示波器论文.doc

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1、示波器的介绍和使用示波器是一种图形显示设备，它描绘电信号的波形曲线。这一简单的波形能 够说明信号的许多特性：信号的时间和电压值、振荡信号的频率、信号所代表电 路中“变化部分”信号的特定部分相对于其它部分的发生频率、 是否存在故障部件 使信号产生失真、信号的 DC 成份和 AC 成份、信号的噪声值和噪声随时间变化 的情况、比较多个波形信号等。示波器的发展初期主要为模拟示波器， 模拟示波器要提高带宽， 需要示波管、 垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的 A/D 转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用 记忆、存储和处理，以及多种触发和预前触

2、发能力。中期数字示波器首先在取样率上提高，从最初取样率等于两倍带宽，提高至五倍甚至十倍，相应对正弦波取样引入的失真也从 100%降低至3%甚至1%。其次，提高数字示波器的更新率，达到模拟示波器相同水平，最高可达每秒 40 万 个波形，使观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲的能力大为增强。再次，采用多处理器 加快信号处理能力，从多重菜单的烦琐测量参数调节，改进为简单的旋钮调节， 甚至完全自动测量，使用上与模拟示波器同样方便。最后，数字示波器与模拟示 波器一样具有屏幕的余辉方式显示， 赋于波形的三维状态， 即显示出信号的幅值、 时间以及幅值在时间上的分布。1示波器器的使用方法示波器种类、型号很多，功能也不同

3、。数字电路实验中使用较多的是 20MHz 或者 40MHz 的双踪示波器。这些示波器用法大同小异。本文不针对某一型号的示波器，只是从概念上介 绍示波器在数字电路实验中的常用功能。 1.1 荧光屏 荧光屏是示波管的显示部分。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。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。垂直方向标有 0，10，90，100等标志，水平 方向标有 10， 90标志，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。根据被 测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V/DIV，TIME

4、/DIV) 能得出电压值与时间值。 1.2 示波管和电源系统 1.2.1 电源(Power) 示波器主电源开关。当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接通。 1.1.2 辉度(Intensity) 旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些，高频信号时大些。一 般不应太亮，以保护荧光屏。 1.2.3 聚焦(Focus) 聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。 1.2.4 标尺亮度(Illuminance) 此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下，照明灯暗一些好。室内光线不 足的环境中，可适当调亮照明灯。 1.3 垂直偏转因数和水平偏转因数 在单位输入信号

5、作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对 X 轴和 Y 轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为 CM/V，CM/MV 或者 DIV/MV，DIV/V，垂直偏转因数的单位是 V/CM，MV/CM 或者 V/DIV，MV/DIV。实际上因 习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。 多踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按 1，2，5 方式从 5mV/DIV 到 5V/DIV 分为 10 档。 波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。 例 如波段开关置于 1V/DIV 档时， 如果屏幕上信号光点移动一格， 则代表输入信号

6、电压变化 1V。 每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到 底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋 钮，能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致，这 点应引起注意。许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干 倍(偏转因数缩小若干倍)。在做数字电路实验时，在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V 信号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的电压值。 时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。时基选择也通过一个波段 开关实现，按 1、2、5 方式把时基分为

7、若干档。波段开关的指示值代表光点在水平方向移动 一个格的时间值。例如在 1?S/DIV 档，光点在屏上移动一格代表时间值 1S。 “微调”旋钮 用于时基校准和微调。沿顺时针方向旋到底处于校准位置时，屏幕上显示的时基值与波段开 关所示的标称值一致。逆时针旋转旋钮，则对时基微调。旋钮拔出后处于扫描扩展状态。通 常为10 扩展， 即水平灵敏度扩大 10 倍， 时基缩小到 1/10。 TDS 实验台上有 10MHz、 1MHz、 500kHz、100kHz 的时钟信号，由石英晶体振荡器和分频器产生，准确度很高，可用来校准示 波器的时基。波器的标准信号源 CAL，专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。

8、例如 COS5041 型示波器标准信号源提供一个 VP-P=2V,f=1kHz 的方波信号。示波器前面板上的位 移(Position)旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。旋转水平位移旋钮(标有水平双向箭头)左 右移动信号波形，旋转垂直位移旋钮(标有垂直双向箭头)上下移动信号波形。 1.4 输入通道和输入耦合选择 输入通道至少有三种选择方式：通道 1(CH1)、通道 2(CH2)、双通道(DUAL)。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。测试信号时，首先要将示波器的地与被 测电

9、路的地连接在一起。根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上，示波器 探头上的地与被测电路的地连接在一起，示波器探头接触被测点。示波器探头上有一双位开 关。此开关拨到“1”位置时，被测信号无衰减送到示波器，从荧光屏上读出的电压值是信 号的实际电压值。此开关拨到“10位置时，被测信号衰减为 1/10，然后送往示波器，从 荧光屏上读出的电压值乘以 10 才是信号的实际电压值。 1.5 触发 第一节指出，被测信号从 Y 轴输入后，一部分送到示波管的 Y 轴偏转板上，驱动光点在 2 荧光屏上按比例沿垂直方向移动；另一部分分流到 X 轴偏转系统产生触发脉冲，触发扫描发 生器，产生重复的锯齿波电压

