脉冲培训班讲课.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,脉冲参数计量,第一章,脉冲参数基础知识,第一节,脉冲测量基本概念,第,二节,脉冲参数表述,第三节,脉冲幅度确定方法,第四节,脉冲信号的频谱分析,第五节,脉冲参数间的转换关系,第,二,章,示波器的基本原理,第一节,示波器的发展与分类,第,二节,示波器计量参数介绍,第,三节,模拟示波器的组成及工作原,理,第四节,数字存储示波器,第三章,示波器检定,第一节,示波器检定装置,第,二节,模拟示波器的计量检定,第三节,数字存储示波器的计量检定,第四节,示波器检定的测量不确定度,第四章,脉冲信号发生器检定,第一节,脉冲发生器的基本组成及工作原理,第二节,脉冲发生器的计量检定,第三节,其它类型的脉冲发生器,第五章,脉冲参数,计量,标准,第一节,计量,标准的组成,第二节 计量,标准重复性与稳定性考,核,第三节,测量标准不确定度评定,第四,节,计量,标准量值传递,第一章 脉冲参数基础知识,在无线电测量领域中，脉冲信号应用十分广泛。,对脉冲参数测量的准确度有更高的要求。脉冲测量的速度扩展到皮秒量级。,脉冲测量领域中相关的测量仪器的测量功能、技术指标也有了极大的提高。脉冲测量使用最多的示波器的技术性能有了一个飞跃。,数字存储示波器正在取代传统的模拟示波器，性能与技术指标已远远超过了模拟示波器。,第一节 脉冲测量基本概念,一、脉冲波形,定义：自第一额定状态出发，到达第二额定状态，最终又回到第一额定状态的一种波。,尖脉冲,矩形,脉冲,阶跃,脉冲,几种典型脉冲波形,二、脉冲测量技术,脉冲技术是无线电电子学中的基础技术。脉冲技术应用十分广泛,。,通信方面,，,早期的电报,，,先进的数据通信、数字通信,军用和民用各种雷达，如目标定位雷达、导航雷达、警戒雷达、照射雷达等,计算机,利用脉冲信号进行,数据,传输,电视、核物理研究、电子医疗设备,无线电信号特性的测量，可分为四类：时域测量、频域测量、数据域测量、调制域测量,。,(一)时域测量,时域测量是指电信号幅度与时间关系特性的测量，时域测量中使用最多的是示波器。,典型脉冲波形图,V,t,(二)频域测量,测量一个信号的能量相对于频率的函数关系，称之为频域测量，其本质就是频谱分析。频谱分析仪是频域测量的典型测量仪器。,f,U,脉冲信号频谱分布图,(三)数据域测量,数据域测量是从数据域观测数字信号的特性，数字信号的信息不是载于个别的脉冲信号波形，而是载于信号电平的高低及其不同的组合，即逻辑真值的变化中。,研究的关键不仅在于无失真地显示数字信号波形，更重要的是准确地识别电平的高低、各通道数据信号的时序、以及逻辑状态的变化。,逻辑分析仪是数据域测量中的最常用仪器。,数据域测量示意图,1,0,t,(四)调制域测量,调制域测量是新提出的一个概念与测量方法，它测量信号频率、时间间隔、相位与时间的关系。可直接观测到信号中载频的变化，可测量频率随时间变化。,t,f,调制域测量频率随时间变化显示图,应用：,捷变频发射机的跳频特性,蜂窝电话各基站之间的转换性能,调频信号的载频信号与时间的关系,振荡器的开机特性,锁相过程中,VCO,的频率变化,第二节脉冲参数表述,一、单脉冲特性参数,/2,脉冲宽度,t,r,（,上升时间）,t,f,（,下降时间）,顶线,90%,50%,10%,基线,典型脉冲波形图,一、单脉冲特性参数,（一）基线（底）,指脉冲由一个额定状态（第一个额定状态）出发经另一个额定状态（第二个额定状态）而最终又回到的第一额定状态的脉冲波形的第一额定状态称之为基线。,（二）顶线,脉冲波形中表示脉冲第二额定状态部分称之为顶线。,一、单脉冲特性参数,（三）顶量值,据,脉冲,顶线,定义,、,按,规定算法得到的脉冲顶部量值为顶量值,。,（,四）,底量值,据,脉冲底,线,定义、,按,规定算法得到的脉冲底,部,量值为底量值。,（,五）,脉冲幅度,脉冲幅度指顶量值与底量值的代数差。脉冲转换时，指基线以上的电压电平。,一、单脉冲特性参数,（,六）,过渡时间（脉冲前后沿时间）,脉冲信号的电平转换时所需时间。,(1),前过渡时间（上升时间,t,r,），,一般指脉冲从脉冲幅度的,10%,到,90%,所占用时间。,(2),后过渡时间（下降时间,t,f,），,一般指脉冲从脉冲幅度的,90%,到,10%,所占用时间。,一、单脉冲特性参数,（,七）,脉冲宽度,一般指脉冲前沿和后沿中点（50%幅度量值点）之间的时间间隔（持续时间,duration），,又称为固定沿脉冲宽度。