示波器基础（一）——示波器基础知识之二
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1．4 水平偏转
时基
为了描绘一幅图形，我们必须要有水平和垂直两个方向的信息。示波器描绘轨迹表明信号随时间的变化情况，因此其水平偏转必须和时间成正比。示波器中控制水平偏转，即X轴的系统称为时基。
在示波器里有一个精确的扫描发生器。它使得电子束以精确的、用户可选择的速度在屏幕上扫描。时基发生器的输出示于图6。
图6 时基发生器的输出波形。图中示出扫描时间、回扫时间和隔离停止（Hold-off）时间扫描速度以每格的秒数（s/格）来度量。一台典型示波器的扫描速度范围可以从20ns/格到0。5s/格。扫描速度也和灵敏度控制一样按1－2－5的序列变化。只要我们知道了每个标尺格所代表的时间值，就可以测量出屏幕扫迹上任何两点之间的时间例如，图7和图8显示的都是1kHz的正弦波（其周期为1ms）,而扫描速率分别为1ms/格和200ms/格。（us=微秒10-6）。
图7 1kHz 的正弦波，时基设置为1ms/格
图8 1kHz的正弦波，时基设置为200μs/格
水平位置控制
水平或X轴位置控制机构X－POS可以在屏幕上沿水平方向移动扫迹。这样我们就可以把扫迹上的某一点和某一条垂直标尺线对齐，以便为时间测量规定一个起始点。
可变时基
我们可以选择不同于标准的1－2－5序列设置值的扫描速度。这样我们就能够把任意一个波形的一个周期调整成模跨整个屏幕宽度。和在Y轴方向使用VAR控制机构的情况一样多数示波器会给出指示，说明正在使用可变时基，X轴处于未校准状态。更先进的示波器，如我们用作示例的示波器，可以工作在校准的连续可变时基模式。这时由于可以用整个屏幕来显示信号中我们感兴趣的部分，所以能获得更好的测量时间分辨率。同时也能大大减少发生操作错误的可能性。
时基放大
时基放大功能通常能将X轴偏转扫描放大10倍。这样在屏幕上看到的等效时基速度也变快10倍。所以一台未经时基放大的时扫描速度为20ns/格的示波器经时基放大后可以以2ns/格的速度扫描。示波器屏幕现在就成了信号上的一个可移动的观察窗口。和简单的直接选择更快的时基速度相比，这种方法的好处是能够在保持原信号不变的情况下更加详细的观察信号的细节。
图9说明如何使用X轴位置控制来实现信号的滚动显示。
图9 时基放大和X轴位置控制
双时基
在很多观察复杂信号波形的应用场合中，往往需要显示一个波形的一小部分，并使它占踞整个屏幕。这种情况的一个典型的例子是观察研究全部电视信号中某一选定的行的波形。在这类情况中，使用标准时基通过正常触发的方法是无能为力的。
这就是在现代示波器上采用双时基工作的原因。
在这个例子中，示波器的主时基（MTB）可由波形中的主触发事件，即全电视信号中的垂直同步信号来触发。MTB扫迹的一部分显示得更亮一些，这称为加亮部分。在此加亮部分的起始点时刻，第二个时基，称为延迟时基或DTB开始扫描。这第二个时基可按自己的扫描速度来设置。并且扫描速度比主时基的扫描速度要快。主时基的起始点和加亮部分开始点之间的延迟时间是可调的。
我们甚至可以作到在选定的延迟时间结束时不启动DTB扫描，而只是在该时刻为DTB时基的触发电路作好触发准备。如果过一会儿再发生新的触发事件，DTB扫描即将开始。
所以，使用双时基时，电子束将以两个时基的两种不同的速度交替的在屏幕上扫描。
让我们来看图10。首先主时基以500μs/格的速度运行，在屏幕上描绘出一个波形。在此扫描期间，过了2ms即等于4格的时间以后，扫迹被加亮。这段延迟时间由延迟1控制来设定。波形上加亮部分的时间长度则由DTB扫描时间控制机构来高定，在我们的例子中现在为50μs/格当经过2ms的延迟时间后延迟时基进行扫描时，它只显示原来主时基扫迹的十分之一。但是这段原来主进基扫迹十分之一的波形段则在整个屏幕上显示出来。
图10 双时基工作（500μs/格及50μs格，4格延迟）
1)在老式的示波器上，延迟控制指的是延迟时间倍增器。边是一个带有刻度的多圈电位器。当扫迹的加亮部分在MTB上根据需要确定位置以后，其延迟即可由DTB时基速度和该电位器示出的刻度读数相乘而计算出来。由此延迟控制一词得名。
当我们改变延迟时间时，就改变了延迟时基扫描的起始点在主时基上的位置。而改变延迟时基扫描速度则改变在主时其上显示出来的波形段的长度。
当延迟时基已经设置好，并显示出欲观察的信号段时，我们可以把主时基关闭。这样可以使得延迟扫迹变得更亮。
典型双时基示波器的时基工作模式有：
—MTBI＝只用主时基
只用MTB工作时，示波器的性能和单时基示波器相同。
—MTB±＝主时基加亮
这时示波器只显示主时基。但是扫迹上的一部分被加亮，以表示出DTB的起始位置及其扫描速度。
—MTB加亮和DTB
和MTBI相同，但也同时显示DTB扫描。
—DTB＝延迟时基。
只显示DTB扫描。
在本书的触发部分还会进一步讨论双时基的问题。
时基模式
时基电路有几种工作。对普通模拟示波器来说，工作模式有自动、正常或触发以及单次或单次捕捉等模式。
—正常模式
时基必须受到触发才能产生扫迹。其规律非常简单，即"没有信号就没有扫描轨迹"。示波器在选定的触发源通道上必须有输入信号，并且该信号必须大到足以触发时基电路。如果没有输入信号，屏幕上就不会有扫描轨迹。
—自动模式
如果能在没有输入信号时也能看到扫迹。这将会是很有用的。在没有输入信号以进行触发时，自动模式将使时基以低频率自由运行，从而在屏幕上产生扫迹。这使得用户可以设置扫迹的垂直位置，即如果信号仅为一直流电位的情况。
—单次模式
当接收到触发信号时进基将进行扫描，并且将只扫描一次。对于每次触发事件都必须使时基电路作好触发准备（atm）。不然的话，下面来的触发事件将不能启动时基扫描。对于不同的示波器，按动标有单次或复位的按钮就使得触发电路重新作好触发准备。为了避免在单次扫描工作时盲目猜测，现代示波器上可以用屏幕上显示出伏特数值或显示水平线的方式来显示出其触发电平值。
1．5 触发
我们已经看到在示波管上输入信号如何提供垂直偏转，时基如何给出水平偏转。但是我们如何保证在电子束扫过屏幕时每次都准确地扫过相同的路径呢？解决这个问题的关键在于触发电路。如果没有触发电路，你在屏幕上看到的将会是具有随机起始点的很多波形杂乱重叠的图象。而触发电路的作用就在于保证每次时基在屏幕的扫描的时候，时基扫描都从输入信号上的一上精确确定的点开始。这个精确的扫描起始点则由下述控制因素来决定。
图11 无触发的信号波形
触发源
它决定触发信号从哪里获得。在多数情况下，触发信号来自输入信号本身。所以如果只使用一个通道，那么触发源就设置为该通道。如果使用多个通道，那么触发源可以从这些通道中选取。
复合触发（Composite triggering）则是在显示不同的通道时轮流使用相应的通道触发。这对于显示频率不相关的信号时是非常有用的。
如果示波器具有外部触发输入端（Ext），那么它上面连接的信号则可驱动触发电路使示波器触发。
如果要观测在电源频率或者源于电源频率系统的信号，那么电源触发功能可以提供电源触发的能力。这是观察与电源有关的干扰信号的好方法。
触发电平
触发电平控制机构设置选定触发源的信号欲使触发电路启动时基扫描所必须跨越的电压电平值。
图12 触发电平设置对显示波形的影响。
图13 视频行信号
触发斜率
触发斜率控制机构决定触发发生于触发源信号的上升沿（"正斜率"）或者下降沿（"负斜率"）
触发耦合
用以决定选定的触发源信号送往触发电路的耦合方式
—DC耦合
触发源直接连到触发电路。
—AC耦合
触发源通过一个串联的电容连到触发电路。
