示波器工作原理.pptVIP

第62页，共90页，编辑于2022年，星期五 第63页，共90页，编辑于2022年，星期五 性能术语及其应用 掌握一门新技术通常涉及到学习新的词汇，学习使用示波器也是如此。本部分将描述一些常用的度量标准和示波器的性能术语。这些术语用来描述一些基本准则，而这些准则正是正确选择操作示波器的依据。理解和掌握这些术语将有助于评定和比较不同的示波器。 带宽 带宽决定示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加，示波器对信号的准确显示能力将下降。本规范指出示波器所能准确测量的频率范围。示波器带宽指的是正弦输入信号衰减到其实际幅度的70.7%时的频率值，即－3dB点，基于对数标度（见图46）。 如果没有足够的带宽，示波器将无法分辨高频变化。幅度将出现失真，边缘将会消失，细节数据将被丢失。如果没有足够的带宽，得到的关于信号的所有特性都毫无意义。 ? 5 倍准则 (The 5 times rule) 示波器所需带宽＝被测信号的最高频率成分× 5 测定示波器带宽的方法：在具体操作中准确表征信号幅度，并运用5倍准则。使用五倍准 则选定的示波器的测量误差将不会超过＋/－2%，对今天的操作来说已经足够。然而，随着信号速率的增加，这个经验准则将不再适用。记住，带宽越高，再现的信号就越准确(见图47)。 第30页，共90页，编辑于2022年，星期五 上升时间 在数字世界中，时间的测定至关重要。在测定数字信号时，如脉冲和阶跃波，可能更需要对上升时间作性能上的考虑。示波器必须要有足够长的上升时间，才能准确地捕获快速变换的信号细节。上升时间描述示波器的有效频率范围。一般用下面的公式来计算特定信号类型示波器的上升时间： ? 示波器上升时间＝被测信号的最快上升时间＋ 5 请注意，选择示波器上升时间的依据类似于带宽的选择依据。对于带宽，考虑到信号速率的极端情况，这个经验准则也并不总是适用。记住，示波器的上升时间越快，对信号的快速变换的捕获也就越准确。 在一些应用中，可能只有信号的上升时间是已知的。带宽和上升时间通过一个常数相关联： ?其中，k 是介于0.35 和0.45 之间的常数，它的值取决于示波器的频率响应特性曲线和脉 冲上升时间响应。对带宽小于1 GHz的示波器，其常数k 的典型值为0.35，而对带宽大于 1GHz 的示波器，其常数k 的值通常介于0.40 和0.45 之间。 如图49 所示，一些逻辑系列本质上具有更快的上升时间。 第31页，共90页，编辑于2022年，星期五 采样速率 采样速率：表示为样点数每秒（S/s），指数字示 波器对信号采样的频率，类似于电影摄影机中的帧的 概念。示波器的采样速率越快，所显示的波形的分辨 率和清晰度就越高，重要信息和事件丢失的概率就越 小，如图50 所示。如果需要观测较长时间范围内的慢 变信号，则最小采样速率就变得较为重要。典型地， 为了在显示的波形记录中保持固定的波形数，需要调 整水平控制按钮，而所显示的采样速率也将随着水平 调节按钮的调节而变化。 如何计算采样速率？计算方法取决于所测量的波 形的类型，以及示波器所采用的信号重构方式。 为了准确地再现信号并避免混淆，奈奎斯特定理 规定，信号的采样速率必须不小于其最高频率成分的两倍。然而，这个定理的前提是基于无限 长时间和连续的信号。由于没有示波器可以提供无限时间的记录长度，而且，从定义上看，低频干扰是不连续的，所以，采用两倍于最高频率成分的采样速率通常是不够的。 实际上，信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法。一些示波器会为操作者提供以下选择：测量正弦信号的正弦插值法，以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。 ? 在使用正弦插值法时，为了准确再现信号，示波器的采样速率至少需为信号最高频率 成分的2.5 倍。使用线性插值法时，示波器的采样速率应至少是信号最高频率成分的 10 倍。 一些采样速率高达20GS/s,带宽高达4GHz的测量系统用5倍于带宽的速率来捕获高速，单脉冲和瞬态事件。 第32页，共90页，编辑于2022年，星期五 波形捕获速率 所有的示波器都会闪烁。也就是说，示波器每秒钟以特定的次数捕获信号，在这些测量点之间将不再进行测量。这就是波形捕获速率，表示为波形数每秒（wfms/s）。采样速率表示的是示波器在一个波形或周期内，采样输入信号的频率，波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别，且有着很大的变化范围。高波