,以前沿起始拐角到后沿的起始拐角计算之间的时间间隔来定义脉冲宽度的，称为可变沿脉冲宽度。,一、单脉冲特性参数,（,八）,重复频率,（,1,）重复周期（简称周期）,连续的脉冲波中的两个相邻波形相同点之间的时间间隔。基本单位是秒（,s,）。,常用分数单位为毫秒（,ms,）、,微秒（,s,）、,纳秒（,ns,）、,皮秒（,ps,）。,（,2,）,重复频率,周期的倒数是频率，单位是赫兹（,Hz,），,常用倍数单位为千赫兹（,kHz,）、,兆赫兹（,MHz,）。,一、单脉冲特性参数,（,九）,开关比,on/off ratio,开关比一般指周期的脉冲序列中脉冲波形持续时间,T,1,与脉冲间隔,T,2,之比，表示式为：,T,2,T,1,t,V,T,一、单脉冲特性参数,（,十）,空度比,空度比一般指周期性的脉冲序列中脉冲波形的持续时间与脉冲重复周期之比，表示式为：,T,2,T,1,t,V,T,二、单过渡参数,（一）阶跃,Step,一个电信号从一个稳定状态快速变化到另一个稳定状态的过程,。,a,）,b),阶跃,a,）,正向阶跃；,b),负向阶跃,二、单过渡参数,（二）斜坡,Ramp,一个电信号不间断的单向变化的过程，可以有正负,。,a,）,b),斜坡,a,）,正向；,b),负向,三、脉冲波形失真参数,顶线,基线,b,d,(,前冲,）,l,（,下 冲,）,过冲,三、脉冲波形失真参数,1.,前冲（预冲）,脉冲波形前过渡时间之前的幅度量值起伏，用脉冲幅度的百分数表示。,2.,过冲（上冲）,脉冲波形在前过渡时间之后的幅度量值起伏，用脉冲幅度的百分数表示。,三、脉冲波形失真参数,3.,下冲,脉冲波形后过渡时间之后的幅度量值起伏，用脉冲幅度的百分数表示。,4.,圆弧（圆顶）,在所要求或希望的斜率突变处出现的圆弧特征形式的失真。,三、脉冲波形失真参数,5.,尖峰,在本来是规则的或所要求的脉冲形式上叠加一个持续时间较短的脉冲波形，这种失真叫尖峰,。,6.,振铃（减幅振荡）,脉冲波形叠加的阻尼振荡形式的失真，这种失真通常发生在过渡时间之后。,三、脉冲波形失真参数,振铃,顶线,基线,尖峰,三、脉冲波形失真参数,7.,稳定时间（建立时间）,上冲、圆顶和振铃达到特定的脉冲幅度（电平）量值所需时间，从脉冲前沿的（前过渡时间）90%幅度点开始计算（测量）。,8.,线性,Linearity,（,非线性）,从脉冲幅度10%和90%两量值点相连的直线到前沿过渡曲线之间的最大垂直峰值偏差或最大相对误差。,三、脉冲波形失真参数,9.,倾斜（下垂）,Tilt,在整个脉冲顶或脉冲底上总斜率通常是不为零的常数，脉冲顶或脉冲底的这种失真叫倾斜，倾斜极性可正可负。倾斜是脉冲顶部倾斜或者底部倾斜相对于脉冲幅度的比值。,脉冲倾斜,e,w,A,三、脉冲波形失真参数,10.,抖动（晃动）,Jitter,是脉冲序列里脉冲波形的时间特性，一般为时间间隔或持续时间相对于参考时间的不稳定性。最大的晃动值称为峰值抖动。也有使用脉冲宽度的晃动和周期、延迟的晃动来表示脉冲抖动特性的。,脉冲抖动,三、脉冲波形失真参数,11.,波动,Fluctuation,脉冲序列里，脉冲波形的脉冲幅度或其他量值特性相对于参考脉冲幅度或参考量值的不稳定性。,一般用,峰峰值,表示,。,脉冲波动,四、复合波形参数,1.,双脉冲,Double Pulse,可作为单个特征看待的，时间相邻极性相同的两个脉冲波形。,双脉冲,T,四、复合波形参数,2.,双极性,脉冲,Bipolar Pulse,可作为单个特征看待的，时间相邻极性相反的两个脉冲波形。,双极性,脉冲,T,四、复合波形参数,3.,阶梯波,Staircase,一般,是等量值同极性阶跃的一种周期性有限序列,。,阶梯波,第三节脉冲幅度确定方法,脉冲幅度的确定是脉冲波形测量、确定脉冲参数的基础，脉冲波形的许多参量都与上、下稳态,电平,（第一、二额定状态）的数值有关，如脉冲的上升时间、下降时间、预冲、过冲、振铃等；因此测量脉冲幅度首先要确定脉冲上、下稳态,电平,。,脉冲的上、下稳态电平由于脉冲波形的不规则很难确定，,一般,采,用,密度分布统计平均法,或,密度分布众数法,来确定上、下稳态电平（顶部值、底部值,）。,一、密度分布统计平均法,基本方,法是测定脉冲波形出现在某一电平上的密度分布的平均数。