10、加到示波管的 X 偏转板上，使光点沿水平方向移动，两者合一， 光点在荧光屏上描绘出的图形就是被测信号图形。由此可知，正确的触发方式直接影响到示 波器的有效操作。为了在荧光屏上得到稳定的、清晰的信号波形，掌握基本的触发功能及其 操作方法是十分重要的。 1.6 扫描方式(SweepMode) 扫描有自动(Auto)、常态(Norm)和单次(Single)三种扫描方式。 自动：当无触发信号输入，或者触发信号频率低于 50Hz 时，扫描为自激方式。 常态：当无触发信号输入时，扫描处于准备状态，没有扫描线。触发信号到来后，触发 扫描。 单次：单次按钮类似复位开关。单次扫描方式下，按单次按钮时扫描电路复位

11、，此时准 备好(Ready)灯亮。触发信号到来后产生一次扫描。单次扫描结束后，准备灯灭。单次扫描用 于观测非周期信号或者单次瞬变信号，往往需要对波形拍照。 2 示波器功能集成化 集成化已经成为未来示波器产品主要的发展趋势。拥有一台示波器，就意味着同时拥有 了函数发生器、任意波形发生器、数字万用表、频谱分析仪、数字记录器和协议分析仪等测 试仪器功能，同时也会内置诸如配套培训、软件工具支持等功能。赛迪顾问调查显示：在众 多集成功能中，用户较为关注的是配套培训、文本下载及按键记录和软件工具支持三项功能。 2007年泰克推出MSO4000混合信号。示波器即是示波器产品功能集成化的集中体现。该 MSO4

12、000系列混合信号示波器把先进的实时示波器、逻辑分析仪及突破性的Wave Inspector 波形搜索引擎三种强大的功能融合到一个小型轻便的便携式嵌入式设计和调试设备中，以满 足设计检验和测试需求。同时安捷伦、力科等测试测量厂商也在积极利用核心技术将更多功 能集成于一台仪器之中，实现测试测量仪器集成化发展。随着虚拟技术、数字信号处理技术 (DSP)、多核处理器等技术的发展，以及用户需求的提升，相信未来市场中，将会有更多功 能集成化的示波器产品涌现。而示波器也有望成为测试测量领域的“集大者”。3示波器正更多地用作自动检验工具，而非调试工具 以往，工程师或技术人员主要把示波器用于调试和设计工作，例

13、如诊断有故障的电气部 件。现在，尽管示波器仍有这方面的作用，但用在自动验证方面的情况越来越普遍即检 查设备是否满足某个串行数据标准的技术指标要求。在一致性领域中，每个采用某个串行数 据总线技术的设备都必须符合预定的技术指标，以便确保各家制造商制造的不同设备相互兼 容。随着第二代和第三代标准的出现，设备的数据速率越来越高，对示波器的信号完整性和 眼图分析性能的要求也随之提高，并且要求示波器最大程度地减小对被测系统的影响，因为 在高数据速率条件下，这些影响可能非常严重。此外，业界还开发出一致性应用程序，用于 对设备进行自动测试。例如，Agilent 为各种一致性应用提供了一致性应用程序，包括 DD

14、R、 DVI、以太网、光纤通道、全缓冲 DIMM、HDMI、USB、无线 USB、PCIExpress、SATAI/II、 XAUI 等等。4总结通过对示波器发展及应用的了解， 我获得了许多以前所不知道的知识。在最初接触示波器时，仅仅对李萨如图形测频率感兴趣，认为示波器可以得到许 多波形。如今我了解到和模拟示波器相比，数字示波器不仅体积小、重量轻，便 于携带，属于液晶显示器，而且可以长期贮存波形，并可以对存储的波形进行放 大等多种操作和分析；特别适合测量单次和低频信号，测量低频信号时没有模拟 示波器的闪烁现象；更多的触发方式，除了模拟示波器不具备的预触发，还有逻 辑触发、脉冲宽度触发等；可以通

15、过 GPIB、RS232、USB 接口同计算机、打印机、 绘图仪连接，可以打印、存档、分析文件；有强大的波形处理能力，能自动测量 频率、上升时间、脉冲宽度等很多参数。学习电子测量技术我受益匪浅，电子测量是测量技术的一门基础 学科， 它和很多学科联系密切， 它包络很多的知识领域： 电路分析、 信号与系统、 数字电路实验等， 所以是我们很有必要掌握的一门学科。 一直以来对于有些科目， 我们并不是很感兴趣，总是认为只要不挂科就可以，这样形成了我们还没找到发 展目标时就已对知识逐渐失去兴趣。 然而老师的讲解以及对我们学习的分析让我们不仅对学习重拾信心而且找到了自己需要发展的目标。 老师的上课方式和其他老师有所区别，大学的课程几乎就是那样的和重念一 遍书书本没多大区别，相反他将课本分析很透彻，不是面面俱到，而是有所重点，有针对性地讲一些重要的知识，老师也常给我们谈工作走向，她也给我们补高频，模电等知识，以前模糊或是不懂的知识都有了大概轮廓。一学期下来， 虽然对于电子测量技术我不是都已掌握了，但我也感觉收获很多。以前对于误差 都是模模糊糊，这门学科致力于分析这一知识，我得到很大收获明白了什么时候 用相对误差，什么时候用绝对误差，明白信号源的重要性，明白数字示波器的优点与缺陷在哪