—峰（－）峰值电平－(Level p（－）p)
将触发电平控制机构的控制范围设置成略小于触发源信号的峰（－）峰值。在这种模式下不可能将触发电平设置为超出输入信号的值，所以只要有信号示波器总能触发。
—HF抑制
使触发源信号通过低通滤波器以抑制其高频分量。这意味着既使一个低频信号中包含很多高频噪音，我们仍能使其按低频信号触发。
—LF抑制
使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成分。这对于显示包含很多电源交流声的信号等情况是很有用的。
—TV触发
在这种模式下触发电平控制不起作用。这时示波器使用视频信号中的同步脉冲作为触发信号。TV触发有两种模式：帧触发TVF和行触发TVL
—TVF
每一帧电视图象由两场组成。每一场则包含构成一个完整的帧所需行数的一半。在电视屏幕上两场信号交错显示以构成一帧的画面。采用这种技术减少了传送一个频道所需要的带宽并减小了画面的闪烁。在每一个场开始的时候都有一个特别的脉冲序列，称为帧同步脉冲。在TVF同步模式下，示波器就由帧同步脉冲来触发。现代示波器的触发控制可以区分第一场和第二场。—TVL
每一场包括若干行。每一行都由一个行同步脉冲即行同步信号开始。示波器可以由每一个行同步脉冲来触发，这样描绘出的各个行的波形将会重叠在一起。便用帧触发和双时基我们可以观察某一特定行的波形。我们还可以使用如象Fluke公司的示波器所具有的称为视频行选择器的特殊的附件PM8917来观察某一特定的行。使用本书中用作示例的组合示波器时，我们可以使用示波器中内装的视频行计数器直接选定所需的行号（仅限于PM3394A系列示波器）。
触发隔离(Trigger Hold-off）
有些信号具有多个可能的触发点。这种情况的一个很好的例子是图14中的数字信号。该信号虽然在较长的时间周期内是重复的，但是在短时间内情况则不然。为了更详细的观察少数个别脉冲，必须使用快速的扫描时基。但是这样一来每次扫描时显示出来的信号波形段就是变化不一的。为了解决这个问题，我们采用了触发隔离功能，即在各次扫描之间加入延迟时间，使得扫描的每次触发总是从相同的信号沿开始。
图14 复杀脉冲的触发隔离应用
延迟时基触发
从本书前面的时基部分我们已经知道，在MTB扫描时基开始后经过一段延迟，DTB开始扫描，即受到触发。此延迟时间从MTB触发点开始计算。经过这段时间延迟后，DTB实际上是由延迟系统启动的。这种模式称为DTB启动。
和MTB类似，DTB也可以按触发模式工作，示波器上设有相应的控制机构以设置DTB触发源、触发电平、触发率及耦合方式。这些控制机构与MTBN无关，自己独立工作。选择了这种设置方式后，当上述的延迟时间结束以后，DTB就作好触发准备。而当输入信号上探测到新的触发事件时DTB才被触发开始扫描。
1.6 附加功能
X-Y偏转
X-Y偏转或X-Y模式是示波器的另一种显示方法。这种示波器将时基关闭，而用另一个与产生垂直偏转的信号不同的信号来使电子束在水平方向偏转。这就是说用两个信号在X、Y方向同时作用于电子束而描绘出波形，以便观察这两个信号的关系。
这种方法最常见的用处是观察两信号间的相位关系。图15的图形称为李萨育图。这些图形是当使用互相成谐波频率关系的两个信号分别作X和Y偏转信号时产生的。如果所使用的两个信号没有相关的频率关系，则不会获得稳定的图形显示。对于使用具有固定频率关系的两个信号的情况来说，从显示的图形中还可以得两个信号间的相位关系。作为一个例子，图16给出了由具有相同频率而相位差分别为0°、45°、90°的两个信号所形成的图形。
图15 李萨育图,垂直偏转信号的频率为水平偏转信号频率的整倍数
图16 李萨育图。相同频率的两个信号加到垂直和水平偏转系统的情况。
X-Y用适当的传感器把物理量变换成示波器能显示的信号，就可显示两个物理量，例如位移和压力之间的关系。X－Y显示模式还可以在电子学实验室用来进行元件测试工作，例如描绘二极管的特性曲线等。事实上，在任何涉及两个相互关联的物理量的场合都可以使用X－Y显示模式。
延迟线
虽然延迟线是示波器垂直偏转系统的一部分，但是我们将在这里讨论它，因为触发和水平偏转系统是对其有影响的因素。
无论触发和时基电路的速度有多快，要对一个有效的触发条件作出响应都需要一定时间。同时，时基电路在其扫描起始点也有一个小的非线性区。过了这个非线性区以后时基扫描才达到其全扫描速度。这个非性区的时间宽度在纳秒的数量级。对于带宽不宽的示波器来说，这个非线性区的时间和示波器所能显示的最快的信号相比是可以忽略的。而对于扫描速度可达2ns/格的宽带示波器来说，这个时间对波形的显示有很大的影响。为了能够显示纳秒级的波形事件，就必须在信号波形中的触发事件到达屏幕之前触发时基开始扫描。
这就是说，当信号的触发信息到达偏转板时，电子束已经提前开始扫描了。这样就可以观察完整的波形上升沿或下降沿，并能观察触发前若干纳秒的信号波形。触发前的这个若干纳秒的波形称为预触发信息。这种预触发功能是由在垂直偏转系统中在触发电路信号提取点和最后的放大器之间插入一个信号延迟线来实现的。延迟线可以将信号贮存一段时间，其时间长度和延迟线的长度成正比。这样，当信号到达延迟线的末端时，时基已经启动并正在扫描之中。
图17 延迟线对显示快速上升的影响
小结
至此我们已经通过系统方框图说明了一台基本的模拟示波器是如何式作的。
我们已经介绍了其各种基本控制功能。后面我们将会看到，多数这些控制功能不仅出现在模拟示波器上，也出在数字存储示波器上。
数字示波器基础知识 耦合 耦合控制机构决定输入信号从示波器前面板上的BNC输入端通到该通道垂直偏转系统其它部分的方式。耦合控制可以有两种设置方式，即DC耦合和AC耦合。 DC耦合方式为信号提供直接的连接通路。因此信号提供直接的连接通路。因此信号的所有分量（AC 和：DC）都会影响示波器的波形显示。 AC耦合方式则在BDC端和衰减器之间串联一个电容。这样，信号的DC分量就被阻断，而信号的低频AC分量也将受阻或大为衰减。示波器的低频截止频率就是示波器显示的信号幅度仅为其直实幅度为71％时的信号频率。示波器的低频截止频率主要决定于其输入耦合电容的数值。 和耦合控制机构有关的另一个功能是输入接地功能。这时，输入信号和衰减器断开并将衰减器输入端连至示波器的地电平。当选择接地时，在屏幕上将会看到一条位于0V电平的直线。这时可以使用位置控制机构来调节这个参考电平或扫描基线的位置。 输入阻抗 多数示波器的输入阻抗为1MΩ和大约25pF相关联。这足以满足多数应用场合的要求，因为它对多数电路的负载效应极小。 有些信号来自50Ω输出阻抗的源。为了准确的测量这些信号并避免发生失真，必须对这些信号进行正确的传送和端接。这时应当使用50Ω特性阻抗的电缆并用50Ω的负载进行端接。某些示波器，如PM3094和PM3394A，内部装有一个50Ω的负载，提供一种用户可选择的功能。为避免误操作，选择此功能时需经再次确认。由于同样的理由，50Ω输入阻抗功能不能和某些探头配合使用。 相加和反向 简单的把两个信号相加起来似乎没有什么实际意义。然百，把两个有关信号之一反向，再将二者相加，实际上就实现了两个信号的相减。这对于消除共模干扰（即交流声），或者进行差分测量都是非常有用的。 从一个系统的输出信号中减去输入信号，再进行适当的比例变换，就可以测出被测系统引起的失真。 由于很多电子系统本身就具有反向的特性，这样只要把示波器的两个输入信号相加就能实现我们所期望的信号相减。 带宽