,将脉冲波形置于一方格图中，然后从高度为,m,的每一个水平元素中查出脉冲波形通过的小方格数，由不同水平元素和波形相交的方格数画出相应的量值分布图，由量值分布图中的两个最大值确定脉冲上、下稳态电平,。,一、密度分布统计平均法,脉冲波表的密度分布图,顶值频数,底值频数,m,一、密度分布统计平均法,每一个电压,u,i,对应一行方格，每一个小方格为一个单元，,每,一行中与波形相交的单元数称为频数用,p,i,表示。脉冲幅度的顶值由顶部的各电压值的频数加权计算得到的。顶值,u,t,可由下式计算得到：,式中：,A,选取电压值所占的单元个数；,u,i,在顶值附近部分选取的电压值，单位为,V。,P,i,/A,所选取的各点电压的权。,二、密度分布众数法,以测定脉冲波形瞬时顶值出现的概率众数为基础，取波形上位置出现概率最大的点作为底部量值与顶部量值，即测出,p,t,、,p,i,的众数的量值，作为顶量值和底量值。,在底部与顶部持续时间较长的情况，这种方法和密度分布统计平均法的测量结果十分接近。,用目测观察测量所显示被测脉冲幅度时，使用密度分布众数法,分析,比较方便,。,密度分布统计平均法适合于取样统计计算的场合，在大部分的数字示波器里采用密度分布统计平均法计算脉冲幅度值。,第四节脉冲信号的频谱分析,脉冲信号的频谱是指在频域中观察脉冲信号，,测量脉冲信号包,含的频率分量的幅度分布情况。,了解常见脉冲波形的频谱分析结果，从而,深入理解脉冲在传输或变换中的各种特性和现象，有助于提高时域测量的准确度。,一、,周期信号的频谱分析,用傅立叶分析方法，可以把任意一个周期信号分解为许多频率、幅度、相位不同的正弦波（余弦波），这些正弦波、余弦波的频率必定是基波频率,f,0,的整数倍，基频信号,f,0,称为基波，,nf,0,的信号称为,n,次谐波。,任何一个周期信号都可以展开成三角函数组合的无穷级数，称为傅立叶级数。设周期函数为,f(t),其重复周期为,T，,角频率为,0,=2,/,T,则,f(t),可展开为傅立叶级数,在表达式中，是周期信号的基波分量，是三次谐波分量，是五次谐波分量，当然还有七次、九次谐波等更高次谐波分量。,一、,周期信号的频谱分析,对称方波的傅立叶级数的数学表达式为：,式中：,U,0,方波振幅，单位为,V;,0,基波角度频率，单位为,rad,一、,周期信号的频谱分析,也可以将基波、三次谐波、五次谐波等各次奇谐波叠加成为一个对称方波,。,t,基波和谐波叠加产生的脉冲波形,a),基波与三次谐波叠加波形；,b,）,基波与三次、五次谐波叠加波形,0,(t),1,(t),3,(t),1,(t)+,3,(t),0,(t),5,(t),1,(t)+,3,(t),1,(t)+,3,(t)+,5,(t),t,a）,b),一、,周期信号的频谱分析,a）,中叠加波形的过渡时间大于,b）,中叠加波形的过渡时间。,叠加波形中所含谐波次数越高，脉冲的过渡时间愈短,。,当然所占带宽就愈宽。,被传输脉冲波形的过渡时间越短，则要求传输网络的频,带宽度越宽。,基波和三、五、七、九次谐波叠加产生的脉冲波形,第五节脉冲参数间的转换关系,一、脉冲上升时间与频带宽度,在脉冲信号的分析中，信号的上升时间与频带宽度有一定的对应关系，脉冲上升时间愈短，包含的频谱分量愈丰富，谐波次数愈高，对应的频带宽度愈宽。一般情况脉冲的上升时间与频带宽度对应关系如,下,式,当频率响应特性为,RC,积分网络时,k,=0.35；,当频率响应特性为高斯型响应网络时,k,=0.34。,通常在实际应用中，模拟示波器中的放大器一般可认为是,RC,积分网络。,第五节脉冲参数间的转换关系,二、脉冲信号通过级联网络上升时间的合成,脉冲信号上升时间的测量结果与通过脉冲信号的部分存在一种级联关系,。,当阶跃信号通过,n,个级联脉冲响应网络时，其总的脉冲响应（上升时间）,：,式中：,t,r,脉冲通过,n,个级联网络后的上升时间，单位为,s,。,t,ri,第,i,个网络的响应时间，单位为,s,。,第五节脉冲参数间的转换关系,当,n,个网络具有相同脉冲响应时，其单个网络上升时间为,t,f,，,则级连网络的上升时间：,一般激励信号是一个有一定上升时间的快沿脉冲，可以认为此脉冲是由理想阶跃脉冲通过具有相同上升时间的网络而形成的。,t,r1,t,r2,t,rn,脉冲信号通过级联网络的上升时间,三、上升时间测量时的误差修正,在脉冲上升时间测量时，由于测量系统带宽的限制，使测得结果产生误差。如用示波器测量某脉冲上升时间，由屏幕上读出上升时间为：,式中：,t,ro,屏幕上观察到的上升时间，单位为,s,；,t,rp,被测脉冲真实的上升时间，单位为,s,；,t,rs,示波器自身的建立时间，单位为,s,。