实验53+数字示波器的原理与使用.pdf

实验53 数字示波器的原理与使用 示波器是用于显示信号波形的仪器．示波器除了可以直接观测电压随时间变化的波形 外，还可以测量频率和相位差等参数，也可以定性观察信号的动态过程．它不仅能测量电 学量，还可以通过不同的传感器将各种非电量，如速度、压力、应力、振动、浓度、声、 磁、光、热等，变换成电学量来间接地进行观察和测量． 数字示波器由于具有模拟示波器所不具备的屏幕截图、数据显示、数学运算、数据及 波形存储等功能，并可外接网络、优盘、打印机、计算机，目前已取代模拟示波器在科研 及教学中成为主流． 在本实验中，重点学习DS2072A 型数字示波器的使用，着重在理解示波器工作原理的 基础上，学习正确使用示波器的方法． 【实验目的】 ⑴ 了解示波器的工作原理． ⑵ 学习用示波器观察各种信号波形． ⑶ 用示波器测量信号的电压、频率和相位差． 【实验原理】 1. 数字示波器的工作原理 数字示波器的原理如图 53-1 所示，输入数字示波器的待测信号先经过一个电压放大 与衰减电路，将待测信号放大（或衰减）到后续电路可以处理的范围内，接着由采样电路 按一定的采样频率对连续变化的模拟波形进行采样，然后由模数转换器 A/D 将采样得到 的模拟量转换成数字量，并将这些数字量存放在存储器中．这样，可以随时通过 CPU 和 逻辑控制电路把存放在存储器中的数字波形显示在显示屏上供使用者观察和测量． 为了能够实时稳定的显示待测输入信号的波形，要做到示波器自身的扫描信号与输入 信号同步，让每次显示的扫描波形的起始点都在示波器屏幕的同一位置．示波器内部有一 个触发电路，如果选择经过放大与衰减后的待测输入信号作为触发源，则触发电路在检测 到待测输入信号达到设定的触发条件（一定的电平和极性）后，会产生一个触发信号，其 后的逻辑控制电路接收到这 输入 采样与 个触发信号将启动一次数据 放大与衰减 A/D 转换 存储器 显示 采集、转换和存储器写入过 程．显示波形时，数字示波器 逻辑控 控制 外触发 触发电路 制电路 地址 CPU 在 CPU 和逻辑控制电路的参 与下将数据从存储器中读出 输入/输出接口 并稳定的显示在显示屏上． 由于已将模拟信号转换 图53-1 数字示波器的原理框图 成数字量存放在存储器中，利用数字示波器可对其进行各种数学运算（如两个信号相加、 相减、相乘、快速傅里叶变换）以及自动测量等操作，也可以通过输入/输出接口与计算 机或其他外设进行数据通信． 2. 李萨如图形 示波器默认显示的波形为“Y-T 模式”， 如图 53-2 （a ）所示，即以同等时间间距将 待测信号的电压值采样，并经一系列过程后在屏幕上依次显示．也就是说，所显示波形的 横轴是个时间量． 可是在很多场合下需要对两个波形的信号进行比较，如观察一个特定信号在经过某电 路前后波形及相位的变化或观察一个正弦波经不同倍频电路后波形及相位的变化，用“Y-T 模式”读数就很不方便，通常用示波器的“X-Y 模式”．在此模式下，实验所用示波器默认 将从CH1 通道输入的信号作为X 轴，将从CH2 通道输入的信号作为Y 轴进行叠加． 我们将互相垂直方向上的两个频率成简单整数比的简谐振动所合成的规则的、稳定的 闭合曲线，称为李萨如图形．不同的初始相位及不同的频率比均可形成不同形状的李萨如 图形．如图53-2 所示： U U y