示波器的基礎(chǔ)認(rèn)識

1、COB 電子工程部S/I Team 2003示波器基礎(chǔ)認(rèn)識 11.外觀 ( FEATURE ) - 軌跡 ( TRACE )顯示波形的方格 ( GRID ) 為 10 x 8 的尺寸，時間檔位 ( TIME/DIV ) 水平有 10 格，電壓檔位 ( VOLT/DIV )垂直有 8 格。垂直 8 格水平 10 格22 .頻寬 ( BANDWIDTH )增加信號頻率，當(dāng)信號電壓低於原始信號的 -3db ( 0.707倍 ) 的頻率讀值。電壓量測必須採用正弦波的峰對峰值 ( PKPK ) 。信號源是指正弦波。Peak to Peak0.707倍32.頻寬 ( BANDWIDTH )頻寬是指示波器容

2、許輸入信號的頻率寬度，通常也是指 -3db 的頻率讀值。假設(shè)輸入電壓為 1V， 將電壓與頻率之間的關(guān)係繪成座標(biāo)方式，如以下結(jié)果 :1V-3db=0.707VFREQUENCYVOLTAGE頻率寬度頻率讀值42.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 上昇時間 ( RISE-TIME )在量測儀器的應(yīng)用上，頻寬與上昇時間的關(guān)係，如以下的關(guān)係式 :90%10%上昇時間 ( Tr )AMPLITUDETOPBASE(1GHz以上為0.40)52.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 上昇時間 ( RISE-TIME )示波器的頻寬越低，造成上昇時間越大。100MHzTr = 0.35 100MHz =

3、 0.35 x 10ns = 3.5ns200MHzTr = 0.35 200MHz = 0.35 x 5ns = 1.75ns350MHzTr = 0.35 350MHz = 1ns500MHzTr = 0.35 500MHz = 0.35 x 2ns = 0.7ns1GHzTr = 0.35 1GHz = 0.35 x 1ns = 0.35ns 62.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 上昇時間 ( RISE-TIME )上昇時間的量測值受示波器的上昇時間影響，其關(guān)係式如下表示：量測值信號的上昇時間72.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差 ( MEASUREMENT ERRO

4、R )假設(shè)某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 100MHz 頻寬的示波器量測誤差如下：示波器的上昇時間等於信號的上昇時間誤差為 41.4%82.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差 ( MEASUREMENT ERROR )假設(shè)某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 300MHz 頻寬的示波器量測誤差如下：示波器的上昇時間約為 1/3 倍信號的上昇時間誤差為 5%92.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差 ( MEASUREMENT ERROR )假設(shè)某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 500MHz 頻寬的示波器量測誤差如下：示波器的上昇時間約為 1/5 倍信

5、號的上昇時間誤差為 2%102.頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差 ( MEASUREMENT ERROR )假設(shè)某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 1GHz 頻寬的示波器量測誤差如下：示波器的上昇時間約為 1/10 倍信號的上昇時間誤差為 0.6%113.取樣率 ( SAMPLING RATE )類比示波器的線性波形無法儲存只能觀看，並從亮度分辨信號出現(xiàn)的比例。數(shù)位示波器可將類比信號轉(zhuǎn)換為數(shù)位資料，並可容易的作後續(xù)的資料處理。每一個點(diǎn)皆包括時間與電壓數(shù)據(jù)(T1,V1)(T2,V2)(T3,V3)(Tn,Vn) . . . . . . . . . . . . . . .123

6、.取樣率 ( SAMPLING RATE )何謂週期 ? 週期信號發(fā)生一次的時間。單位是 “ 秒 / 1次 ” 何謂頻率 ? 週期信號在一秒鐘內(nèi)發(fā)生的週期次數(shù)。單位 “ 次數(shù) / 1秒 ” 又稱為 “ Hz ”週期 ( PERIOD ) 與頻率 ( FREQUENCY ) 為反比關(guān)係。PERIOD 1 / FREQUENCY 週期 ( S ) = 1 / 頻率( Hz )類比信號133.取樣率 ( SAMPLING RATE )何謂取樣時間 ? 示波器取樣一點(diǎn)所須的時間。單位是 “ 秒 / 1點(diǎn) ”何謂取樣頻率 ? 示波器在一秒鐘內(nèi)取樣的點(diǎn)數(shù)。單位 “ 點(diǎn)數(shù) / 1秒 ” 又稱為 “ SAMP

7、LING / S ”示波器取樣時間 ( SAMPLING TIME ) 與取樣頻率 ( SAMPLING RATE ) 之間為反比關(guān)係。 SAMPLING TIME = 1 / SAMPLING RATE 取樣時間 ( S ) = 1 / 取樣頻率 ( S / S )取樣點(diǎn) : P143.取樣率 ( SAMPLING RATE )重複取樣 ( RANDOM INTERLEAVE SAMPLING )：僅有在快速時間檔位下，示波器取樣多次使解析度增加後，再一次全部顯示在畫面上，因此重複取樣功能只適用在規(guī)則重複出現(xiàn)的信號源，重複取樣率可高達(dá)1025Gs/s。單擊取樣 ( SINGLE-SHOT )