,第五节脉冲参数间的转换关系,示波器测量脉冲上升时间不加修正引入多大的误差？,设,n,为被测脉冲上升时间与示波器建立时间之比（倍数）：,则：相对误差：,n,取不同值时，如果不进行修正，测量误差值如,下,表中所列。,第五节脉冲参数间的转换关系,取不同,n,值时的测量误差值,n,1 2 3 4 5 6 7 8 9,t/t,rp,（,%,）,41.4 11.8 5.4 3.08 2 1.38 1 0.78 0.62,从计算结果看，除非所使用的示波器建立时间远小于被测脉冲上升时间，否则应按下式修正：,在一般的测量中，要求示波器的建立时间应小于被测脉冲上升时间的1/3。此时测量误差为5.4%。,第五节脉冲参数间的转换关系,四、下垂量与低频截止频率的关系,显示波形出现下垂,的,原因可能是：示波器输入耦合为交流方式；示波器瞬态响应特性不良,。,输入耦合为交流方式引起的波形下垂,：,式中：,t,d,脉冲持续时间，单位为,s,；,f,-3db,低频截止频率，单位为,Hz；,s,d,脉冲持续时间为,t,d,时的百分比下垂量。,第五节脉冲参数间的转换关系,例：示波器输入耦合方式置,ac,耦合，输入 持续时间为1,ms,的矩型脉冲，下垂量6.3%。示波器低频截止频率,f,-3dB,由下式求出：,即示波器低频截止频率,f,-3dB,等于10,Hz。,第五节脉冲参数间的转换关系,五、脉冲波形上冲与网络稳态特性关系,网络频带宽度与其对传输脉冲信号的建立时间有一对应关系。用快沿脉冲来研究示波器的垂直通道传输特性，可以分析出脉冲波形上冲与传输网络稳态特性的关系。脉冲信号通过具有不同稳态频率特性网络时的响应结果,不同,。,当网络响应特性为高斯形状时，不产生失真，只引起脉冲前沿变慢,。,在示波器垂直放大器中，频带达不到要求时，可用高频补偿来扩展放大器通频带，当补偿过度引起通频带内高端增益过大时，出现下图所示情况。,第五节脉冲参数间的转换关系,网络稳态特性与过冲关系,a),脉冲通过高斯特性网络；,b,）,脉冲通过高频过补偿网络,a),U,f,b),f,U,第五节脉冲参数间的转换关系,脉冲幅度的定义是什么？,*,脉冲波形参数主要有几项？,脉冲上升时间、下降时间的定义是什么？,*,脉冲宽度的定义是什么？,*,脉冲上升时间与频带宽度之间的关系？,*,如何对上升时间测量结果进行修正？,*,思考题,第二章 示波器的基本原理,无线电电子学中的信号大都是时间变量，可以用时间函数来描述。,示波器是用来记录和描述时间函数电信号，将一给定时间内所发生的物理现象表现为可见图象的一种装置,。,第一节示波器的发展与分类,一、,示波器的发展,示波器是综合性电信号特性测量仪器，能测量信号的,幅度,，也能样测量信号的,周期，频率和相位,，而且还能测量,调制信号参数,。,特别适用于测量快速脉冲信号；配有高增益放大器，录敏度高，可观测微弱信号；配有宽频带输入衰减器，具有观测信号的幅度范围大，过载能力强，输入阻抗高等特点。,利用它的显示技术能组成各种专用测量仪器，如,晶体管特性图示仪、阻抗图示仪、频率特性测量仪、自动网络分析仪,等。,还可以通过各种传感器来测量各种非电量参数。,一、示波器的发展,示波器在脉冲测量技术中是应用最广泛的观测仪器，示波器发展到今天已有100多年的历史,。,1958年电子管示波器的带宽已达到了100,MHz。,60,年代进入了晶体管示波器阶段，1969年，模拟示波器带宽到300,MHz，,取样示波器带宽到18,GHz。,70,年代开始了集成化示波器阶段，集成化电路技术使示波器的小型化、高性能、高可靠性成为可能。1971年微处理器诞生，出现了初期智能化的示波器，某些参数可以由数字显示。,1971年模拟示波器带宽已达到500,MHz，1979,年达到,了,1,GHz。,1972,年，出现了第一台数字存贮示波器，随后数字存贮示波器发展极其快速,。,取样率由开始的每秒数十兆点，发展到20,Gsa/s，,实时频带宽度达到,6,GHz。,目前，,取样率发展到,4,0,Gsa/s，,实时频带宽度达到,13,GHz。,一、示波器的发展,二、示波器的分类,(一)模拟示波器,中低档模拟示波器带宽在100,MHz,以下，高档其带宽可达1,GHz。,带宽受放大电路与显像管制造技术的限制。,(,二)取样示波器,出,现在1969年，带宽达到18,GH,z,。