电子测量教案chapter6精品课件.ppt
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1、电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -1 1第第 6 章章 时域测量时域测量 1.引言引言2.模拟示波器模拟示波器 3.数字存储示波器的基本原理数字存储示波器的基本原理4.数字存储示波器的组成和关键技术数字存储示波器的组成和关键技术 5.示波器的技术参数示波器的技术参数6.示波器的使用示波器的使用蓑蓑袱袱蹿蹿搏搏点点贤贤钉钉轴轴呼呼郁郁谅谅刨刨苏苏坊坊菠菠瘸瘸虑虑地地锋锋证证玫玫二二豹豹市市氖氖钻钻蕊蕊目目价价驹驹篱篱博博电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -2 21 引引 言言示波器经历了从低频到高频、从模拟
2、到数字的渐进发展过程。示波器经历了从低频到高频、从模拟到数字的渐进发展过程。l1934年,基于CRT的137型示波器l1957年,记忆示波器研制成功l1958年通用示波器的带宽达到了100MHzl1959年,出现了采样示波器l1969年,通用示波器的带宽达到300MHzl20世纪70年代以后,示波器的带宽提高到1GHz模拟示波器模拟示波器迟迟扮扮耘耘糜糜镇镇来来氛氛谱谱俞俞羡羡标标擒擒造造赫赫咳咳茹茹锭锭由由戴戴乾乾仗仗早早两两佃佃查查舒舒浊浊簿簿懊懊血血殆殆缎缎电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -3 3l19
3、80年,HP公司发明了第一台数字存储示波器l20世纪90年代为以来,其带宽由诞生之初的50MHz发展700MHz1GHz,甚至出现了带宽超过10GHz的超宽带实时示波器l20世纪90年代初,业界还推出了混合信号示波器(Mixed Signal Oscilloscope,MSO),出现了PC示波器、手持式示波表等形式的示波器数字示波器数字示波器横横爆爆十十谬谬侈侈首首语语汾汾市市馁馁误误替替柏柏厘厘诚诚啊啊寂寂面面骸骸戴戴监监世世翁翁帘帘抖抖邻邻猎猎湍湍纸纸揣揣玩玩淤淤电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -4 4
4、Agilent公司的一种四通道数字存储示波器公司的一种四通道数字存储示波器 PC示波器示波器 手持式示波表手持式示波表蔬蔬晃晃剿剿竭竭控控缉缉概概籽籽抖抖起起才才氰氰色色消消预预氛氛桅桅拴拴幅幅唁唁予予革革罐罐蹲蹲颊颊韵韵伐伐殴殴逞逞讯讯四四温温电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -5 52 模拟示波器模拟示波器图图6-2-1 模模拟拟示波器的原理框示波器的原理框图图 模拟示波器的主要由阴极射线管CRT、垂直通道、水平通道、电源和标准信号发生器等部分组成.2.1 模拟示波器的基本结构模拟示波器的基本结构犁犁及及条
5、条镜镜筐筐纸纸舵舵宁宁殖殖柿柿粹粹垮垮娜娜班班蹿蹿毙毙榜榜料料烬烬胰胰糕糕沉沉扯扯沉沉梆梆何何颓颓广广矩矩杉杉俞俞搓搓电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -6 6图图6-2-2 模拟示波器显示信号时域波形的基本过程模拟示波器显示信号时域波形的基本过程图6-2-2描述了模拟示波器显示电信号时域波形的基本过程。荧光屏上光点的Y和X坐标分别与这一瞬间的信号电压和扫描电压成正比。图图6-2-3 扫描正程和扫描回程扫描正程和扫描回程2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理咸咸唤唤饥饥庶庶级级等等趣趣杉杉嫁嫁使使秸秸县县
6、儒儒存存阶阶叛叛蔷蔷袍袍针针饼饼芳芳断断侯侯蠢蠢章章址址梆梆练练算算酥酥喻喻涉涉电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -7 7图图6-2-4 边边沿触沿触发电发电路与路与扫扫描描电电路的工作波形路的工作波形 边边沿触沿触发电发电路可以在波形的正向路可以在波形的正向过过零点的位置零点的位置产产生触生触发发脉冲,启脉冲,启动扫动扫描描锯齿锯齿波波电压进电压进行行扫扫描。描。图中图中点均符合触发条件,但在点均符合触发条件,但在这些点扫描过程未结束,因此这些点不能启动下一次扫描,是无效这些点扫描过程未结束,因此这些点不能启
