示波器的基础认识.ppt

COB 电子工程部电子工程部S/I Team 2003示波器基礎認識示波器基礎認識 1 1<1.外觀外觀 ( FEATURE ) - 軌跡軌跡 ( TRACE )4顯示波形的方格 ( GRID ) 為 10 x 8 的尺寸，時間檔位 ( TIME/DIV ) 水平有 10 格，電壓檔位 ( VOLT/DIV )垂直有 8 格垂直垂直 8 格格水平水平 10 格格2 2<2 .頻寬頻寬 ( BANDWIDTH )4增加信號頻率，當信號電壓低於原始信號的 -3db ( 0.707倍 ) 的頻率讀值4電壓量測必須採用正弦波的峰對峰值 ( PKPK ) 4信號源是指正弦波Peak to Peak0.707倍倍3 3<2.頻寬頻寬 ( BANDWIDTH )4頻寬是指示波器容許輸入信號的頻率寬度，通常也是指 -3db 的頻率讀值4假設輸入電壓為 1V， 將電壓與頻率之間的關係繪成座標方式，如以下結果 :1V-3db=0.707VFREQUENCYVOLTAGE頻率寬度頻率寬度頻率讀值頻率讀值4 4<2.頻寬頻寬 ( BANDWIDTH ) - 上昇時間上昇時間 ( RISE-TIME )4在量測儀器的應用上，頻寬與上昇時間的關係，如以下的關係式 :90%10%上昇時間上昇時間 ( Tr )AMPLITUDETOPBASE(1GHz以上為以上為0.40)5 5<2.頻寬頻寬 ( BANDWIDTH ) - 上昇時間上昇時間 ( RISE-TIME )4示波器的頻寬越低，造成上昇時間越大。

4100MHzØTr = 0.35 ÷ 100MHz = 0.35 x 10ns = 3.5ns4200MHzØTr = 0.35 ÷ 200MHz = 0.35 x 5ns = 1.75ns4350MHzØTr = 0.35 ÷ 350MHz = 1ns4500MHzØTr = 0.35 ÷ 500MHz = 0.35 x 2ns = 0.7ns41GHzØTr = 0.35 ÷ 1GHz = 0.35 x 1ns = 0.35ns 6 6<2.頻寬頻寬 ( BANDWIDTH ) - 上昇時間上昇時間 ( RISE-TIME )4上昇時間的量測值受示波器的上昇時間影響，其關係式如下表示：量測值量測值信號的上昇時間信號的上昇時間7 7<2.頻寬頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差量測誤差 ( MEASUREMENT ERROR )4假設某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 100MHz 頻寬的示波器量測誤差如下：示波器的上昇時間等於信號的上昇時間示波器的上昇時間等於信號的上昇時間誤差為誤差為 41.4%8 8<2.頻寬頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差量測誤差 ( MEASUREMENT ERROR )4假設某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 300MHz 頻寬的示波器量測誤差如下：示波器的上昇時間約為示波器的上昇時間約為 1/3 倍信號的上昇時間倍信號的上昇時間誤差為誤差為 5%9 9<2.頻寬頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差量測誤差 ( MEASUREMENT ERROR )4假設某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 500MHz 頻寬的示波器量測誤差如下：示波器的上昇時間約為示波器的上昇時間約為 1/5 倍信號的上昇時間倍信號的上昇時間誤差為誤差為 2%1010<2.頻寬頻寬 ( BANDWIDTH ) - 量測誤差量測誤差 ( MEASUREMENT ERROR )4假設某信號的上昇時間為 3.5ns ，若使用 1GHz 頻寬的示波器量測誤差如下：示波器的上昇時間約為示波器的上昇時間約為 1/10 倍信號的上昇時間倍信號的上昇時間誤差為誤差為 0.6%1111<3.取樣率取樣率 ( SAMPLING RATE )4類比示波器的線性波形無法儲存只能觀看，並從亮度分辨信號出現的比例。