,只能测量重复信号，应用范围受限制,。,由于触发不稳，观测信号不方便,、,稳定,性差,。,目前,采用了数字取样技术，响应时间可以达到皮秒量级，功能有了很大增强，带宽已达到50,GHz。,(,三)高灵敏度示波器,属于模拟示波器,。,特点,：,频带宽度较窄（通常为1,MHz）。,垂直偏转因数可到10,V/div。,可以观测微弱低频信号，输入端采用差分输入，可以避免大幅度共模信号干扰。,对于医学，生物学研究是很有用的测量设备。,(四)记忆示波器,借助记忆示波管及有关电路实现波形记忆的示波器,。,主要用,于,记录单次瞬变信号,。,二、示波器的分类,(五)数字存贮示波器,（,数字示波器）,数字存贮示波器采用数字电路实现波形存贮，利用,A/D,变换器把模拟信号变换为数字信号，存贮于半导体存贮器中，经过变换，在屏幕上重新建立波形显示。,数字存贮示波器与模拟示波器相比有极其明显的优点和更广泛的用途。,其一问世就以每年超过百分之二十的增长速度发展。目前，已在很大程度上取代了模拟示波器。,二、示波器的分类,数字存贮示波器有如下特点：,1.,可长期存贮波形,2.,可以实现无限余辉显示。,3.,可以自动进行多种波形参数的自动测量与处理。,4.,有多种灵活的触发方式，如前置触发，后触发，字触发，状态触发，宽度触发，毛刺触发等等。,5.,可与计算机联机进行采集信号的数字处理，如频谱分析，误差计算等等。,6.,可以对显示波形用打印机或绘图仪硬考贝。,7.,省去价格昂贵的高频显像管，示波器频带宽度不断提高，价格大幅度下降。,二、示波器的分类,(六)特种示波器,特种示波器是满足特殊用途或具有特殊装置的专用示波器,。,矢量示波器,高压示波器,逻辑示波器,二、示波器的分类,第二节 示波器计量参数介绍,一、与误差有关的参数,(一)垂直偏转因数误差,示波器垂直偏转因数所给出的允许误差限,u,，,由下式给出。,式中：,K,i,平均偏转因数，即在,80%,的检验工作面内输入电压与偏转高 度之比，单位为,V/div,；,K,0,偏转因数的额定值，单位为,V/div,。,一、与误差有关的参数,(,二)时间因数误差示波器给出的时间因数允许误差限：,其中：,K,t,平均时间因数，即扫描光点移动时间与对应长度之比，,单位为,s/div；,K,to,时间因数的额定值，单位为,s/div。,3.,扫描线性误差,在检验工作面的,80%,内所测得的平均时间偏转因数与两边缘,10%,区域内任一端所测得的平均偏转时间因数所产生的相对误差,tc,，,由下式求取两者较大者：,或,其中：,K,a,80%,检验工作面内实测平均时间偏转因数，单位为,s/div,；,K,b,检验工作面内左边10%边缘处的实测平均时间偏转因数，单位为,s/div；,K,c,检验工作面内右边10%边缘处的实测平均时间因数，单位为,s/div。,一、与误差有关的参数,(,一)垂直（水平）偏转,水平（垂直）系统处于可工作状态，当信号输入到垂直（水平）输入端时，光点的偏移。,1.,垂直（水平）偏转因数,所加电压与由此电压产生的垂直（水平）偏转的长度之比。,2.,垂直（水平）偏转扩展,一般为,提高放大器增益使示波器的显示屏上所显示信号被放大。如垂直偏转扩展5时，原来1,V/div,变成了200,mV/div，,则波形的幅度显示增大了5倍。扫描（水平）扩展则使得水平扫速加快,。,二、与垂直（水平）偏转有关的参数,(,二,),光点位置的不稳定性,漂移,：使光点随时间缓慢和连续的偏移,长期漂移,光点在,1h,内的最大偏移,短期漂移,在,1,小时总的记录时间内，光点在最不利的,1,分钟内最大漂移,周期漂移,由于各种原因引起的周期哼声、纹波等性质的不希望的偏移，当无信号时它显示在屏幕上，有信号时它叠加在输入信号的显示上。,零点偏移,不加信号时，由于特定影响量的变化，所产生光点或光迹的移动（零点偏移通常不是瞬时的，偏移量的最大值，应在规定时间间隔内测定）。,噪声（随机偏移）,由于各种原因引起电子不规则随机运动现象，通常以它的幅度换算成输入等效电压的峰峰值表示。,二、与垂直（水平）偏转有关的参数,二、与垂直（水平）偏转有关的参数,(三)稳态特性,1.,频率响应不平坦度,当示波器输入不同频率的等幅正弦信号时，在屏幕上所显示的幅度是随频率变化的函数，通常以其所显示幅度的最小值与最大值之比来表示，通常用,dB,作为比值的单位,。