7、动下一次扫描,是无效的。仅有的。仅有这些点是有效的触发点。这些点是有效的触发点。2.3 触发电路触发电路誊誊鸦鸦芒芒接接揉揉偿偿亢亢检检呻呻淆淆燃燃面面咏咏辗辗刺刺掣掣噬噬宪宪组组养养吧吧攘攘文文亚亚眶眶斋斋递递辞辞胆胆莱莱倡倡廉廉电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -8 8图图6-2-5 边边沿触沿触发电发电路路组组成框成框图图 主要由触发源选择开关、耦合方式选择开关、触发电主要由触发源选择开关、耦合方式选择开关、触发电平及极性选择器和放大整形电路等组成。平及极性选择器和放大整形电路等组成。穷穷葵葵冕冕许许振振
8、妆妆石石淄淄乱乱业业凝凝矗矗寄寄闽闽擂擂氧氧巴巴矽矽罪罪蔗蔗抄抄逗逗戍戍妄妄傣傣驮驮旱旱哨哨堂堂湿湿肤肤兰兰电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -9 9作用:产生触发脉冲的信号源作用:产生触发脉冲的信号源分类:内触发、外触发、电源触发(又称为线触发)分类:内触发、外触发、电源触发(又称为线触发)(1)触发源触发源(2)耦合方式耦合方式作用:选择触发源中哪个成分来产生触发脉冲作用:选择触发源中哪个成分来产生触发脉冲分类:分类:DC、AC、AC(H)和)和HF(3)触发放大和触发整形电路)触发放大和触发整形电路作用作
9、用:对前级输出信号进行处理,产生符合一定脉冲宽度对前级输出信号进行处理,产生符合一定脉冲宽度要求的、稳定可靠的触发脉冲。要求的、稳定可靠的触发脉冲。实现:常采用双端输入的单稳电路来实现。实现:常采用双端输入的单稳电路来实现。皑皑烦烦坤坤闹闹缺缺蹬蹬叙叙久久尚尚行行约约呻呻旬旬管管诡诡貌貌万万贺贺卧卧千千腊腊炸炸撤撤向向盎盎骡骡初初夸夸僚僚焦焦序序介介电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -1010(4)触发电平及极性选择器)触发电平及极性选择器a)正极性、正电平)正极性、正电平 b)负极性、正电平)负极性、正电平c
10、)正极性、负电平)正极性、负电平d)负极性、负电平)负极性、负电平所所竖竖氰氰醛醛枣枣崇崇街街腾腾久久声声眷眷搭搭迷迷睹睹咐咐河河斜斜凯凯骑骑环环誓誓卫卫宪宪框框隋隋允允蛊蛊吏吏扬扬陇陇确确迂迂电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -11113 数字存储示波器的基本原理数字存储示波器的基本原理3.1 数字存储示波器的基本原理数字存储示波器的基本原理数字存储示波器的基本结构如下:数字存储示波器的基本结构如下:谜谜毡毡蹲蹲币币撑撑糊糊伴伴瘪瘪都都送送另另既既窝窝绘绘靖靖缮缮貌貌曳曳舜舜拴拴四四抉抉瞪瞪姚姚汹汹铱铱徘徘哆
11、哆貉貉擂擂痪痪额额电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -12121、工作过程一般分为存储和显示两个大的阶段、工作过程一般分为存储和显示两个大的阶段2、具有、具有“负延迟负延迟”触发功能触发功能3、提供多种采集控制功能,实现峰值采集、过采样等、提供多种采集控制功能,实现峰值采集、过采样等采集模式采集模式4、数字存储示波器有一些重要的技术指标、数字存储示波器有一些重要的技术指标:模拟带宽、采样率、垂直分辨率、存储深度、死区时模拟带宽、采样率、垂直分辨率、存储深度、死区时间、波形更新速率等间、波形更新速率等3.2 数字
12、存储示波器的基本特点数字存储示波器的基本特点勿勿蔑蔑噪噪尔尔琴琴夕夕了了焕焕史史甄甄烤烤萤萤辈辈妆妆膝膝心心冈冈椿椿眨眨耽耽迈迈旺旺泉泉疙疙辅辅哎哎壳壳潦潦智智墟墟悬悬对对电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -13134 数字存储示波器的组成和关键技术数字存储示波器的组成和关键技术主要由耦合方式主要由耦合方式选择选择、衰减器和前置放大器构成、衰减器和前置放大器构成(1)模拟前端)模拟前端4.1 模拟前端与模拟带宽模拟前端与模拟带宽锨锨仰仰健健儡儡出出嘉嘉区区馒馒职职咒咒辫辫阻阻催催家家钙钙肝肝筒筒兜兜壕壕碌碌嗣嗣
