示波器的調節(jié)與使用

1、.數(shù)字示波器的調節(jié)與使用一、實驗目的1. 了解示波器的結構與示波原理2. 掌握示波器的使用方法，學會用示波器觀測各種電信號的波形3. 學會用示波器測正弦交流信號的電壓幅值及頻率4. 學會用李薩如圖法，測量正弦信號頻率二、實驗儀器rigol ds1000e型數(shù)字存儲示波器，函數(shù)波形發(fā)生器三、實驗原理1、雙蹤示波器的原理： 雙蹤示波器控制電路主要包括：電子開關、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。 ych1ych2圖1. 雙蹤示波器原理方框圖其中，電子開關使兩個待測電壓信號ych1和ych2周期性地輪流作用在y偏轉板，這樣在熒光屏上忽而顯示ych1信號波形，忽而顯示ych2信

2、號波形。由于熒光屏熒光物質的余輝及人眼視覺滯留效應，熒光屏上看到的是兩個波形。如果正弦波與鋸齒波電壓的周期稍不同，屏上出現(xiàn)的是一移動的不穩(wěn)定圖形，這是因為掃描信號的周期與被測信號的周期不一致或不呈整數(shù)倍，以致每次掃描開始時波形曲線上的起點均不一樣所造成的。為了獲得一定數(shù)量的完整周期波形，示波器上設有“time/div”調節(jié)旋鈕，用來調節(jié)鋸齒波電壓的周期，使之與被測信號的周期呈合適的關系，從而顯示出完整周期的正弦波形。精品.當掃描信號的周期與被測信號的周期一致或是整數(shù)倍，屏上一般會顯示出完整周期的正弦波形，但由于環(huán)境或其他因素的影響，波形會移動，為此示波器內裝有掃描同步電路，同步電路從垂直放大電

3、路中取出部分待測信號，輸入到掃描發(fā)生器，迫使鋸齒波與待測信號同步，此稱為“內同步”。如果同步電路信號從儀器外部輸入，則稱為“外同步”。2示波器顯示波形原理：如果在示波器的ych1或ych2端口加上正弦波，在示波器的x偏轉板加上示波器內部的鋸齒波，當鋸齒波電壓的變化周期與正弦電壓的變化周期相等時，則在熒光屏上將顯示出完整周期的正弦波形，如圖2所示。如果在示波器的ych1、ych2端口同時加上正弦波，在示波器的x偏轉板加上示波器內部的鋸齒波，則在熒光屏上將得到兩個正弦波。圖2.示波器顯示正弦波形的原理3、數(shù)字存儲示波器的基本原理數(shù)字存儲示波器的基本原理框圖如圖3所示：圖3.數(shù)字存儲示波器的基本原理

4、框圖精品.數(shù)字示波器是按照采樣原理，利用a/d變換，將連續(xù)的模擬信號轉變成離散的數(shù)字序列，然后進行恢復重建波形，從而達到測量波形的目的。輸入緩沖器放大器（amp)將輸入的信號作緩沖變換，起到將被測體與示波器隔離的作用，示波器工作狀態(tài)的變換不會影響輸入信號，同時將信號的幅值切換至適當?shù)碾娖椒秶ㄊ静ㄆ骺梢蕴幚淼姆秶?，也就是說不同幅值的信號在通過輸入緩沖放大器后都會轉變成相同電壓范圍內的信號。a/d單元的作用是將連續(xù)的模擬信號轉變?yōu)殡x散的數(shù)字序列，然后按照數(shù)字序列的先后順序重建波形。所以a/d單元起到一個采樣的作用，它在采樣時鐘的作用下,將采樣脈沖到來時刻的信號幅值的大小轉化為數(shù)字表示的數(shù)值。這

5、個點我們稱為采樣點。a/d轉換器是波形采集的關鍵部件。多路選通器（demux）將數(shù)據(jù)按照順序排列，即將a/d變換的數(shù)據(jù)按照其在模擬波形上的先后順序存入存儲器，也就是給數(shù)據(jù)安排地址，其地址的順序就是采樣點在波形上的順序，采樣點相鄰數(shù)據(jù)之間的時間間隔就是采樣間隔。數(shù)據(jù)采集存儲器（acquisition memory)是將采樣點存儲下來的存儲單元，他將采樣數(shù)據(jù)按照安排好的地址存儲下來，當采集存儲器內的數(shù)據(jù)足夠復原波形的時候，再送入后級處理，用于復原波形并顯示。處理器（p）及顯示內存（display memory)。處理器用于控制和處理所有的控制信息,并把采樣點復原為波形點，存入顯示內存區(qū)，并用于顯示

6、。顯示單元（display)將顯示內存中的波形點顯示出來，顯示內存中的數(shù)據(jù)與lcd顯示面板上的點是一一對應的關系。4、李薩如圖形的基本原理如果在示波器的ch1通道加上一正弦波，在示波器的ch2通道加上另一正弦波，當兩正弦波信號的頻率比值為簡單整數(shù)比時，在熒光屏上將得到李薩如圖形，如下圖所示。這些李薩如圖形是兩個相互垂直的簡諧振動合成的結果，它們滿足精品.其中，fx代表ch1通道上正弦波信號的頻率，fy 代表ch2通道上正弦波信號的頻率，nx代表李薩如圖形與假想水平線的切點數(shù)目，ny代表李薩如圖形與假想垂直線的切點數(shù)目。 四、實驗內容與步驟 1、觀察各種波形并測量正弦波形的電壓、周期和頻率。調節(jié)