,f,V,频率响应不平坦度,U,min,U,max,二、与垂直（水平）偏转有关的参数,2.,频带宽度,示波器输入不同频率的等幅正弦信号时，屏幕上显示的幅度随频率变化，当显示幅度与基准频率显示幅度,相比,下跌,3,dB,时，此时的频率称为上（下）限频率。其下限到上限频率的范围称为频带宽度。,f,U,示波器频带宽度,3dB,f,-3dB,二、与垂直（水平）偏转有关的参数,(四)瞬态响应：,1.,上升时间,示波器,屏幕上显示的阶跃信号波形从脉冲幅度的10%到90%所经历的时间间隔，通常以,t,r,表示。,2.,上冲,屏幕上显示的矩形脉冲信号，前沿部分高于脉冲幅度平顶的最大值,b,与脉冲幅度,A,的百分比。,二、与垂直（水平）偏转有关的参数,3.,衰减振荡（阻尼振荡）,屏幕上显示的矩形脉冲信号，在,10,t,r,时间内，除上冲外，衰减振荡的最大幅度,C,1,或,C,2,（,取二者较大者）与脉冲幅度,A,的百分比。,C,2,C,1,衰减振荡,A,二、与垂直（水平）偏转有关的参数,4.,直流特性：,对频率响应从直流开始的示波器，检验放大器直流增益的热过渡特性，当输入直流电平由零电平突然到达一个新的稳定状态后，其幅值的偏移,g,或,h,与稳定后的幅值,A,的百分比。,h,g,直流特性,A,二、与垂直（水平）偏转有关的参数,(,五,)其它,1.,通道隔离度,用于确定示波器任意两通道间相互影响的一个量，用下式表示通道隔离度,I：,式中：,K,1,干扰通道的偏转因数，单位为,V/div；,K,2,被干扰通道的偏转因数，单位为,V/div；A,1,干扰通道的显示幅度格数，单位为,div；,A,2,被干扰通道的显示幅度格数，单位为,div。,二、与垂直（水平）偏转有关的参数,2.,通道延迟时间差,当相同信号加于多踪示波器任意两输入端时，它的两个显示波形之间的时间差,3.X,、,Y,相位差 当相同相位信号加于具有,X-Y,显示的示波器两输入端时，屏幕上显示的相位差，它是一个与频率有关的量值。,二、与垂直（水平）偏转有关的参数,4.,共模抑制比,把一电压加于示波器的两个差分输入端之间测得的某一偏转量高度，再将一电压加于示波器两输入端，两输入端并接后与接地点之间测得同一偏转高度，第二次与第一次输入电压之比，即为共模抑制比。,测量方法：在单端加一个小电压，测得一高度为,a，,然后将示波器的两输入端,短路,，加一个信号使其在屏幕显示的高度也为,a，,这时二个输入电压之比，即为共模抑制比。,5.,视在信号延迟时间（,t,d,）,从扫描出现的瞬间到信号轨迹达到脉冲幅度10%所经过的时间。,1.,时基电路,能使光点随时间位移的电路，由时基产生的光点的位移称为扫描。,2.,释抑电路,是时基电路的一部分，作用是使光点恢复到原有静止位置，电路完全恢复以前，防止被重新触发扫描。,3.,扫描时间因数,光点在,X,轴方向移动单位长度所需要的时间。,4.,双时基工作状态,指延迟扫描和被延迟扫描同时工作的示波器工作状态。,5.,延迟扫描电路,在双时基电路中，除能单独工作外还可用来产生延迟扫描的电路。,三、与时基有关的参数,1.,触发,是一种触发扫描的工作方式，能使每次扫描开始时均对应于被观测信号上予定电平点而获得稳定显示,。,2.,触发值（触发灵敏度）,使图象获得稳定显示所需的触发同步信号最小数值。,3.,触发同步频率范围,在规定的触发同步电压值下，可获得稳定显示的工作频率范围。,4.,时基晃动,所显示波形的位置（或它的一部分）平行于扫描方向的一种抖动,5.,扫描延迟晃动比,在采用延迟扫描和被延迟扫描电路中，表示被延迟扫描的晃动和扫描延迟时间之比。,四、与,显示,有关的参数,五,.,与取样示波器有关的参数,1.,顺序取样,取样点在时间上相对于触发识别点是依次滞后的（提前的）一种取样过程,。,2.,随机取样,信号与取样动作之间有显著的时间间隔不确定性，用这种随机取样构成相关显示过程。,五,.,与取样示波器有关的参数,3.,等效时间取样,在输入信号的被显示部分出现时，取出一个取样点的过程，其扫描的实际持续时间等于输入信号重复若干次所需的时间。,4.,等效时间,与等效时间取样过程所形成的显示相对应的时间刻度,。,5.,实时取样,在输入信号被显示部分每出现一次时，能取出一个以上取样点的取样过程,。,6.,实时,与实时取样过程所形成的显示相对应的时间刻度。,六、数字存储示波器的有关参数,1.,数字化速率（取样速率）,单位时间内对模拟输入信号的取样次数，常用,MSa/s（,兆取样点/秒）表示,，现在,用,G,Sa/s,表示,。,2.,变换时间,数字化速率的倒数。