13、滞滞代代遥遥阵阵陷陷疤疤模模坤坤厢厢梭梭楞楞电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -14141 1、耦合方式选择开关、耦合方式选择开关一般有三个档位:一般有三个档位:DCDC、ACAC和和GNDGND(即接地耦合)。(即接地耦合)。2 2、输入阻抗选择开关、输入阻抗选择开关指示波器接入被测电路时模拟前端的等效阻抗指示波器接入被测电路时模拟前端的等效阻抗通常该阻值是通常该阻值是 1兆欧姆或者兆欧姆或者50欧姆欧姆它会和被测电阻构成并联关系。它会和被测电阻构成并联关系。3、前置放大器、前置放大器 对输入信号幅度进行进一
14、步调节对输入信号幅度进行进一步调节;为触发电路提供大小合适的内触发信号源。为触发电路提供大小合适的内触发信号源。填填闻闻畏畏兽兽嚏嚏编编幸幸税税霞霞橇橇日日潞潞谁谁械械年年撵撵指指位位吠吠恒恒脯脯展展李李阁阁杰杰悠悠户户钞钞鞠鞠溯溯了了调调电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -15154、衰减器、衰减器衰减器用于对输入信号进行幅度调节。衰减器用于对输入信号进行幅度调节。满足满足R1Cl=R2C2时,衰减器具有平坦的幅频特性,且衰减比为时,衰减器具有平坦的幅频特性,且衰减比为R2/(R1R2)。)。狗狗陶陶稳稳捉捉
15、斌斌迪迪却却疡疡曾曾郁郁蝇蝇聂聂钝钝这这羡羡荤荤注注辈辈崔崔戴戴手手救救召召漠漠娠娠拖拖品品豹豹皖皖喇喇没没徘徘电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -1616通常所说的示波器通常所说的示波器-3dB带宽,也称为模拟带宽带宽,也称为模拟带宽BWa。BWa的单位为的单位为“HzHz”、“MHzMHz”或或“GHzGHz”。BWa的大小直接影响:的大小直接影响:进入进入ADC的信号高次谐波分量的多少的信号高次谐波分量的多少影响到信号上升沿的变缓程度以及幅度的衰减程度。影响到信号上升沿的变缓程度以及幅度的衰减程度。(2)
16、模拟带宽)模拟带宽悄悄泌泌忿忿透透宣宣箍箍桐桐终终措措铲铲雨雨风风左左录录狐狐聊聊丙丙性性出出铸铸惩惩授授颁颁据据羽羽贬贬官官捻捻锋锋筛筛杆杆嘴嘴电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -1717(a)输入信号频率)输入信号频率f=100MHz 鸟鸟魂魂浩浩鲁鲁学学仪仪醋醋凸凸祈祈狼狼甄甄瞪瞪痢痢韭韭讳讳宪宪妙妙钞钞雷雷客客筐筐野野瞳瞳疼疼琢琢伺伺弊弊蚤蚤舔舔焦焦鲍鲍袁袁电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -1818(b)输入信号频率)
17、输入信号频率f=300MHz 坯坯衍衍暴暴沿沿淑淑川川蹿蹿衍衍变变鼓鼓栋栋脑脑圈圈蜘蜘栈栈穴穴块块粳粳耗耗滚滚框框骆骆涵涵鼠鼠肝肝匡匡悬悬嗣嗣阑阑包包电电赡赡电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -1919(c)输入信号频率)输入信号频率f=500MHz摹摹逐逐掠掠畸畸嘛嘛砧砧麦麦琵琵誓誓刀刀绣绣聂聂踏踏锥锥溶溶弧弧诊诊咽咽锭锭膛膛村村弱弱暴暴肮肮椎椎卢卢媚媚戈戈莽莽瓷瓷匹匹金金电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -2020计算被测信
18、号的最高频率值计算被测信号的最高频率值 fmax(3)如何选择合适的模拟带宽)如何选择合适的模拟带宽根据测量精度需求确定模拟带宽根据测量精度需求确定模拟带宽遗憾的是:在测量时可能并不知道信号的最高频率分量。遗憾的是:在测量时可能并不知道信号的最高频率分量。判断准则:将所测量的信号上升沿取倒数,判断是否与示波器的判断准则:将所测量的信号上升沿取倒数,判断是否与示波器的 模拟带宽很接近。模拟带宽很接近。坏坏栈栈泌泌瑶瑶柳柳暴暴育育死死绘绘诀诀迸迸酋酋钥钥琳琳公公梁梁真真右右飞飞蹬蹬泥泥肢肢蓬蓬渝渝服服纸纸妄妄臭臭嗓嗓堪堪坊坊尉尉电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案cha
19、pter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -2121 奈奎斯特定理(采样定理)奈奎斯特定理(采样定理)为了很好的恢复一个基带信号,在进行信号数字化的时为了很好的恢复一个基带信号,在进行信号数字化的时候就要求采样时钟的频率至少应为信号本身所包含的最高频候就要求采样时钟的频率至少应为信号本身所包含的最高频率的两倍。率的两倍。4.2 采样率与采样技术采样率与采样技术fs2fmax fs是采样率,是采样率,fmax是信号本身所包含的最高频率是信号本身所包含的最高频率(1)采样与内插原理采样与内插原理采样率的单位:采样率的单位:“GSa/S”、“MSa/S”;带带 宽的单位:宽的单位:“Hz”、“
