎn)數(shù)目。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、察看各樣波形并丈量正弦波形的電壓、周期和頻次。調(diào)理信號(hào)發(fā)生器，分別察看三角波、方波、正弦波形三種，熟習(xí)信號(hào)發(fā)生器和示波器的使用。選擇三個(gè)頻次段正弦波形，分別丈量對(duì)應(yīng)波形電壓（峰-峰值）、周期和頻次。將數(shù)據(jù)填入表格，并計(jì)算絕對(duì)偏差。（注：標(biāo)準(zhǔn)值即信號(hào)發(fā)生器顯示的值）2、利用李薩如圖形測(cè)頻次將兩信號(hào)發(fā)生器分別從示波器的CH1輸入端和CH2輸入端輸入,將CH1和CH2輸入端信號(hào)置于XY模式，可保持CH1輸入端信號(hào)發(fā)生器的頻次不變（比如fx=100Hz）,調(diào)理CH2輸入端信號(hào)發(fā)生器的頻次,使屏中出現(xiàn)大小適中的圖形，即出現(xiàn)如講義中所示的李莎如圖形,計(jì)算出fy，讀出信號(hào)發(fā)生器上CH2輸入端信號(hào)的頻次fy?,比較fy和fy?。1、察看各樣波形正弦波、鋸齒波和三角波，丈量3種正弦波形的電壓、頻次和周期，計(jì)算相對(duì)偏差。（注：標(biāo)準(zhǔn)值即信號(hào)發(fā)生器顯示的值）丈量值標(biāo)準(zhǔn)值丈量值標(biāo)準(zhǔn)值丈量值標(biāo)準(zhǔn)值信號(hào)1相對(duì)偏差信號(hào)2相對(duì)偏差信號(hào)3相對(duì)偏差2、利用李薩如圖形測(cè)頻次（攝影片）1：12：13：1fx（CH1）(Hz)100100100李薩如圖形fy(Hz)（計(jì)算值）fy?(Hz)（丈量值）五、思慮題若在示波器上看到的波形幅度太小，應(yīng)調(diào)理哪個(gè)旋鈕，使波形的大小適中？如何用示波器定量地丈量溝通信號(hào)的電壓有效值和頻次？察看兩個(gè)信號(hào)的合成李薩如圖形時(shí)，應(yīng)如何操作示波器？實(shí)驗(yàn)儀器RIGOLDS1000E型數(shù)字儲(chǔ)存示波器觸發(fā)中狀態(tài)邊緣觸發(fā)脈寬觸發(fā)有關(guān)知識(shí)儲(chǔ)示波器的主要技術(shù)指標(biāo)：1．最大取樣速率fmax定義：單位時(shí)間內(nèi)達(dá)成的完好A／D變換的最高次數(shù)。最大取樣速率主要由A／D變換器的最高變換速率來決定。最大取樣速率愈高，儀器捕獲信號(hào)的能力愈強(qiáng)。數(shù)字儲(chǔ)存示波器在某個(gè)丈量時(shí)刻的實(shí)質(zhì)取樣速率可依據(jù)示波器當(dāng)時(shí)設(shè)定的掃描時(shí)間因數(shù)（t/div）計(jì)算。其計(jì)算公式為式中，N——每格的取樣數(shù)，t/div——掃描時(shí)間因數(shù)，掃描一格所占用的時(shí)間，亦稱掃描速度。2．儲(chǔ)存帶寬：儲(chǔ)存帶寬與取樣速率親密有關(guān)。依據(jù)奈奎斯特取樣定理，假如取樣速率大于或等于信號(hào)最高頻次重量的2倍，即可重現(xiàn)原信號(hào)波形。實(shí)質(zhì)上，在數(shù)字存儲(chǔ)示波器的設(shè)計(jì)中，為保證顯示波形的分辨率，常常要求增添更多的取樣點(diǎn)，一般一個(gè)周期取4～10點(diǎn)。帶寬是決定示波器正確丈量信號(hào)的能力的基本參數(shù)之一。帶寬是表征示波器能正確丈量的頻次范圍。帶寬的定義是指正弦輸入信號(hào)衰減至真切幅值的70.7%(-3dB)的頻次點(diǎn)。沒有足夠的帶寬，示波器就不可以觀察到高頻的變化。幅值將會(huì)失真，信號(hào)沿將會(huì)變得緩和，細(xì)節(jié)將會(huì)丟掉。5倍原則：示波器需要的帶寬=丈量信號(hào)的最高頻次重量的頻次X55倍原則能夠供給+/-2%的丈量偏差，關(guān)于往常的應(yīng)用已足夠。3．分辨率：分辨率用于反應(yīng)儲(chǔ)存信號(hào)波形細(xì)節(jié)的綜合特征。分辨率包含垂直分辨率和水均分辨率。垂直分辨率與A/D變換器的分辨率相對(duì)應(yīng)，常以屏幕每格的分級(jí)數(shù)(級(jí)/div)表示。水均分辨率由儲(chǔ)存器的容量來決定，常以屏幕每格含多少個(gè)取樣點(diǎn)（點(diǎn)/div）表示。4．儲(chǔ)容量：儲(chǔ)存容量又稱記錄長度，用記錄一幀波形數(shù)據(jù)據(jù)有的儲(chǔ)存容量來表示，常以字（word）為單位。儲(chǔ)存容量與水均分辨率在數(shù)值上互為倒數(shù)關(guān)系。數(shù)字儲(chǔ)存器的儲(chǔ)存容量往常采納256B，512B，1KB，4KB等。儲(chǔ)存容量愈大，水均分辨率就愈高。但儲(chǔ)存容量并不是越大越好，因?yàn)閮x器最高取樣速率的限制，若儲(chǔ)存容量選用不適合，常常會(huì)因時(shí)間窗口縮短而失掉信號(hào)的重要成分，或許因時(shí)間窗口增大而使水均分辨率降低。5．讀出速度：讀出速度是指將儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)從儲(chǔ)存器中讀出的速度，常用(時(shí)間)/div表示。此中，時(shí)間等于屏幕中每格內(nèi)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)存容量×讀脈沖周期。使用時(shí)，示波器應(yīng)依據(jù)顯示器、記錄裝置或打印機(jī)等對(duì)速度的不同要求，選擇不同的讀出速度。注意事項(xiàng)1、AC電源輸入應(yīng)當(dāng)在100V-240V，47-63Hz±10%的選擇電壓范圍之內(nèi)。2、第一次使用前先確認(rèn)安裝正確的保險(xiǎn)絲值

:100V-240VAC

輸入電壓

:T2A/250V。3、接地警示:為防止電擊，電源線的地線一定接地。使用本機(jī)時(shí)，為保證使用者的安全及周邊儀器安全，在與產(chǎn)品