,3.,记录长度,表示数字存储示波器存储信号的容量。一般习惯上表示为为10,3,、410,3,、310,4,等。,4.,垂直分辨力,一般指所使用的,A/D,变换器的位数（,bit）。,一般有8位、10位、12位不等。,六、数字存储示波器的有关参数,5.,水平分辨力,是取样速率和记录长度的函数，常以每格的点数（点/,格）,表示,。,6.,存储带宽,(1),有效存储带宽,在所采用的取样速率条件下进行实时取样时，利用最少的显示点数能够测量的最大带宽。,(2),等效存储带宽,对于被取样的重复信号（采用取样技术）所能达到的带宽叫等效存储带宽,。,六、数字存储示波器的有关参数,7.,滚动显示,滚动显示是数字存储示波器观察慢信号时特有的工作方式，显示时最新数据连续不断地从屏幕右边推出。,8.,奈奎斯特频率,定义为输入到,A/D,变换器的被抽样输入信号的最高频率分量的,两倍,，低于此频率的输入信号经取样后能再现原波形，而高于此频率的输入信号,则,不能再现,原波形,。,9.,混迭,当输入到,A/D,变换器的被抽样输入信号的高频分量高于奈奎斯特频率时，会出现输入信号和取样频率的差拍波形，而不是原来的波形。,第,三,节,模拟示波器的组成及工作原理,模拟示波器的基本结构可分为三大部分,：,主机（显示部分、高低压电源）,垂直（,Y）,偏转系统,水平（,X）,偏转系统,第,三,节,模拟示波器的组成及工作原理,CRT,标准,信号,Z,轴,放大器,电源,Y,轴,输入电路,放置,放大器,延迟线,后置,放大器,触发,电路,扫描,电路,X,轴,放大器,外触发输入,模拟示波器的基本组成,内,电源,外,一、模拟示波器的垂直通道（重直偏转系统）,垂直通道（简称,Y,通道）是被测信号的主要传输通道，它使显示的,Y,轴坐标正比于信号的瞬时值。,Y,通道同时提供一个内触发信号，使锯齿扫描信号与被测信号同步。,Y,通道主要包括：输入电路（输入衰减器等）、前置放大器、延迟线、后置放大器（又称输出放大器）、内触发放大器等。,Y,通道必须有足够的频带宽度，带内频响应基本平坦，下限频率最好能扩展到直流，以便能观察速度很慢的信号。带内的相位,频率特性尽可能是线性的，以保证低的相位失真。常用时域瞬态特性来表征,Y,通道的性能。它应有足够小的脉冲响应时间，上冲应小于,2.5%,。,输入衰减器的作用是压缩输入信号幅度变化范围，以使前置放大器工作在正常电压范围内。调节衰减器则改变示波器的偏转因数。,衰减器的基本要求是要有足够的调节范围和宽频带、准确的分压系数，高而恒定的输入阻抗。,示波器的输入衰减器大都采用电阻,电容补偿式衰减器。,（一）输入衰减器,输入衰减器的基本形式,C,1,C,2,R,1,R,2,U,1,U,2,（一）输入衰减器,衰减器的分压比在直流或低频时为电阻分压：,当交流信号的频率很高时，分压比趋于电容分压：,（一）输入衰减器,当在低频或直流的电阻分压比和高频时的电容分压比相等时，输入衰减器有平坦的频率响应，此时分压比与输入频率无关。,R,1,C,1,=,R,2,C,2,，,是衰减器实现最佳补偿的条件。当输入为矩形方波时，可以获得最佳补偿，使输出波形不失真。,（一）输入衰减器,a）,b）,c）,探极或输入减器的补偿,a,）,最佳补偿；,b,）,过补偿；,c,）,欠补偿,当,R,1,C,1,R,2,C,2,时，出现过补偿，,R,1,C,1,R,2,C,2,时，出现欠补偿，如图所示。,（一）输入衰减器,模拟示波器最主要的用途是无失真地在屏幕上显示信号幅度与时间的函数关系。基本的水平通道系统应由触发电路、扫描电路和水平放大器等组成。,二、模拟示波器的水平通道,触发电路包括触发输入耦合电路、触发放大器、触发整形电路。,它提供一个受控的脉冲去启动扫描电路。,1.,触发方式选择,触发方式可由控制开关选择，,分,为内触发,、,外触发,、,电源触发,等,。,2.,触发信号耦合方式选择,触发信号可以通过,“,直流,”,（,DC,）、,“,交流,”,（,AC,）、,“,低频抑制,”,（,LFREJ,）、,“,高频抑制,”,（,HFREJ,）,等耦合方式加到触发输入放大、整形电路。,（一）触发电路,3.,触发极性和触发电平,触发脉冲决定了扫描的起点，与之对应的是触发输入放大器输出电压的瞬时值，即触发电路的触发电平。,为了任意选择被显示信号的起始点，应在触发电路中设置两种控制；其一是调节触发点的电平；其二是改变触发极性。