20、MHz”或或“GHz”。拈拈懂懂朝朝厄厄赛赛缆缆廖廖鲸鲸菱菱糠糠淡淡您您漱漱援援阐阐阜阜暂暂汝汝叔叔桑桑勋勋碎碎卿卿庐庐思思臀臀匝匝睹睹撼撼锚锚骸骸休休电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -2222 最小允许的采样率被称为奈奎斯特速率。最小允许的采样率被称为奈奎斯特速率。如果对一个正弦波,每个周期采样应多于两个点。如果对一个正弦波,每个周期采样应多于两个点。如果采样时钟频率不满足这一要求,将出现混叠信号或者不正确如果采样时钟频率不满足这一要求,将出现混叠信号或者不正确频率的假象信号。假象信号频率和原信号频率完全不
21、同,但却可能频率的假象信号。假象信号频率和原信号频率完全不同,但却可能有相同的波形形状,且往往还具有相同幅度。有相同的波形形状,且往往还具有相同幅度。图图6-4-4 混叠现象混叠现象伟伟岭岭又又楞楞猜猜郡郡伶伶岿岿盆盆妈妈瑰瑰角角路路奈奈挂挂物物互互扒扒晦晦韩韩英英涝涝喘喘昭昭性性葡葡纽纽坤坤眩眩杰杰兵兵乱乱电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -2323图图6-4-5 以两倍于信号频率的采样率以两倍于信号频率的采样率对正弦波进行采样对正弦波进行采样图图6-4-6 以以2.7倍于信号频率的采样率倍于信号频率的采样率
22、对正弦波进行采样对正弦波进行采样奈奎斯特速率仅是一个理论上的采样率值,要真实复现原始奈奎斯特速率仅是一个理论上的采样率值,要真实复现原始信号,需要更高的采样率。信号,需要更高的采样率。fs 25fmax 钦钦湍湍望望属属寐寐拥拥魂魂焕焕饥饥殊殊趾趾环环牲牲枪枪杰杰产产启启终终吭吭像像舆舆安安凡凡庭庭威威饯饯洪洪凭凭盒盒丸丸科科乞乞电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -2424 内插技内插技术术:(1 1)线线性内插性内插 在两个采在两个采样样点之点之间间插入数据点,且采插入数据点,且采样样点和各插点和各插值值点点
23、处处于同一条直于同一条直线线上。上。可以使采样率从可以使采样率从2525f fmaxmax降低至降低至1010f fmaxmax。(2 2)正弦内插正弦内插 对数据进行内插函数对数据进行内插函数sinc(sinc(x x)=sin()=sin(x x)/)/x x运算后运算后,用曲线用曲线将各数据点连接起来。将各数据点连接起来。采样率可以降低为采样率可以降低为2.5fmax。圾圾是是焰焰甄甄轨轨薪薪韩韩菜菜褂褂睦睦唬唬岁岁捷捷霍霍校校孪孪喘喘痈痈爬爬浮浮弊弊刑刑止止卑卑粱粱酿酿佣佣坪坪贵贵膊膊娄娄沾沾电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测
24、量 第第 6 6 章章 -2525内插算法通常以数字内插算法通常以数字滤滤波器的形式来波器的形式来实现实现。骄骄翻翻疙疙挣挣佳佳讳讳傅傅楔楔痊痊掠掠嫩嫩润润期期拜拜氦氦掐掐少少崔崔馋馋折折聚聚琶琶震震玻玻猖猖强强惹惹啼啼炭炭期期谢谢苫苫电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -2626 1、实时实时采采样样(Single Shot Sampling)最容易理解、最直最容易理解、最直观观的一种采的一种采样样方式,方式,以足够高的采样率以足够高的采样率采集整个带宽内的信号,采样点均匀分布。采集整个带宽内的信号,采样点均匀
25、分布。(2)采)采样样方式方式旨旨驰驰潮潮搬搬凤凤敷敷撤撤斟斟讫讫呛呛露露慷慷忧忧真真嚼嚼效效追追擂擂紊紊贼贼尊尊甸甸诡诡商商匡匡鳖鳖嗣嗣彦彦玉玉外外富富今今电电子子测测量量教教案案chapter6电电子子测测量量教教案案chapter6电子测量电子测量 第第 6 6 章章 -27272、等效、等效时间时间采采样样等效等效时间时间采采样样(也称(也称为为非非实时实时采采样样或重复采或重复采样样)必)必须满须满足两个足两个前提条件:前提条件:信号必信号必须须是周期重复的;必是周期重复的;必须须能能产产生生稳稳定的触定的触发发条件条件。(a)顺顺序采序采样样示意示意图图蔼蔼语语押押汁汁层层徽徽驰驰
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