4數位示波器可將類比信號轉換為數位資料，並可容易的作後續的資料處理每一個點皆包括時間與電壓數據每一個點皆包括時間與電壓數據(T1,V1) (T2,V2) (T3,V3)(Tn,Vn) . . . . . . . . . . . . . . .1212<3.取樣率取樣率 ( SAMPLING RATE )4何謂週期 ? 週期信號發生一次的時間單位是 “ 秒 / 1次 ” 4何謂頻率 ? 週期信號在一秒鐘內發生的週期次數單位 “ 次數 / 1秒 ” 又稱為 “ Hz ”4週期 ( PERIOD ) 與頻率 ( FREQUENCY ) 為反比關係ØPERIOD ＝ 1 / FREQUENCY 週期週期 ( S ) = 1 / 頻率頻率( Hz )類比信號類比信號1313<3.取樣率取樣率 ( SAMPLING RATE )4何謂取樣時間 ? 示波器取樣一點所須的時間單位是 “ 秒 / 1點 ”4何謂取樣頻率 ? 示波器在一秒鐘內取樣的點數單位 “ 點數 / 1秒 ” 又稱為 “ SAMPLING / S ”4示波器取樣時間 ( SAMPLING TIME ) 與取樣頻率 ( SAMPLING RATE ) 之間為反比關係。

ØSAMPLING TIME = 1 / SAMPLING RATE 取樣時間取樣時間 ( S ) = 1 / 取樣頻率取樣頻率 ( S / S )取樣點取樣點 : P1414<3.取樣率取樣率 ( SAMPLING RATE )4重複取樣 ( RANDOM INTERLEAVE SAMPLING )：僅有在快速時間檔位下，示波器取樣多次使解析度增加後，再一次全部顯示在畫面上，因此重複取樣功能只適用在規則重複出現的信號源，重複取樣率可高達10~25Gs/s4單擊取樣 ( SINGLE-SHOT )：示波器以最快速的取樣率擷取信號一次1515<4.取樣點取樣點 ( SAMPLING POINT )4數位示波器數位化類比波形後，將數位資料顯示在螢幕上，每一個點代表一筆數據資料，因此在螢幕上的點數越多，時間解析度越高12365410789取樣點取樣點 : P1616<4.取樣點取樣點 ( SAMPLING POINT )4取樣率必須要維持在最快信號的 10 倍以上用用 5 個取樣點還原一個週期明顯不足，個取樣點還原一個週期明顯不足，用用10 個取樣點還原一個週期比較適當個取樣點還原一個週期比較適當。

1717<5.最高取樣的記錄時間最高取樣的記錄時間 ( MSRW ) - 記錄時間記錄時間 ( RECORD TIME )4時間檔位指的是水平 1 格的時間，水平軸總共有 10 格4記錄時間 = 10 × 時間檔位水平水平 10 格表示記錄時間格表示記錄時間1818<5.最高取樣的記錄時間最高取樣的記錄時間 ( MSRW )4如果示波器欲維持在高取樣率下使用，必須要有足夠的取樣點 ( 擷取記憶體 )，因此便可以擁有更長的記錄時間，我們稱之為最高取樣的記錄時間 ( Maximum Sample Rate Window )4取樣定律 ( P = R × S )ØP：表示取樣點ØR：表示記錄時間ØS：表示取樣率4舉例：Ø機型 LC584AL 的規格為 取樣率 8GS/sec 記憶點數 8Mpoints 則 8GS/S可使用的時間範圍是多少 ? 時間檔位是多少 ?1919<6.阻抗匹配阻抗匹配 ( COUPLING ) - 終端阻抗終端阻抗 ( TERMINAL )4一般屬通訊信號或阻抗設計為 50 的電路 ( 信號產生器 )，正常使用應該搭配同軸電線 ( BNC ) 不須使用測試棒。

