南邮电子测量实验报告示波器原理及应用.docx

实验报告（2010/2011 学年 第 二 学期）课程名称 电子测量原理实验名称 示波器原理及应用实验时间 年 月 日指导单位 动化学院指导教师学生姓名 班级学号示波器原理及应用一、 实验目的1. 了解数字示波器测量的基本原理2. 熟悉虚拟数字存储示波器的操作，观察几种典型信号的波形并进行参数测量二、 实验内容1. 测量周期信号的幅值、频率2. 测量信号的时域参数3、 信号的测量、存储、回放4、 观察李沙育图形三、 实验器材1. SJ-8002B电子测量实验箱 1台2. 双踪示波器（60MHz模拟或数字示波器） 1台3. 函数信号发生器（0. 1Hz〜10MHz） 1台4 •计算机（具有运行windows2000和图形化控件的能力） 1台四、实验原理1. 数字示波器原理数字存储示波器是用A/D变换器把模拟信号转换成数字信号，然后把数据存储在半导 体存储器RAM中当有需要时，将RAM中存储的内容调出，通过LCD用点阵或连线 的方式再现波形，其原理框图可以参考图6 — 1在这种示波器中信号采集和信号显示功能 是分开的，它的功能和性能主要取决于进行信号采集与处理的A/D、RAM和微处理器的性 能。

由于采用RAM存储器，可以快写数慢读数，或者慢写数快读数，这样即使得即使在 观察缓慢信号或者观测高速信号时显示带宽限制时也不会有闪烁现象2.虚拟数字存储示波器组成图6—1虚拟数字存储示波器虚拟示波器将计算机和测量功能融合于一体,用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的 功能，用计算机的显示器代替传统仪器物理面板通过相关的软件可以设计出的操作方便、 形象逼真的仪器面板，不仅可以实现传统示波器的功能，而且具有存储、再现、分析、处理 波形等特点，还可以进行各种信号的处理、加工和分析，完成各种规模的测量任务而且仪 器的体积小、耗电少，方便携带，可以在不同的计算机上使用在SJ-8002B中，采用了虚拟数字存储示波器的原理来实现数据的采集其中的信号调 理、AD转换、存储数据的SRAM以及控制逻辑都在是实验平台中，计算机主要起到了数据 的处理和显示的作用3. SJ-8002B电子测量实验箱示波器硬件结构(1) 测量范围及指标测量电压幅度范围：一20V〜+20V (峰峰值)测量频率范围：1Hz〜1 MHz采样时钟：20MHz〜12.5KHz数据缓存深度：64KB显示波形的峰值、平均值、有效值和频率、周期等参数。

通道数：2垂直偏转因素(V/div)Div序号 div3456789垂直偏转因50mv/O.lv/0.2v/0.5v/1v/2v/5v/素(V/div)divdivdivdivdivdivdiv量程(V)0.5125102050通道总增益210.50.20.10.050.02水平时!•基因素(秒/格)序号0123456789秒/格0.1u0.2u0.5u1u2u5u10u20u50u100u采样 频率Hz20M20M20M20M20M20M20M20M20M20M序号10111213141516171819秒/格200u500u1m2m5m10m20m50m0.1S0.2S采样 频率Hz10M5M2.5M1M500K250K100K50K25K12.5K(2) 硬件原理图图6—2 SJ8002B示波器硬件原理图图6—2为示波器模块的原理框图由图可见，高速采集的双通道是完全独立的，可以 实现虚拟双踪数字存储示波器的各种功能，完成多种不同的测试任务4. 数据处理根据采集的波形数据，计算出被测信号的有效值、均值、峰值、频率离散信号的电压平均值及峰值的数学表达式如下所示：电压有效值:电压平均值：K maxK min。

电压峰一峰值：五、实验步骤1.实验准备（1） 按照图6 — 3连线示波器从Ain1输入，在两种连接方式中选择一种，①使用外部信号源，②使用内部信 号源1通道2） 先打开实验箱电源，电源指示灯“亮”然后在PC机上运行主界面程序，再从主界 面进入“电子测量实验室”，最后选择实验六，软件则自动打开了信号源和示波器的界面图6—3实验连接框图2. 虚拟数字存储示波器面板虚拟数字存储示波器面板如图6 — 4所示，它与实际的仪器有相似的面板，有CH1 （绿）、CH2（黄）两个通道，面板下部还同时显示出伏/格、峰值（平均值、有效值）、频率、秒/格示波器显示波形窗水平通道和垂直通道均为10格（div）图6—4虚拟数字存储示波器面板3.测量如下各种波形的参数操作接在Ainl的信号源产生以下信号，用CH1 （绿） 通道进行测量，调整秒/格使信号波形在屏幕上显示2〜5个 周期，调整伏/格使信号波形充满半个屏幕到满屏1）正弦波（Aoutl, Ainl）信号源产生一个正弦波如图6—5,用虚拟示波器观察, 把显示面板上的峰值和频率填在表6—1中表6 — 1输入 幅度 （峰值V）输 入 频 率 kHz选择 秒/ 格读 出 秒 格 数估 算 周 期示波器频率读数选 择 伏/ 格读出 峰峰 值伏 格数估算 峰峰 值示波器 峰值读 数根据 读数 计算 有效 值1001000.50.7721150021ms0Hz842V1.093 VVHz20050050011.358255040 Hz23.83.8 V1.921 VVusHz500500222.6884505420us00023.87.6 V3.802 VVHzHz100100211.2 V3.96961005210us0000045.65.613 VVHzHz信号周期=一个周期所占秒格数X秒/格 信号峰峰值=波形垂直伏格数X伏/格信号频率=1/信号周期峰值=峰峰值X1/2波形换成三角波如图6—6,观察波形对称度*。

