数字存储示波器基本工作原理与使用方法
参考文献
[1] 秦艳芬. 大学物理实验[M]. 第一版. 北京:清华大学出版社, 2012.
[2] Tektronix. MSO2000B和DPO2000B系列示波器用户手册[M].
参考机型
Tektronix MSO2000B 和 DPO2000B 系列
1数字存储示波器基本工作原理
数字存储示波器使用ADC将模拟波形转换成数字信号，再存储到存储器RAM中，需要时再从中调出存储内容，通过ADC将数字信号恢复为模拟量，显示在CRT屏幕上。因此屏幕上看到的波形总是由所采集到的数据重建的波形，而不是输入连接端上所加信号的立即的、连续的波形显示，信号处理功能和信号显示功能是分开的。
示波器基本指标
- 采样速率：每秒在不连续的时间点上获取模拟输入并进行量化处理的次数。由ADC转换器速率决定。
- 存储深度：即存储容量，定义为获取的波形采样点的数目，用直接存放ADC转换后数据的存储器单元数表示。
- 频率宽度：在数字存储示波器中频率宽度分为模拟带宽和数字带宽。数字存储示波器的带宽多指模拟带宽，指构成示波器输入通道电路所决定的带宽。
2示波器使用简述
2.1总览
操作面板：
显示状态：
2.2菜单操作键
菜单操作键用于选择菜单项。
点击“Menu Off”可清除菜单项。
2.3垂直控制区（Vertical）
- CH通道设置键（Menu）：打开对应通道操作菜单，并在屏幕上现实对应通道信号。
操作菜单：
- 耦合模式选择：交流、直流和接地。
交流耦合：被测信号含有的直流分量被阻隔
直流耦合：被测信号含有的直流分量和交流分量都可以通过
接地耦合：被测信号含有的直流分量和交流分量都被阻隔 - 带宽限制：执行带宽限制式，被测信号中含有的大于20MHz的高频分量被阻隔
- 探头比例调节：输入通道探头比例（10X）需等于探头衰减系数（1：10）
- 数学运算键（Math）
数学运算功能显示多个通道波形相加、相减、相乘以及FFT运算结果。
按此按钮可以管理数学波形，包括显示数据波形或删除所显示的数据波形。
- 参考波形键（Ref）
波形可与参考波形样板相比较，排查故障原因。
按此按钮可以管理基准波形， 包括显示每个基准波形或删除所显示的基准波形。
- 垂直位置旋钮（Position）和挡位旋钮（Scale）
垂直位置旋钮用于调整波形在窗口的垂直位置。
挡位旋钮用于调整垂直标度（电压值/每格，U/Div）。
位置旋钮支持粗细调切换（部分示波器则为挡位旋钮），粗调以1-2-5步进，细调在当前挡位进一步调节波形。
- 通道读数：显示通道的刻度系数（每分度）、耦合、反相和带宽状态。
- 波形基线指示器：对于模拟通道，波形基线指示器显示波形的零伏电平（忽略偏置效应）。
2.4水平控制区（Horizonal）
- 水平位置旋钮（Position）和挡位旋钮（Scale）
水平位置旋钮用于调整波形在窗口的水平位置。
挡位旋钮；用于调整水平标度（时间/每格，t/Div）。
位置旋钮支持粗细调切换（部分示波器不支持），详见<垂直位置旋钮（Position）和挡位旋钮（Scale）>。当延迟扫描被打开时，将通过改变位置旋钮调整延迟时间，通过改变挡位旋钮改变波形的水平扩展倍数，用于放大一段波形，查看细节。
- 采样系统键（Acquire）
- 采样设置：
实时采样：用于观察单次信号；
等效采样：用于观察高频周期性信号；
平均采样：用于减少显示信号中的随机噪声； - 延迟扫描控制：如果希望采集与触发相距一段有效间隔的波形细节，可使用延迟扫描
- 水平时基设置：
Y-T方式：垂直Y轴为信号电压，水平X轴为扫描时间
X-Y方式：X轴为通道CH1电压量，Y轴为通道CH2电压量，表示两通道信号在垂直方向进行叠加。 - 通道读数：
- 显示通道的刻度系数（每分度）。
- 当“延迟模式”打开时，底行内显示从 T 符号至扩展点图标之间的时间（延迟时间）
- 当“延迟模式”关闭时，底行内以百分比形式显示采集内触发的时间位置。
- 扩展点图标（橙色三角）：水平标度以该点为中心扩展或缩小。
2.5触发控制区（Trigger）
触发可以将不稳定的显示转化为有意义的稳定波形。
触发分为正常触发、自动触发和单次触发。