示波器探头基础知识 示波器探头原理---示波器探头工作原理 示波器探头不仅仅是把测试信号判定以示波器输入端的一段导线，而且是测量系统的重要组成部分。探头有很多种类型号各有其特性，以适应各种不同的专门工作的需要，其中一类称为有源探头，探头内包含有源电子元件可以提供放大能力，不含有源元件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。这种探头通常对输入信号进行衰减。 我们将首先集中讨论通用无源探头，说明共主要技术指标以及探头对被测电路和被测信号的影响，接着简单介绍几种专用探头及其附近。 屏蔽 示波器探头的一个重要任务是确保只有希望观测的信号才在示波器上出现，如果我们仅仅使用一普通导线来代替探头，那么它的作用就好象是一根天线，可以从无线电台、荧光灯，电机、50或60Hz的电源的交流声甚至当地业余无线电爱好者那里接收到很多不希望的干扰信号，这类噪声甚至还能注入到被测电路中去所以我们首先需要的是屏蔽的电缆，示波器探头的屏蔽电缆通过探头尖端的接地线和被测电路连接，从而保证了很好的屏蔽。 一．探头构造图：
4. 一个探头，就算它只是简单的一条电线，它也可能是一个很复杂的电路。a）对于DC 信号( 0 Hz 频率)，探头作为一对导线与一系列电阻，就向一个终端电阻一样。 b) AC 信号的特性变化是因为：电线具有分布电感(L)，电线具有分布电容(C)。分布电感反作用于AC信号，在信号频率增加时，阻止AC信号通过。分布电容反作用于AC信号，在信号频率增加时，减小 AC信号电流通过的阻抗。这些反作用元件(L 和 C )的交互作用，与电阻元件(R)一起，成为随信号频率不同而变化的探头阻抗。
示波器的原理和使用 示波器是一种用途广泛的基本电子测量仪器，用它能观察电信号的波形、幅度和频率等电参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。在实际应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。 【实验目的】 1．了解示波器的基本结构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。2．学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值以及频率。 3．学会使用示波器观察李萨如图并测频率。 图1-1 示波器结构图 【实验原理】 不论何种型号和规格的示波器都包括了如图1-1所示的几个基本组成部分：示波管（又称阴极射线管，cathode ray tube，简称CRT）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X放大）、扫描信号发生电路（锯齿波发生器）、自检标准信号发生电路（自检信号）、触发同步电路、电源等。 1．示波管的基本结构
示波管的基本结构如图1-2所示。主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，全都密封在玻璃壳体内，里面抽成高真空。 (1)电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“辉度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极电位之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚集作用，所以， H-灯丝；K-阴极；G1，G2- 控制栅极；A1-第一阳极；A2-第二阳极；Y-竖直偏转板；X-水平偏转板 图1-2 示波管结构图 第一阳极也称聚集阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚集”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚集”，实际是调节第二阳极电位。 (2)偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，一对水平偏转板。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。 (3)荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间（一般称为余辉时间）也不同。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测定光点的位置用。在性能较好的示波管中，将刻度线直接刻在荧光屏玻璃内表面上，使之与荧光粉紧贴在一起以消除视差，光点位置可测得更准。2．波形显示原理
信号源基础知识
信号源基础知识 1、认识函数信号发生器 信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分出模拟及数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟，其锁相环（ PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动(phase Jitter)及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器。 谈及模拟式函数信号源，结构图如下： 这是通用模拟式函数信号发生器的结构，是以三角波产生电路为基础经二极管所构成的正
弦波整型电路产生正弦波，同时经由比较器的比较产生方波。 而三角波是如何产生的，公式如下： 换句话说，如果以恒流源对电容充电，即可产生正斜率的斜波。同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波，电路结构如下： 当I1 =I2时，即可产生对称的三角波，如果I1 > >I2，此时即产生负斜率的锯齿波，同理I1 < < I2即产生正斜率锯齿波。 再如图二所示，开关SW1的选择即可让充电速度呈倍数改变，也就是改变信号的频率，这也就是信号源面板上频率档的选择开关。同样的同步地改变I1及I2，也可以改变频率，这也就是
信号源上调整频率的电位器，只不过需要简单地将原本是电压信号转成电流而已。 而在占空比调整上的设计有下列两种思路： 1、频率（周期）不变，脉宽改变，其方法如下： 改变电平的幅度，亦即改变方波产生电路比较器的参考幅度，即可达到改变脉宽而频率不变的特性，但其最主要的缺点是占空比一般无法调到20%以下，导致在采样电路实验时，对瞬时信号所采集出来的信号有所变动，如果要将此信号用来作模数（A/D)转换，那么得到的数字信号就发生变动而无所适从。但不容否认的在使用上比较好调。 2、占空比变，频率跟着改变，其方法如下：
课题研究报告 示波器探头补偿 学院：信息工程学院班级：电子 10-1 班姓名：学号：201010203008 201010203009 201010203012 完成时间：2011年12月26日
示波器探头补偿 ——讨论探头中串联的RC并联电路参数对测量结果的影响 课题背景 示波器探头不仅仅是把待测信号引入示波器输入端的一端导线，而且是测量系统的的重要组成部分。探头有很多种类型，以适应各种不同的专门工作需要。其中一类为有源探头，探头内包含有源电子元件，具有放大能力；不含有源原件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。这种探头通常对输入信号进行衰减。为了有效抑制外界干扰信号，示波器探头通过屏蔽电缆与示波器输入连接，如图所示 当被测信号频率很高时，上图中与探头相连的屏蔽电缆的电容就不能忽略，探头的容性负载效应就非常明显，有可能导致探头在高频下无法使用。为此，可以在探头中增加一个和示波器输入端电路模型相串联的ＲＣ并联电路，以减小探头的容性负载效应，如下图所示，其中Ｃｉ为探头电缆的电容和示波器输入电路模型中电容合并后的等效电容。Rcmp和Ccmp分别为补偿电阻和补偿电容。