b输入幅 度(峰 值V)输入频 率(kHz)选择 秒/格T格数AT格数BT~ATB11500111551001115505221810022.55.51表6—2(2) 三角波图6—7方波(3) 方波信号源产生一个方波，用虚拟示波器观察上升时间和下 降时间输入幅 度(峰值V)输入频 率(kHz)一择M 一选#/秒/格 读数(p s)T/秒/格读数T/(p s)510020.50.125 ps0.50.125520010.1p s0.20.155000.50.1p s0.10.1表6—3(4) 调幅波用Q9线把Aoutl和Ain1连接起来，启动虚拟信 号源程序，产生一个调幅波，用示波器测量调幅系数m = xlOO%a + B表6—4输入幅 度(峰值V)输入频率(kHz)选择 伏/格a格数b格数m50.515.420.4655.024.61.50.595200.56.82.00.554.双踪显示波形的观测由两台函数信号源分别产生两路电压信号，分别输入给Ainl和Ain2, —个信号幅度 为5V,频率为5KHz的正弦波，另一个信号幅度为3V,频率为5KHz的三角波，由虚拟 数字存储示波器进行双踪显示，记录选择的伏格和秒格，并画出波形。

注意：实验箱主板上方的S102短路块位置放在左边画信号一波形：画信号二波形:5. 波形存储与回放在用示波器测量的过程中，随时可以把波形数据保存方法是点击面板上面的“保存” 按钮，就会弹出一个对话框，取一个文件名，再选择路径、文件扩展名之后单击保存就能把 波形数据保存在计算机的硬盘里要把计算机硬盘里存储的波形文件打开，就直接单击面板 上面的“打开”按钮(注意此时不能启动采集)，就能够实现波形的回放，这时通过调节“伏 /格”和“秒/格”能够改变波形的显示把实验步骤3中的波形先保存到硬盘，然后再打开，对比它们有无变化6. 观察李沙育图形在双踪示波器上选择X-Y显示方式，利用示波器X和Y通道分别输入被测信号和一个 已知信号，调节已知信号的频率使屏幕上出现稳定的图形，这些图形称为李沙育图形1)调节电子实验箱输出通道Aoutl和Aout2,输出相同正弦波信号，幅度为2V,频 率为lKHz，调节示波器，使之工作于X-Y方式，Aoutl输入示波器X通道，Aout2输入示 波器Y通道，观察李沙育图形，并画出波形2)调节电子实验箱，输出通道Aoutl输出幅度为2V，频率为lKHz的锯齿波信号， 输出通道Aout2输出幅度为2V，频率为lKHz的正弦波信号，调节示波器，使之工作于X-Y 方式，Aoutl输入示波器X通道，Aout2输入示波器Y通道，观察李沙育图形，并画出波形。

画信号波形：(3) 调节电子实验箱，使两个输出通道Aoutl和Aout2输出相同幅度，不同频率比的 信号，调节示波器，使之工作于X-Y方式，Aoutl输入示波器X通道，Aout2输入示波器Y 通道，观察李沙育图形，并分析图形与频率比和相位的关系，加深对示波器扫描显示原理的 理解六、思考和练习题1. 能否用一个带宽为20MHz的示波器观测重复频率为15MHz的正弦波和方波？为什 么？解：否带宽为20MHz的示波器输入信号的上升时间Tr=0.35/20=17.5ns,频率为15MHz 的正弦波和方波，其周期为0.067us，可见上升时间和波形周期为同一数量级，这样会导致 整个波形在在示波器上显示会发生严重失真2. 利用示波器测量各种波形参数时，你如何减小其测量误差？解：调整秒/格使信号波形在屏幕上显示2~5个周期，调整伏/格使信号波形充满半个屏 幕到满屏这样在荧光屏上读数会比较清晰，从而减小误差3. 观察李沙育图形时，示波器X通道输入锯齿波信号，输出图形与Y通道输入波形有 什么关系，为什么解：Y通道输入为正弦和三角波时，示波器输出波形：。