1、數字示波器的調節與使用一、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型數字存儲示波器，DG 1 0 2 2函數波形發生器三、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、掃描發生器、同步電路、電源等。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 丫偏轉板，這樣在熒光屏上忽而顯示YCH1信號波形，忽而顯示 YCH2

2、信號波形。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，屏上出現的是一移動的不穩定 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。為了獲得一定數量 的完整周期波形，示波器上設有“time/div 調節旋鈕，用來調節鋸齒波電壓的周期，使之與被測信號的周期呈適宜的關系，從而顯示出完整周期的正弦波形當掃描信號的周期與被測信號的周期一致或是整數倍，屏上一般會顯示 出完整周期的正弦波形，但由于環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

3、放大電路中取出局部待測信號，輸入到掃描發生器，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，那么稱為“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，那么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，那么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、數字存儲示波器的根本原理數字存儲示波器的根本原理框圖如圖3所示:In pu

4、t圖3.數字存儲示波器的根本原理框圖數字示波器是按照采樣原理，利用A/D變換，將連續的模擬信號轉變成離散的數字序列，然后進行恢復重建波形，從而到達測量波形的目的。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，示波器工作狀態的變換不會影響輸入信號，同時將信號的 幅值切換至適當的電平范圍示波器可以處理的范圍，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的模擬信號轉變為離散的數字序列，然后按照數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

5、化為數字表示的 數值。這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將數據按照順序排列，即將 A/D變換的數據按照其 在模擬波形上的先后順序存入存儲器，也就是給數據安排地址，其地址的順 序就是采樣點在波形上的順序，采樣點相鄰數據之間的時間間隔就是采樣間 隔。數據采集存儲器Acquisition Memory是將采樣點存儲下來的存儲單元，他將采樣數據按照安排好的地址存儲下來，當采集存儲器內的數據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。處理器卩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

6、示內存區，并用于顯示。 顯示單元Display將顯示內存中的波形點顯示出來，顯示內存中的數據與 LCD顯示面板上的點是對應的關系。4、李薩如圖形的根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比時，在熒光屏上將得到李 薩如圖形，如下列圖所示。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yfxnxny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ny代表李薩如圖形與的頻率，nx代表李薩如圖形與假想水平線的切點數目, 假想垂直線的切點數目,11/ liIK/X Y YI /yyW

7、VxAA A/wfynx2fynx4fynx8fxny1fxny3fxny5V i1 x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、周期和頻率調節信號發生器，分別觀察三角波、方波、正弦波形三種，熟悉信號發 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。將數據填入表格，并計算絕對誤差。注：標準值即信號發生器顯示的值2、利用李薩如圖形測頻率將兩信號發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輸入端信號發生器的頻率不變例 如fx=100Hz,調節CH2輸入端信號發生器的頻率，使屏

8、中出現大小適中的圖 形，即出現如講義中所示的李莎如圖形,計算出fy，讀出信號發生器上 CH2輸入端信號的頻率f y ,比擬fy和f y 。1、觀察各種波形正弦波、鋸齒波和三角波，測量3種正弦波形的電壓、頻率和周期，計算相對誤差。注：標準值即信號發生器顯示的值Vp p(v)f(Hz)T(s)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fy : fx1： 12: 13： 1fx( CH1)(Hz)100100100李薩如圖形nxnyfyHz計算值f y (Hz)(測量值)五、思考題1. 假設在示波器上看到的波形幅度太小，應調節哪個旋鈕

9、，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？觸發控制探頭補償信號輸出液晶顯示內存中觸發位置當前窗口位T*r 右打幵3.觀察兩個信號的合成李薩如圖形時，應如何操作示波器?實驗儀器相關知識RIGOL DS1000E型數字存儲示波器多功能旋鈕吊用采單運行控制菜單操作鍵RIGOL °SiiO2C觸發位置耦合方式垂直檔位狀態帶寬限制T運行狀態|波形顯示窗USB 接口觸發模式待觸發狀態波形停止狀態外觸發輸入觸發中狀態模擬信號輸入4 SJ水平時基檔位狀態邊沿觸發 脈寬觸發 斜率觸發視頻觸發 碼型觸發 持續時間觸發-觸發位移顯示j C操作采單垂直控制水平控制.竺巴儲示

10、波器的主要技術指標:1 .最大取樣速率fmax定義：單位時間內完成的完整A / D轉換的最高次數。最大取樣速率主要由 A/D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。數字存儲示波器在某個測量時刻的實際取樣速率可根據示波器當時設定的掃 描時間因數t/diV 推算。其推算公式為Nft/div式中，N每格的取樣數，t/div 掃描時間因數，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，便可重現原信號波形。實際上，在數字存儲示波器的設計中，為保證顯示波形的分辨率，往往要

11、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根本參數之一。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，細節將會喪失。5倍原那么：示波器需要的帶寬=測量信號的最高頻率分 量的頻率X 55倍原那么可以提供+/-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級/div 表示。水

12、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，用記錄一幀波形數據占有的存儲容量來 表示，常以字word為單位。存儲容量與水平分辨率在數值上互為倒數關系。數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，假設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據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x讀脈沖周期。 使用時，示波器應根據顯示器、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。考前須知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 : 為防止電擊，電源線的地線必須接地。使用本機時，為確保