8、：示波器以最快速的取樣率擷取信號一次。154.取樣點(diǎn) ( SAMPLING POINT )數(shù)位示波器數(shù)位化類比波形後，將數(shù)位資料顯示在螢?zāi)簧?，每一個點(diǎn)代表一筆數(shù)據(jù)資料，因此在螢?zāi)簧系狞c(diǎn)數(shù)越多，時間解析度越高。12365410789取樣點(diǎn) : P164.取樣點(diǎn) ( SAMPLING POINT )取樣率必須要維持在最快信號的 10 倍以上。用 5 個取樣點(diǎn)還原一個週期明顯不足，用10 個取樣點(diǎn)還原一個週期比較適當(dāng)。175.最高取樣的記錄時間 ( MSRW ) - 記錄時間 ( RECORD TIME )時間檔位指的是水平 1 格的時間，水平軸總共有 10 格。記錄時間 = 10 時間檔位水平 1

9、0 格表示記錄時間185.最高取樣的記錄時間 ( MSRW )如果示波器欲維持在高取樣率下使用，必須要有足夠的取樣點(diǎn) ( 擷取記憶體 )，因此便可以擁有更長的記錄時間，我們稱之為最高取樣的記錄時間 ( Maximum Sample Rate Window )。取樣定律 ( P = R S )P：表示取樣點(diǎn)R：表示記錄時間S：表示取樣率舉例：機(jī)型 LC584AL 的規(guī)格為 取樣率 8GS/sec 記憶點(diǎn)數(shù) 8Mpoints 則 8GS/S可使用的時間範(fàn)圍是多少 ? 時間檔位是多少 ?196.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 終端阻抗 ( TERMINAL )一般屬通訊信號或阻抗設(shè)計為 50

10、 的電路 ( 信號產(chǎn)生器 )，正常使用應(yīng)該搭配同軸電線 ( BNC ) 不須使用測試棒。以下圖例為直流電源分析：示波器內(nèi)阻等於信號內(nèi)阻2Vs信號阻抗Rs=50ohm輸出電壓為Vs示波器內(nèi)阻Ro=50ohm206.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 終端阻抗 ( TERMINAL )一般屬通訊信號或阻抗設(shè)計為 50 的電路 ( 信號產(chǎn)生器 )，正常使用應(yīng)該搭配同軸電線 ( BNC ) 不須使用測試棒。以下圖例為交流電源分析：示波器內(nèi)阻等於信號內(nèi)阻信號阻抗Rs=50ohm輸出電壓為VsVs示波器內(nèi)阻Ro=50ohm系統(tǒng)電容接地電感216.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 負(fù)載效應(yīng) ( L

11、OAD EFFECT )示波器與信號源分別為不同獨(dú)立迴路，因此示波器量測造成信號源的損壞，依負(fù)載的大小影響程度不同，通常搭配測試棒提高示波器阻抗降低負(fù)載效應(yīng)。測試棒增加量測系統(tǒng)阻抗，降低負(fù)載效應(yīng)。以下圖例為直流電源分析：示波器內(nèi)阻Ro=1Mohm測試棒內(nèi)阻Rp=9Mohm示波器內(nèi)阻必須遠(yuǎn)大於信號阻抗量測端電壓為VsVs信號阻抗RsIoIs226.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 負(fù)載效應(yīng) ( LOAD EFFECT )示波器與信號源分別為不同獨(dú)立迴路，因此示波器量測造成信號源的損壞，依負(fù)載的大小影響程度不同，通常搭配測試棒提高示波器阻抗降低負(fù)載效應(yīng)。量測系統(tǒng)的量測品質(zhì)受電容及接地電感影響

12、。以下圖例為交流電源分析：示波器內(nèi)阻必須遠(yuǎn)大於信號阻抗示波器內(nèi)阻Ro=1Mohm測試棒內(nèi)阻Rp=9Mohm系統(tǒng)電容接地電感Vs信號阻抗Rs23示波器基礎(chǔ)認(rèn)識 ( BASIC ) 6.阻抗匹配 ( COUPLING ) - 交直流信號 ( DIRECT+ALTERNATING CURRENT )信號源包括直流及交流信號。示波器上交流的定義是指頻率大於50Hz的信號，直流是指頻率小於50Hz的信號。時間(t)電壓(V)交流直流0+2.5V+0.5V+1.5V表示方式 AC2V+DC1.5V0+2.5V+0.5V+1.5V阻抗匹配為 DC1M：直流交流信號。246.阻抗匹配 ( COUPLING )

13、 - 交流信號 ( ALTERNATING CURRENT )信號源只有包括交流信號。示波器上交流的定義是指頻率大於50Hz的信號，直流是指頻率小於50Hz的信號。0+1V-1V阻抗匹配為 AC1M：交流信號。時間(t)電壓(V)交流直流0+2.5V+0.5V+1.5V表示方式 AC2V+DC1.5V257.接地問題 ( GROUNDING ) - 量測系統(tǒng) ( 測試棒 示波器 ) 等效電路數(shù)位示波器搭配的電源線為 3-PIN 的電源插頭，第三支腳為接地線，測試棒的負(fù)端與電源接地線在示波器內(nèi)部是短路，因此電源接地使整部儀器對地不會有任何電位差，以確保使用者的安全。AC110 / 220V電源接地電 源 線測試棒正端系統(tǒng)電容測試棒電阻示波器內(nèi)阻測試棒負(fù)端接地電感電源供應(yīng)器 267.接地問題 ( GROUNDING ) - 量測系統(tǒng)等效電路 ( SYSTEM EQUIPMENT )以下圖例為理想電路：示波器內(nèi)阻Ro=1Mohm測試棒內(nèi)阻Rp=9Mohm示波器內(nèi)阻必須遠(yuǎn)大於信號阻抗Vs信號阻抗Rs277.接地問題 ( GROUNDING ) - 量測系統(tǒng)等效電路 ( SYSTEM EQUIPMENT )量測