4以下圖例為直流電源分析：示波器內阻等於信號內阻示波器內阻等於信號內阻2Vs信號阻抗Rs=50ohm輸出電壓為輸出電壓為Vs示波器內阻Ro=50ohm2020<6.阻抗匹配阻抗匹配 ( COUPLING ) - 終端阻抗終端阻抗 ( TERMINAL )4一般屬通訊信號或阻抗設計為 50 的電路 ( 信號產生器 )，正常使用應該搭配同軸電線 ( BNC ) 不須使用測試棒4以下圖例為交流電源分析：示波器內阻等於信號內阻示波器內阻等於信號內阻信號阻抗Rs=50ohm輸出電壓為輸出電壓為VsVs~示波器內阻Ro=50ohm系統電容接地電感2121<6.阻抗匹配阻抗匹配 ( COUPLING ) - 負載效應負載效應 ( LOAD EFFECT )4示波器與信號源分別為不同獨立迴路，因此示波器量測造成信號源的損壞，依負載的大小影響程度不同，通常搭配測試棒提高示波器阻抗降低負載效應4測試棒增加量測系統阻抗，降低負載效應4以下圖例為直流電源分析：示波器內阻Ro=1Mohm測試棒內阻Rp=9Mohm示波器內阻必須遠大於信號阻抗示波器內阻必須遠大於信號阻抗量測端電壓為量測端電壓為VsVs信號阻抗RsIoIs2222<6.阻抗匹配阻抗匹配 ( COUPLING ) - 負載效應負載效應 ( LOAD EFFECT )4示波器與信號源分別為不同獨立迴路，因此示波器量測造成信號源的損壞，依負載的大小影響程度不同，通常搭配測試棒提高示波器阻抗降低負載效應。

4量測系統的量測品質受電容及接地電感影響4以下圖例為交流電源分析：示波器內阻必須遠大於信號阻抗示波器內阻必須遠大於信號阻抗示波器內阻Ro=1Mohm測試棒內阻Rp=9Mohm系統電容接地電感Vs~信號阻抗Rs2323示波器基礎認識示波器基礎認識示波器基礎認識示波器基礎認識 ( BASIC ) ( BASIC ) <6.阻抗匹配阻抗匹配 ( COUPLING ) - 交直流信號交直流信號 ( DIRECT+ALTERNATING CURRENT )4信號源包括直流及交流信號4示波器上交流的定義是指頻率大於50Hz的信號，直流是指頻率小於50Hz的信號時間時間(t)電壓電壓(V)交交流流直直流流0+2.5V+0.5V+1.5V表示方式表示方式  AC2V+DC1.5V0+2.5V+0.5V+1.5V阻抗匹配為阻抗匹配為 DC1M ：：直流＋交流信號直流＋交流信號2424<6.阻抗匹配阻抗匹配 ( COUPLING ) - 交流信號交流信號 ( ALTERNATING CURRENT )4信號源只有包括交流信號4示波器上交流的定義是指頻率大於50Hz的信號，直流是指頻率小於50Hz的信號。

0+1V-1V阻抗匹配為阻抗匹配為 AC1M ：交流信號交流信號時間時間(t)電壓電壓(V)交交流流直直流流0+2.5V+0.5V+1.5V表示方式表示方式  AC2V+DC1.5V2525<7.接地問題接地問題 ( GROUNDING ) - 量測系統量測系統 ( 測試棒測試棒 ＋＋ 示波器示波器 ) 等效電路等效電路4數位示波器搭配的電源線為 3-PIN 的電源插頭，第三支腳為接地線，測試棒的負端與電源接地線在示波器內部是短路，因此電源接地使整部儀器對地不會有任何電位差，以確保使用者的安全AC110 / 220V電源接地電源接地電電 源源 線線測試棒正端測試棒正端系統電容系統電容測試棒電阻測試棒電阻示波器示波器內阻內阻測試棒負端測試棒負端接地電感接地電感電源供應器電源供應器 2626<7.接地問題接地問題 ( GROUNDING ) - 量測系統等效電路量測系統等效電路 ( SYSTEM EQUIPMENT )4以下圖例為理想電路：示波器內阻Ro=1Mohm測試棒內阻Rp=9Mohm示波器內阻必須遠大於信號阻抗示波器內阻必須遠大於信號阻抗Vs~信號阻抗Rs2727<7.接地問題接地問題 ( GROUNDING ) - 量測系統等效電路量測系統等效電路 ( SYSTEM EQUIPMENT )4量測系統的量測品質受電容影響的狀況。

示波器內阻Ro=1Mohm測試棒內阻Rp=9Mohm信號造成上昇時間延遲信號造成上昇時間延遲系統電容Vs~信號阻抗Rs2828<7.接地問題接地問題 ( GROUNDING ) - 量測系統等效電路量測系統等效電路 ( SYSTEM EQUIPMENT )4量測系統的量測品質受電容及接地電感影響示波器內阻Ro=1Mohm測試棒內阻Rp=9Mohm系統電容接地電感信號除造成上昇時間延遲並產生振盪信號除造成上昇時間延遲並產生振盪Vs~信號阻抗Rs2929The end, thanks!3030。