通过课题背景，我们知道在使用示波器时，当被测信号频率很高时，，探头的容性负载效应就会明显，导致探头在高频下无法使用。所以在探头中增加一个串联的ＲＣ并联电路，来减小探头的容性负载效应。 结合所学知识，电容具有通高频阻低频的性质，当低频信号通过时，电容对其阻碍作用非常明显，探头的负载主要是阻抗作用，所以容性负载效应不明显。当电路通有高频信号时，探头的负载主要是容抗作用，从而电路中容性负载效应很大，致使被测电路的信号发生变化，所以就不能准确地进行波形测量。为了减轻探头对被测电路的负载作用，应选择高阻抗、低容抗的探头。 当通有高频信号时，我们需要对其进行衰减，使得电路中容性负载效应减小，保证测量结果的准确性。 为此我们有了如下研究想法：示波器探头补偿电路可以简化为一个简单的RC串并联电路，用一标准示波器对电路信号进行检测，因为任何的不平衡将会带来波形的失真，通过改变ＲＣ电路的相关参数来观察波形的变化，从而来确定ＲＣ的哪些参数对测量结果的影响。再结合一阶电路时域分析中电路的零状态响应和全响应方面的知识，进行理论上的具体分析。
示波器基础（一）——示波器基础知识之一1．1 说明和功能 我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。 普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测量读数。而示波器则与共不同。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化，即波形。 示波器和电压表之间的主要区别是： 1.电压表可以给出祥测信号的数值，这通常是有效值即RMS值。但是电压表不能给出有关信号形状的信息。有的电压表也能测量信号的峰值电压和频率。然而，示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况。 2.电压表通常只能对一个信号进行测量，而示波器则能同时显示两个或多个信号。 显示系统 示波器的显示器件是阴极射线管，缩写为CRT，见图1。阴极射线管的基础是一个能产生电子的系统，称为电子枪。电子枪向屏幕发射电子。电子枪发射的电子经聚焦形成电子束，并打在屏幕中心的一点上。屏幕的内表面涂有荧光物质，这样电子束打中的点就发出光来。
图1 阴极射线管图 电子在从电子枪到屏幕的途中要经过偏转系统。在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动。偏转系统由水平（X）偏转板和垂直（Y）偏转板组成。这种偏转方式称为静电偏转。 在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络，称为标尺。标尺通常在垂直方向有8个，水平方向有10个，每个格为1cm。有的标尺线又进一步分成小格，并且还有标明0％和100％的特别线。这些特别的线和标明10％和90％的标尺配合使用以进行上升时间的测量。我们后面会讨论这个问题。 如上所述，受到电子轰击后，CRT上的荧光物质就会发光。当电子束移开后，荧光物质在一个短的时间内还会继续发光。这个时间称为余辉时间。余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化。最常用的荧光物质是P31，其余辉时间小于一毫秒(ms).而荧光物质P7的余辉时间则较长，约为300ms，这对于观察较慢的信号非常有用。P31材料发射绿光，而P7材料发光的颜色为黄绿色。 将输入信号加到Y轴偏转板上，而示波器自己使电子束沿X轴方向扫描。这样就使得光点在屏幕上描绘出输入信号的波形。这样扫出的信号波形称为波形轨迹。 影响屏幕的控制机构有：
示波器探头基础系列之五 ——示波器探头使用指南 美国力科公司 概述： 本文旨在帮助读者对常用的示波器探头建立一个基本认识。此外，我们通过一系列的例子说明探头的不正确使用如何影响测量的结果。 理解探测问题 注意!连接示波器和待测物会给被测波形带来失真。 示波器上应该贴上上面类似的警告标签吗？或许是的。示波器同其它测量仪器一样，受制于各种测量问题——显然，示波器和待测物的连接会影响到测量，使用者理解这样的影响是非常重要的。随着示波器技术的发展，连接示波器和待测物的工具和技术已经变得非常成熟。 早期的示波器，测量带宽只有几百KHz数量级，常使用电缆连接电路。现代示波器使用各种连接技术以最小化测量误差。使用者应该熟悉示波器本身以及示波器连接电路的各种方法的特性和限制。 考虑示波器连接待测电路的方式如何影响测量，待测电路可以等效为包含内置电阻和电容的戴维宁等效电压源。同样，示波器输入电路和连接部分可以被等效为负载电阻和旁路电容。该模型如图1所示。当示波器连接信号源时，示波器的负载效应会减小测量到的电压。低频的损耗取决于电阻比率Rs和Ro。对于高频时的损耗，Cs和Co成了主要因素。另外一个影响是系统带宽由于示波器的容性负载而变小，这也会影响到动态时间量的测量，如脉冲上升时间Risetime。 图1 包括信号源和示波器的简单测量模型 示波器的设计者需要从两个方面入手来减少负载效应的影响: a．高阻探头，利用有源和无源电路来减少负载效应，这些电路包括补偿衰减器或者低容值场效应晶体管缓冲放大器。 b．对于高频应用的直接连接，示波器的输入电路采用50ohm的内部端接。在这些场合，示波器输入电路被设计成常数的50ohm负载阻抗。低电容的探头被设计为50ohm端接来减少负载效应。 如何选择合适的探头 通常，探头可以被分成三大类。1、无源高阻探头；2、无源低阻探头；3、有源探头。
信号源基础知识 1、认识函数信号发生器 信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分出模拟及数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟，其锁相环（ PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动(phase Jitter)及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器。 谈及模拟式函数信号源，结构图如下： 这是通用模拟式函数信号发生器的结构，[是以三角波产生电路为基础经二极管所构成的正弦波整型电路产生正弦波，同时经由比较器的比较产生方波]。 而三角波是如何产生的，公式如下： 换句话说，如果以恒流源对电容充电，即可产生正斜率的斜波。同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波，电路结构如下： 当I1 =I2时，即可产生对称的三角波，如果I1 > >I2，此时即产生负斜率的锯齿波，同理I1 < < I2即产生正斜率锯齿波。 再如图二所示，开关SW1的选择即可让充电速度呈倍数改变，也就是改变信号的频率，这也就是信号源面板上频率档的选择开关。同样的同步地改变I1及I2，也可以改变频率，这也就是信号源上调整频率的电位器，只不过需要简单地将原本是电压信号转成电流而已。 而在占空比调整上的设计有下列两种思路：