7、信號發(fā)生器，分別觀察三角波、方波、正弦波形三種，熟悉信號發(fā)生器和示波器的使用。選擇三個頻率段正弦波形，分別測量對應波形電壓（峰-峰值）、周期和頻率。將數(shù)據(jù)填入表格，并計算絕對誤差。（注：標準值即信號發(fā)生器顯示的值）2、利用李薩如圖形測頻率將兩信號發(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輸入端信號置于xy模式，可保持ch1輸入端信號發(fā)生器的頻率不變（例如fx=100hz）,調節(jié)ch2輸入端信號發(fā)生器的頻率,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,計算出fy，讀出信號發(fā)生器上ch2輸入端信號的頻率fy,比較fy和fy。精品.1、觀察各種波形正弦波、鋸齒

8、波和三角波，測量3種正弦波形的電壓、頻率和周期，計算相對誤差。（注：標準值即信號發(fā)生器顯示的值）測量值標準值測量值標準值測量值標準值信號1相對誤差信號2相對誤差信號3相對誤差2、利用李薩如圖形測頻率 （拍照片）1：12：13：1fx（ch1）(hz)100100100李薩如圖形fy(hz)（計算值）fy(hz)（測量值）五、思考題 精品.1.若在示波器上看到的波形幅度太小，應調節(jié)哪個旋鈕，使波形的大小適中？2.怎樣用示波器定量地測量交流信號的電壓有效值和頻率？3.觀察兩個信號的合成李薩如圖形時，應如何操作示波器？實驗儀器rigol ds1000e型數(shù)字存儲示波器探頭補償信號輸出觸發(fā)控制模擬信號

9、輸入菜單操作鍵液晶顯示屏usb接口外觸發(fā)輸入常用菜單運行控制水平控制垂直控制多功能旋鈕精品.當前窗口位置內存中觸發(fā)位置觸發(fā)位置垂直檔位狀態(tài)通道標志操作菜單水平時基檔位狀態(tài)觸發(fā)位移顯示波形顯示窗口耦合方式 運行狀態(tài)邊沿觸發(fā)脈寬觸發(fā)斜率觸發(fā)視頻觸發(fā)碼型觸發(fā) 持續(xù)時間觸發(fā) 觸發(fā)模式觸發(fā)中狀態(tài) 觸發(fā)狀態(tài)待觸發(fā)狀態(tài)波形停止狀態(tài)相關知識 儲示波器的主要技術指標：1最大取樣速率定義：單位時間內完成的完整 ad 轉換的最高次數(shù)。最大取樣速率主要由 ad轉換器的最高轉換速率來決定。最大取樣速率愈高，儀器捕捉信號的能力愈強。數(shù)字存儲示波器在某個測量時刻的實際取樣速率可根據(jù)示波器當時設定的掃描時間因數(shù)（t/div）

10、推算。其推算公式為式中，n每格的取樣數(shù)，t/div掃描時間因數(shù)，掃描一格所占用的時間，亦稱掃描速度。2存儲帶寬：存儲帶寬與取樣速率密切相關。根據(jù)奈奎斯特取樣定理，如果取樣速率大于或等于信號最高頻率分量的2倍，便可重現(xiàn)原信號波形。實際上，在數(shù)字存儲示波器的設計中，為保證顯示波形的分辨率，往往要求增加更多的取樣點，一般一個周期取410點。帶寬是決定示波器準確測量信號的能力的基本參數(shù)之一。帶寬是表征示波器能準確測量的頻率范圍。帶寬的定義是指正弦輸入信號衰減至真實幅值的70.7%(-3db)的頻率點。沒有足夠的帶寬，示波器就不能觀測到高頻的變化。幅值將會失真，信號沿將會變得平緩，細節(jié)將會丟失。精品.5

11、倍原則：示波器需要的帶寬=測量信號的最高頻率分量的頻率 x 55倍原則可以提供+/-2%的測量誤差，對于通常的應用已足夠。3分辨率：分辨率用于反映存儲信號波形細節(jié)的綜合特性。分辨率包括垂直分辨率和水平分辨率。垂直分辨率與 a/d 轉換器的分辨率相對應，常以屏幕每格的分級數(shù) (級/div) 表示。水平分辨率由存儲器的容量來決定，常以屏幕每格含多少個取樣點（點/div）表示。4儲容量：存儲容量又稱記錄長度，用記錄一幀波形數(shù)據(jù)占有的存儲容量來表示，常以字（word）為單位。存儲容量與水平分辨率在數(shù)值上互為倒數(shù)關系。數(shù)字存儲器的存儲容量通常采用 256b，512b，1kb，4kb 等。存儲容量愈大，水

12、平分辨率就愈高。但存儲容量并非越大越好，由于儀器最高取樣速率的限制，若存儲容量選取不恰當，往往會因時間窗口縮短而失去信號的重要成分，或者因時間窗口增大而使水平分辨率降低。5讀出速度：讀出速度是指將存儲的數(shù)據(jù)從存儲器中讀出的速度，常用(時間)/div表示。其中，時間等于屏幕中每格內對應的存儲容量讀脈沖周期。使用時，示波器應根據(jù)顯示器、記錄裝置或打印機等對速度的不同要求，選擇不同的讀出速度。注意事項 1、ac 電源輸入應該在100v-240v，47-63hz 10%的選擇電壓范圍以內。2、第一次使用前先確認安裝正確的保險絲值:100 v- 240 vac 輸入電壓 : t 2a / 250v。3、接地警告: 為避免電擊，電源線的地線必須接地。使用本機時，為確保使用者的安全及周邊儀器安全，在與產(chǎn)品的輸入與輸出端子連接之前，確認