- 正常触发：使用正常触发模式时，示波器只在触发时才采集波形。如果没有任何触发，则显示保留在显示屏的上一次采集的波形记录。如果上次未采集波形，则不显示波形。
- 自动触发：使用自动触发模式时，即使没有发生任何触发，示波器也会采集波形。如果在指定时间内未检测到触发事件，则示波器将强制触发，采集一帧波形并显示。等待触发事件的时间长度取决于时基的设置。
- 单次触发：使用单次触发模式时，触发器触发显示第一个满足触发条件的信号波形，并停止采集。
触发状态分为：
- 已触发：触发。触发事件右侧的部分
- 自动：正在采集未触发数据
- 预触发：正在采集预触发数据。预触发部分是屏幕上触发事件的左边部分
- 触发?：正在等待触发
- 触发设置菜单（Menu）
- 触发模式选择：边沿触发、脉宽触发、视频触发、斜率触发、交替触发、码型触发、持续时间触发
- 触发信源选择：CH通道、外出发输入通道EXT、市电AC Line。
边沿触发是最简单也是最常用的触发类型，可用于模拟信号和数字信号。当触发源在指定的 方向上通过指定的电压电平时，将会发生边沿触发事件。
- 触发电平旋钮（Level）：设定触发点对应的信号电压。按下此旋钮可触发50%功能，将触发电平设定在触发信号幅值的中点。
- 强制触发（Force Trig）：按此按钮可以强制执行立即触发事件。
- 触发电平图标：显示波形的触发位置。
- 触发位置图标：显示采集的触发位置。
触发读数显示边沿触发的触发信号源、斜率、电平和频率。
2.6常用菜单区（Menu）
- 自动测量键（Measure）：区别于Auto键，自动测量功能包括电压测量功能和时间测量功能。
信源选择：通道CH
- 电压测量：包括峰峰值、最大值、最小值、平均值等
- 时间测量：包括上升时间、下降时间、频率、周期等
上升时间表示波形幅度从10%上升至90%所经历的时间
下降时间表示波形幅度从90%下降至10%所经历的时间
- 光标测量键（Cursor）
- 手动模式：光标X或光标Y方式成对出现，可通过旋转通用钮Multipurpose a/b手动调节光标间距.状态栏中显示的读数即为测量的电压或时间值。
- 选择键（Select）
可以按此按钮激活垂直光标或水平光标。
- 亮度（Intensity）
用于设定波形和屏幕网格的显示亮度。
- 光标读数:显示每个光标的时间、幅度和增量 (△) 值。
测量读数：显示选定的测量。
2.7运行控制区
- 运行/停止键（Run/Stop）：运行和停止波形采样
- 自动设置键（Autoset）：自动设置采集、触发、水平、垂直控制，以产生适宜观察的波形显示。
- 单次（Single）：进行单一采集。
3基本使用方法
3.1模拟通道CH的设置
- 探头连接到输入信号源
- 选择输入通道CH
- 按下Autoset
- 调整垂直位置和标度
- 调整水平位置和标度
3.2周期和电压峰峰值的测量
3.2.1坐标法
- 周期测量
根据示波屏上的坐标刻度，读出时间值/每格（t/Div)，选取周期数n，读出n个周期所占用坐标值ΔT，则周期T=ΔT×t/Div/n，频率f=1/T。
- 电压峰峰值测量
根据示波屏上的坐标刻度，读出电压值/每格（t/Div)，读出波形的峰-峰所占坐标高度值ΔU，电压的峰峰值Upp=ΔU×U/Div
3.2.2光标法
- 周期测量
调控光标模块，使光标处于垂直位置，并使而光标刚好处于波形n个周期的两端，从显示屏上读出相应的数值ΔT，则周期T=ΔT/n。
“显示两个垂直波形光标”模式下，这两个光标隶属于所选的模拟波形或数字波形。可以通过通道CH按钮改变选定的波形，则所有光标都会跳到新选定的波形上。
- 电压峰峰值
调控光标模块，使光标处于水平位置，并使而光标刚好处于波形的最上端和最下端，从显示屏上读出相应的数值ΔU，则电压峰峰值Upp=ΔU。
显示四个屏幕光标。两个垂直光标和两个水平光标。它们不再明确地连接到某个波形。
按“选择”按钮，将使垂直光标成为当前光标，如果旋转通用旋钮，垂直光标将移动。再次按“选择”又将激活水平光标。
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