1、频率（周期）不变，脉宽改变，其方法如下： [改变电平的幅度，亦即改变方波产生电路比较器的参考幅度，即可达到改变脉宽而频率不变的特性]，但其最主要的缺点是占空 比一般无法调到20%以下，导致在采样电路实验时，对瞬时信号所采集出来的信号有所变动，如果要将此信号用来作模数（A/D)转换，那么得到的数字信号就发生变动而无所适从。但不容否认的在使用上比较好调。 2、占空比变，频率跟着改变，其方法如下： 将方波产生电路比较器的参考幅度予以固定（正、负可利用电路予以切换），改变充放电斜率，即可达成。 这种方式的设计一般使用者的反应是“难调”，这是大缺点，但它可以产生10%以下的占空比却是在采样时的必备条件。 以上的两种占空比调整电路设计思路，各有优缺点，当然连带的也影响到是否能产生“像样的”锯齿波。 接下来PA（功率放大器）的设计。首先是利用运算放大器（OP) ，再利用推拉式(push-pull)放大器（注意交越失真Cross-distortion 的预防）将信号送到衰减网路，这部分牵涉到信号源输出信号的指标，包含信噪比、方波上升时间及信号源的频率响应，好的信号源当然是正弦波信噪比高、方波上升时间快、三角波线性度要好、同时伏频特性也要好，（也即频率上升，信号不能衰减或不能减太大），这部分电路较为复杂，尤其在高频时除利用电容作频率补偿外，也牵涉到PC板的布线方式，一不小心，极易引起振荡，想设计这部分电路，除原有的模拟理论基础外尚需具备实际的经验，“Try Error”的耐心是不可缺少的。 PA信号出来后，经过π型的电阻式衰减网路，分别衰减10倍（20dB)或100倍（40dB),此时一部基本的函数波形发生器即已完成。（注意：选用π型衰减网络而不是分压电路是要让输出阻抗保持一定）。 一台功能较强的函数波形发生器，还有扫频、VCG、TTL、 TRIG、 GATE及频率计等功能，其设计方式在此也顺便一提： 1. 扫频：一般分成线性（Lin)及对数（Log)扫频； 2. VCG：即一般的FM，输入一音频信号，即可与信号源本身的信号产生频率调制； 上述两项设计方式，第1项要先产生锯齿波及对数波信号，并与第2项的输入信号经过多路器（Multiplexer)选择，然后再经过电压对电流转换电路，同步地去加到图二中的I1、I2上； 但注意这样的TTL信号须再经过缓冲门（buffer)后才能输出，以增加扇出数（Fan Out)，通常有时还并联几个buffer。而TTL INV 则只要加个NOT Gate即可；
示波器的触发功能 汪进进美国力科公司深圳代表处 我记得初入力科的时候，在关于示波器的三天基础知识培训中有一整天的时间都是在练习触发功能。“触发”似乎是初学者学习示波器的难点。我们常帮工程师现场解决关于触发 的测试问题的案例也很多。通常有些工程师只知道“Auto Setup”之后看到屏幕上有波形然后“Stop”下来再展开波形左右移动查看细节。因此，我有时候甚至接到这样的电话，质疑我们的示波器有问题，因为他在”Auto Setup”之后看到的波形总是在屏幕上来回“晃动”。但是当我问他触发源设置得对不对，触发电平设置得合适否，是否采用了合适的触发方式等问题时，我没有得到答案; 即使有时遇到我心目中的高手，我也常发现他们对触发的基本概念都没有建立起来。我喜欢在写作某个主题之前google一下，但是很遗憾我没有找到一篇堪称完整的启蒙文章。虽然三家示波器厂家的PPT讲稿中都有很多关于触发的，但细致介绍触发的 中文文章真的很少。当然，这也是幸运的，因为我的拙文也许将是很多工程师茅塞顿开的启蒙之作。 触发是数字示波器区别于模拟示波器的最大特征之一。数字示波器的触发功能非常地丰富，通过触发设置使用户可以看到触发前的信号也可以看到触发后的信号。对于高速信号的分析，其实很少去谈触发，因为通常是捕获很长时间的波形然后做眼图和抖动分析。触发可能对于低速信号的测量应用得频繁些，因为低速信号通常会遇到很怪异的信号需要通过触发来隔离。假如示波器的触发电路坏了，示波器仍然可以工作，只是这时候看到的波形在屏幕上来回“晃动”，或者说在屏幕上闪啊闪的。这其实相当于您将触发模式设置为“Auto”状态并把触发电平设置得超过信号的最大或最小幅值。示波器的采集存储器是一个循环缓存，新的数据会不断覆盖老的数据，直到采集过程结束。如图一所示。没有触发电路，这些采集的数据不断地这样新老交替，在屏幕上视觉上感觉波形在来回“晃动”。Auto Setup是自动触发设置，示波器根据被测信号的特点自动设置示波器的水平时基，垂直灵敏，偏置和触发条件，使得波形能显示在示波器上。其主要目的是保证波形能显示出来，这对于拿到示波器不知道如何使波形“出来”的新手是有用的。但如果不理解触发的概念，通过Auto Setup的设置就开始观察，测量甚至得出结论是不对的。示波器毕竟是工程师的眼睛，工程师需要透彻掌握这个工具，用好这双眼睛。 所谓触发，按专业上的解释是：按照需求设置一定的触发条件，当波形流中的某一个波形满足这一条件时，示波器即实时捕获该波形和其相邻部分，并显示在屏幕上。触发条件的唯一
示波器基础知识 示波器是一种图形显示设备，它描绘电信号的波形曲线。这一简单的波形能够说明信号的许多特性：信号的时间和电压值、振荡信号的频率、信号所代表电路中“变化部分”信号的特定部分相对于其它部分的发生频率、是否存在故障部件使信号产生失真、信号的直流成份（DC）和交流成份（AC）、信号的噪声值和噪声随时间变化的情况、比较多个波形信号等。 １、示波器的发展过程 初期主要为模拟示波器 廿世纪四十年代是电子示波器兴起的时代，雷达和电视的开发需要性能良好的波形观察工具，泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器，这是近代示波器的基础。五十年代半导体和电子计算机的问世，促进电子示波器的带宽达到10 0MHz。六十年代美国、日本、英国、法国在电子示波器开发方面各有不同的贡献，出现带宽6GHz的取样示波器、带宽4GHz的行波示波管、1GHz的存储示波管；便携式、插件式示波器成为系列产品。七十年代模拟式电子示波器达到高峰，行谱系列非常完整，带宽1GHz的多功能插件式示波器标志着当时科学技术的高水平，为测试数字电路又增添逻辑示波器和数字波形记录器。模拟示波器从此没有更大的进展，开始让位于数字示波器，英国和法国甚至退出示波器市场，技术以美国领先，中低档产品由日本生产。 模拟示波器要提高带宽，需要示波管、垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用记忆、存储和处理，以及多种触发和预前触发能力。廿世纪八十年代数字示波器异军突起，成果累累，大有全面取代模拟示波器之势，模拟示波器逐渐从前台退到后台。