所谓触发极性，有时也称触发斜率，是指触发信号的上升沿或下降沿，前者为正极性，后者为负极性。它和触发电平组合调节可获得下面几种工作状态,：,（一）触发电路,触发极性,触发电平不同时屏幕上所显示的波形,a)+”,极性,“0”,电平；,b)“+”,极性，“,+”,电平；,c)“+”,极性,“-”,电平,d)“-”,极性,“0”,电平；,e)“-”,极性，“,+”,电平；,f)“-”,极性,“-”,电平,a),c),b),e),f),d),调节触发电平、改变触发极性，触发点就会发生变化，这时扫描起点不同，屏幕上显示的波形也就不同。,（一）触发电路,4.,触发方式,触发方式通常有常态、自动和高频三种。,常态触发,：在有触发信号并且产生有效触发时，扫描发生器才工作，屏幕上才有扫描线。通过触发极性和触发电平的调节，可以任意地选择触发点。,自动触发,：就是无触发输入信号时，扫描系统仍然有扫描输出，屏幕上仍能显示扫描线。而当系统中加入触发信号时又能进行触发扫描。,高频触发,：,一般,为,自动工作方式。整形电路工作于高频率的自激状态,，,可,用高频触发信号去同步。,（一）触发电路,第,四,节,数字存储示波器,模拟示波器的功能由数字存储示波器可以完全实现,。,数字存储示波器具有许多模拟示波器所不具备的先进性能。,（,都带有微处理器，可对仪器内部工作状态进行管理，并可以对采集波形的数字化信息进行运算、处理、分析加工，在屏幕上显示测量波形、计算测量结果。可以进行程控操作获取信息，通过,RS232,、,GP-IB,等各种形式接口将所获取的信息送到计算机或其他外设进行分析处理,。,）,数字存储示波器的使用更加方便,、,灵活，容易组成自动测量系统。,一、数字存储示波器的取样存储原理,1.,实时取样,取样点是通过响应示波器的一次触发而获得的，,一次触发采集,可,完成一个波形的全部取样点,。,当数字示波器工作在实时方式或单次模式时，它的取样方式均为实时取样。,图,2-15,实时取样方式工作原理,t,一、数字存储示波器的取样存储原理,2.,非实时取样,非实时取样也称等效时间取样。示波器经过多个触发脉冲采集所需数量的取样点。,数字存储示波器用等效时间取样时，它可以捕获示波器模拟带宽内的任何信号而与取样率无关，要求输入信号必须是重复的。,非实时取样与实时取样的区别,：,非实时取样不是在一个信号周期内完成取样的全部过程，取样点取自若干个信号波形的不同位置，即每个信号周期取样一次，取样信号每次延迟,t。,每次延迟的时间,t,不同时，称为,“,随机取样,”,。,每次延迟的时间,t,是固定值时，称为,“,顺序取样,”,。,0,t,2t,3t,顺序取样方式工作原理图,一、数字存储示波器的取样存储原理,随机取样方式工作原理图,一、数字存储示波器的取样存储原理,数字存储示波器由以下几部分组成：,CRT,显示部分,采集电路,输入电路,A/D,变换器、,D/A,变换器,I/O,电路，,GP-IB,控制接口,CPU,控制,硬拷贝、串行通讯接口等,一、数字存储示波器工作原理,面板或,GP-IP,设定功能、量程及其它参数,其他功能量程,扫描速度,灵敏度,取样脉冲,U,I,输入信号,数字存储示波器基本构成原理图,衰减、放大,取样脉冲形成,取样、保持,A/D,A/D,I/O,I/O,A/D,锁存,GP-IB,控制器,硬拷贝输出控制器,硬拷贝输出,RAM,逻辑控制电路,CPU,ROM,I/O,GP-IB,接口,显示读出部分,X,通道,Y,通道,一、数字存储示波器工作原理,1,极好的频带宽度,模拟示波器频带宽度最高为,1GHz,，,数字示波器的实时带宽已达,13GHz,，,数字取样示波器带宽高达,70GHz,。,2,可以长期存储波形,存储波形可以长期保存。数字示波器还有软驱，可以将信号存入磁盘，送到计算机处理、送入打印机、绘图仪进行硬拷贝。,3,极好的信号处理能力,利用现代的数字信号处理技术，对存储器中的信号进行计算分析处理。,（,例如：最大值的获取，平均值的计算，直接给出的上升时间、下降时间，显示包络、进行多次信号的平均计算等，还可以对信号进行,FFT,分析，可以在示波器上形成信号的频谱图形。）,数字存储示波器特点,4,极高的显示置信度,数字示波器借助高速的,A/D,变换器，将数据采集下来，存在存储器中可观察到显示波形中的噪声与晃动。,5,具有极强的触发功能,数字示波器可以进行前置触发（予触发）、后置触发（,POST TRIG,）、,信号中部触发（,MID TRIG,）、,图形触发、字触发