但是在发展初期模拟示波器的某些特点，却是数字示波器所不具备的： ○操作简单：全部操作都在面板上可以找到，波形反应及时，数字示波器往往要较长处理时间。 ○垂直分辨率高：连续而且无限级，数字示波器分辨率一般只有8位至1 0位。 ○数据更新快：每秒捕捉几十万个波形，数字示波器每秒捕捉几十个波形。 ○实时带宽和实时显示：连续波形与单次波形的带宽相同，数字示波器的带宽与取样率密切相关，取样率不高时需借助内插计算，容易出现混淆波形。 简而言之，模拟示波器为工程技术人员提供眼见为实的波形，在规定的带宽内可非常放心进行测试。人类五官中眼睛视觉神经十分灵敏，屏幕波形瞬间反映至大脑作出判断，细微变化都可感知。因此，刚开始模拟示波器深受使用者的欢迎。 中期数字示波器独领风骚 八十年代的数字示波器处在转型阶段，还有不少地方要改进，美国的TEK 公司和HP公司都对数字示波器的发展作出贡献。它们后来停产模拟示波器，并且只生产性能好的数字示波器。进入九十年代，数字示波器除了提高带宽到1G Hz以上，更重要的是它的全面性能超越模拟示波器。出现所谓数字示波器模拟化的现象，换句话说，尽量吸收模拟示波器的优点，使数字示波器更好用。 数字示波器首先在取样率上提高，从最初取样率等于两倍带宽，提高至五倍甚至十倍，相应对正弦波取样引入的失真也从100%降低至3%甚至1%。带宽1 GHz的取样率就是5GHz/s，甚至10GHz/s。 其次，提高数字示波器的更新率，达到模拟示波器相同水平，最高可达每秒40万个波形，使观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲的能力大为增强。
ABCs of Probes P rimer
ABCs of Probes Primer Precision Measurements Start at the Probe Tip As you'll learn in this primer,precision measurements start at the probe tip.The right probes matched to your oscilloscope are vital to achieving the greatest signal fidelity and measurement accuracy. Safety Summary When making measurements on electrical or electronic systems or circuitry,personal safety is of paramount importance.Be sure that you understand the capabilities and limitations of the measuring equipment that you’re using.Also,before making any measurements,become thoroughly familiar with the system or circuitry that you will be measuring.Review all documentation and schematics for the system being measured,paying particular attention to the levels and locations of voltages in the circuit and heeding any and all cautionary notations. Additionally,be sure to review the following safety precautions to avoid personal injury and to prevent damage to the measuring equipment or the systems to which it is attached.For additional explanation of any of the following precautions,please refer to Safety Precautions .— Observe All Terminal Ratings — Use Proper Grounding Procedures — Connect and Disconnect Probes Properly — Avoid Exposed Circuitry — Avoid RF Burns While Handling Probes — Do Not Operate Without Covers — Do Not Operate in Wet/Damp Conditions — Do Not Operate in an Explosive Atmosphere — Do Not Operate with Suspected Failures — Keep Probe Surfaces Clean and Dry — Do Not Immerse Probes in Liquids 2 To select the right probe for your specific application, please request the probe selection CD from your local Tektronix representative,or visit https://www.doczj.com/doc/a211482890.html,/accessories. Our continually expanding library of technical briefs,application notes and other resources will help ensure you get the most out of your probes and other equipment.Simply contact your local Tektronix representative or visit https://www.doczj.com/doc/a211482890.html,.
精心整理 ScopeArt先生”团队成员 示波器探头是示波器使用过程中不可或缺的一部分，它主要是作为承载信号传输的链路，将待测信号完整可靠的传输至示波器，以进一步进行测量分析。很多工程师很看重示波器的选择，却容易忽略对示波器探头的甄别。试想如果信号经过前端探头就已经失真，那再完美的示波器所测得的数据也会有误。所以正确了解探头性能，有效规避探头使用误区对我们日常使用示波器来说至关重要！ 1 对于DC L，寄图1 ?图2无源探头示意图
无源探头一般使用通用型BNC接口与示波器相连，所以大多数厂家的无源探头可以在不同品牌的示波器上通用（某些厂家特殊接口标准的探头除外），但由于示波器一般无法自动识别其他品牌的探头类型，所以此时需要手动在示波器上设置探头衰减比，以保证示波器在测量时正确补偿探头带来的信号衰减。 图3所示为日常最为常见的一类无源探头原理示意图，它由输入阻抗Rprobe、寄生电容Cprobe、传输导线（一般1至1.5米左右）、可调补偿电容Ccomp组成。此类无源探头一般输入阻抗为10M?，衰减比因子为10：1。 ?图3 Vscope 1衰减因 很小， ?图4R&SRT-ZH10高压探头
还有一类无源探头，其衰减比为1：1，信号未经衰减直接经过探头传输至示波器，其耐压能力不及其它无源探头，但它具备测试小信号的优势。由于不像10：1衰减比探头那样信号需要示波器再放大10倍显示，所以示波器内部噪声未放大，测量噪声更小，此类更适用于测试小信号或电源纹波噪声。 图5R&SHZ-1541:1/10:1可调衰减比无源探头 无源传输线探头是另一类特殊的无源探头，其特点是输入阻抗相对较低，一般为几百欧姆，支持图6 量50? ? 图 需要注意的是，由于传输线探头的低阻抗，它的负载效应会比较明显。因此，此类探头仅适用于与低输出阻抗（几十至100欧姆）的电路测试。对于更高输出阻抗的电路，我们可以选择使用高阻有源探头的方案，将在后续详述。 图8R&SRT-ZZ808.0GHz无源传输线探头 ??????
示波器基本知识大普及 数字示波器基本原理 示波器主要有五大功能：即对信号进行捕获,观察,测量，分析和存档。被测信号经过探头和前端放大器以及归一化后转换成 ADC 可以接受的电压范围，采样保持电路按固定的采样率将信号分割成一个个独立的采样电平，ADC 将这些电平转化为数字的采样点，这些数字的采样点保存在采集存储器里送显示和测量分析。 带宽 如无特别说明，通常谈到的带宽是指模拟带宽，除此之外还有数字带宽、系统带宽、触发带宽等。模拟带宽就是示波器前端放大器幅频特性曲线的截止频率点。示波器带宽的限制对信号的捕获影响如下：1,延长被测信号上升时间；2,减少了被测信号的频率分量；3,使被测信号相位失真。目前实时示波器的最高带宽达到了 45GHz，是由力科公司提供的。 如何选择带宽 选择带宽主要考虑被测信号的类型和我们期望的测量准确度，关键是上升时间和幅度测量的准确度。对时钟和快沿信号而言，可以从上 升时间角度来选择，建议示波器的上升时间小于被测信号上升时间的 1/3；对于串行信号来说，当示波器带宽是波特率的 1.8 倍时可以覆盖信号 能量的 99%，当然，这是基于一个前提，被测信号的上升时间要大于 20%的 UI。 示波器的上升时间=0.35/带宽，0.35 是基于高斯响应曲线推导出来的理想值。实际值可能在 0.35-0.45 之间，具体大小可以查看产品的Datasheet 确认。 采样率/存储深度/可分析的存储深度 深度采样率表示示波器每秒钟等时间间隔采样多少个点。存储深度表示示波器当前保存的采样点的个数。把经过 A/D 转换的八位二进制波形信息存储到示波器的高速 CMOS 存储器中就是示波器的存储，这个存储器的容量就是存储深度。存储深度=采样率 X 采样时间，这个关系式非常重要。可分析的存储深度表示示波器有能力分析采样下来的波形的最多的点数。目前世界上最高采样率（120GS/s）和最高可分析存储深度 （768Mpts）是由力科公司提供的。 插值 示波器通常有两种插值方法，一种是线性插值，即将采样的点和点直接相连，另外一种是 sin(x)/x 插值，假设信号是按正弦规律变化,在两个点之间补充若干个点再连成线。对于正弦信号，采用 sin(x)/x 插值可以弥补采样率的不足。对于方波信号，采样率不足情况下采用 sin(x)/x 插值会带来波形的过冲和下冲等假象。 触发 触发的首要目的是隔离感兴趣的事件，引申的目的是稳定同步显示波形。触发是数字示波器区别于模拟示波器最大的特点之一。触发设置时要“眼观五路”: 触发源，触发点，触发电平，触发方式，触发模式。力科示波器具有独特的四级硬件触发，组合触发方式达到 2500 种以上。 触发模式 示波器有 Auto，Normal，Single 等触发模式。 Auto 表示示波器按固定的时间间隔强制触发，不管触发条件是否满足。 Normal 表示示波 器满足触发条件才触发，不满足触发条件则不触发。 Single 表示满足条件就触发一次,进入 Stop 状态。测试时通常用上升沿触发和 Auto 模式，使波形在触发点相对于上升沿是稳定的,再使用其它特别的触发方式和 Normal 模式来定位异常信号。 AIM AIM 是 All In one time Measurement 的缩写,表示同时测量屏幕上捕获到的所有波形的参数。这是力科示波器区别于其它示波器的重要特征。其它示波器仅仅测量屏幕上捕获到的波形中的一个脉冲的参数。譬如屏幕上捕获到的是 1 千万个脉冲，力科示波器可以同时测量出这 1 千万个脉冲的上升时间,下降时间，周期,频率等参数,而其它示波器只能测量出这 1 千万个脉冲中的一个脉冲的参数。 WaveScan WaveScan 被称为示波器的中 google，能够实时地对采集到的波形进行测量分析，搜索出感兴趣的信号，可对搜索到的信号进行列表显示、高亮标识和放大观察，可以静态的“查找”，也可以动态的“扫描”。动态扫描时，当查找到感兴趣的信号时，示波器可以产生“停止捕获， 发出告警声，自动保存波形，打印屏幕，产生报告”等各种动作，从而实现“无人值守”的排查异常信号的作用。 TriggerScan TriggerScan 是一种新的智能硬件扫描功能，是力科第四代示波器的独特创新。该功能通过“触发训练器”对采集到的正常波形进行学习, 产生一系列的触发组合，示波器件自动地按这些触发方式轮流触发信号，从而快速定位到异常罕见的信号。 顺序模式 顺序模式就是将示波器的采集存储器分成若干等份，每一等份中只放入当前触发到的波形，触发一次，保存一次。在顺序模式下，示波器 的波形捕获率可达到 150 万次/秒。力科的顺序模式功能有独特的“时间标签”功能，可查看每次捕获到的波形的时刻以及时相邻两次出现的 时间间隔。 直方图和参数追踪图 参数直方图描绘了参数在一定范围内出现的概率。其横轴表示参数的大小,纵轴表示参数出现的概率。参数直方图可显示和分析信号关键特 征的稳定性和抖动。参数追踪图反应了参数值随时间的变化轨迹。通过对某一测量参数（如 TIE、周期、幅度等测量参数）的变化情况的实时 追踪来分析该参数的变化趋势，继而分析引起参数变化的原因，为电路调试提供指导。
作者：聂文伟 Oscilloscope.China@https://www.doczj.com/doc/a211482890.html,，“ScopeArt先生”团队成员 示波器探头是示波器使用过程中不可或缺的一部分，它主要是作为承载信号传输的链路，将待测信号完整可靠的传输至示波器，以进一步进行测量分析。很多工程师很看重示波器的选择，却容易忽略对示波器探头的甄别。试想如果信号经过前端探头就已经失真，那再完美的示波器所测得的数据也会有误。所以正确了解探头性能，有效规避探头使用误区对我们日常使用示波器来说至关重要！ 在绝大多数示波器测量环境下，我们都需要使用探头。示波器探头有很多种，内部原理构造迥异，使用方法也各不相同。本文主要给大家介绍示波器探头的种类及工作原理，探头使用过程注意事项以及如何选择示波器探头。 1 示波器探头种类及工作原理 对于DC直流或一般低频信号而言，示波器探头只是一个由特定阻抗R所形成的一段传输线缆。而随着待测信号频率的增加和不规则性，示波器探头在测量过程中会引入寄生电容C以及电感L，寄生电容会衰减信号的高频成分，使信号的上升沿变缓。寄生电感则会与寄生电容一起构成谐振回路，使信号产生谐振现象。所有这些都会对我们测量信号的准确性带来挑战。 图1 探头电气特性示意图 示波器探头按供电方式分可分为无源探头和有源探头。无源探头又分为无源低压、无源高压及低阻传输线探头等，有源探头又分为有源单端、有源差分、高压差分探头等。此外，在一些特殊应用下，还会使用到电流探头（AC、DC）、近场探头、逻辑探头以及各类传感器（光、温度、振动）探头等。 无源探头是最常用的一类电压探头，也是我们在购买示波器时标配赠送的探头。如图2所示。
第1章 示波器基础知识
本章的内容整理自网络，主要讲解示波器的基础知识。如果初学的话非常有必要对这部分知识有一个 了解。因为示波器是硬件调试必不可少的设备。 1.1 什么是示波器 1.2 示波器的发展史 1.3 示波器的基础概念 1.4 触发系统 1.5 李沙育图形 1.6 窗函数选择 1.7 总结
1.1 什么是示波器
示波器是形象地显示信号幅度随时间变化的波形显示仪器，是一种综合的信号特性测试仪，是电子测 量仪器的基本种类。 自然界运行着各种形式的正弦波，比如海浪、地震、声波、爆破、空气中传播的声音，或者身体运转 的自然节律。物理世界里，能量、振动粒子和不可见的力无处不在。即使是光（波粒二象物质）也有自己 的基频，并因为基频的不同呈现出不同的颜色。通过传感器，这些力可以转变为电信号，以便通过示波器 能够进行观察和研究。有了示波器，科学家、工程师、技术人员、教育工作者和他人能够“观察”随时间 变化的事件。 示波器是任何设计、制造或是维修电子设备的必备之物。当今世界瞬时万变，工程师们需要最好的工 具，快速而精确地解决测量疑难。在工程师看来，面对当今各种测量挑战，示波器自然是满足要求的关键 工具。示波器的用途不仅仅局限于电子领域。示波器利用信号变换器，适用于各种各样的物理现象。信号 变换器能够响应各种物理激励源，使之转变为电信号，包括声音、机械应力、压力、光、热。麦克风属于 信号变换器，它实现把声音转变为电信号。由示波器收集科学数据的例子如图 1 所示。 从物理学家到电视维修人员，各种人士都使用示波器。汽车工程师使用示波器来测量发动机的振动。 医师使用示波器测量脑电波。描述示波器的用途是没有止境的。
1.2 示波器的发展史
电子设备可以划分为两类：模拟设备和数字设备。模拟设备的电压变化连续，而数字设备处理的是代 表电压采样的离散二元码。传统的电唱机是模拟设备，而 CD 播放器是属于数字设备。同样，示波器也能
D 题增益可控射频放大器 电子科技大学 作者：谭文张育铭易嗣为 摘要 本系统由电流反馈型运算放大器AD8009,程控衰减器HMC307构建而成。系统前级通过级联四片AD8009实现46dB固定增益放大，由前级衰减器和中间级衰减器实现4dB～66dB总动态增益范围，后级由RF3827做功率级保证输出有效值2V以上且波形不失真。系统各部分采用屏蔽盒进行电磁屏蔽，各个模块独立线性稳压电源供电，提高稳定性和抗干扰能力。经测试，本系统达到了题目的所有要求。 关键词：射频宽带放大器、HMC307、AD8009 Abstract This system consists of current feedback amplifier AD8009 and digital attenuator HMC307.The primary System achieve 46dB fixed gain by cascading 4 AD8009 and achieve 4dB~66dB gain dynamic rang with two digital attenuatores. To reach 2Vrms output without distortion，we use RF3827 as final amplifier . All parts of system are warped up by shielding box protected from EMI.Every module are supplyed by separate LDO to enhance system’s stability and anti-jamming capability.This system pass text andmeet all request of subject 一、系统方案 (1) 1.1 程控增益的论证与选择 (1) 1.2固定增益放大器的论证与选择 (1) 1.3 输出缓冲级放大 (1) 1.4滤波器设计 (2) 1.5 总体框图 (2) 二、系统理论分析与计算 (2) 2.1宽带放大器设计 (2) 2.2 频带内增益起伏控制 (2) 2.3射频放大器的稳定性分析 (3) 2.4 增益调整 (3) 三、电路设计 (3) 3.1固定增益模块设计 (3) 3.2程控增益模块设计 (3) 3.3后级射频功放模块设计 (3) 四、测试方案与测试结果 (3) 4.1 测试仪器 (3) 4.2 测试方案及测试条件 (4) （1）测试阻抗匹配和负载设置 (4)
测试电源技巧 1.负载电路用隔离变压器供电 隔离变压器的原理和普通变压器的原理是一样的。[1][2]都是利用电磁感应原理。隔离变压器一般是指1：1的变压器。由于次级不和地相连。次级任一根线与地之间没有电位差。使用安全。常用作维修电源。隔离变压器不全是1：1变压器。控制变压器和电子管设备的电源也是隔离变压器。如电子管扩音机，电子管收音机和示波器和车床控制变压器等电源都是隔离变压器。如为了安全维修彩电常用1比1的离变压器。隔离变压器是使用比较多的，在空调中也是使用的。一般变压器原、副绕组之间虽也有隔离电路的作用，但在频率较高的情况下，两绕组之间的电容仍会使两侧电路之间出现静电干扰。为避免这种干扰，隔离变压器的原、副绕组一般分置于不同的心柱上，以减小两者之间的电容；也有采用原、副绕组同心放置的，但在绕组之间加置静电屏蔽，以获得高的抗干扰特性。静电屏蔽就是在原、副绕组之间设置一片不闭合的铜片或非磁性导电纸，称为屏蔽层。铜片或非磁性导电纸用导线连接于外壳。有时为了取得更好的屏蔽效果，在整个变压器，还罩一个屏蔽外壳。对绕组的引出线端子也加屏蔽，以防止其他外来的电磁干扰。这样可使原、副绕组之间主要只剩磁的耦合，而其间的等值分布电容可小于0.01pF，从而大大减小原、副绕组间的电容电流，有效地抑制来自电源以及其他电路的各种干扰。 隔离变压器连接方式 1：不给被测电路使用隔离变压器供电，只给示波器用隔离变压器供电， 2：只给被测电路使用隔离变压器供电，示波器直接与电网连接， 都可以， 1：不给被测电路使用隔离变压器供电，只给示波器用隔离变压器供电， 被测电路的“热地”与示波器的外壳(公用端)相联，对大地有电压，注意别触电！ 2：只给被测电路使用隔离变压器供电，示波器直接与电网连接， 因被测电路使用隔离变压器供电，示波器的外壳虽说与被测电路的“热地”相联，对大地没有电压，较安全。应优先采用。 2.串连电阻 UPS电源或市电输出AC220V的，要看输出波形。 AC220V，在火线串联一个1.2M的电阻，在零线串联10K的电阻，再在两线之间接一个100K,再接到示波器 *接市电最好的是用隔离示波器或者隔离探头 示波器探头 示波器探头对测量结果的准确性以及正确性至关重要，它是连接被测电路与示波器输入端的电子部件。最简单的探头是连接被测电路与电子示波器输入端的一根导线，复杂的探头由阻容元件和有源器件组成。简单的探头没有采取屏蔽措施很容易受到外界电磁场的干扰，而且本身等效电容较大，造成被测电路的负载增加，使被测信号失真。 概述 1.1 示波器探头的定义 本质上，示波器探头是在测试点或信号源和示波器之间建立了一条物理和电子连接；实际上，示波器探头是把信号源连接到示波器输入上的某类设备或网络，它必须在信号源和示波器输入之间提供足够方便优质的连接。连接的充分程度有三个关键的问题：物理连接、对电路操作的影响和信号传输。 1.2 示波器探头的发展过程