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数字示波器及其简单原理图

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数字示波器及其简单原理图
数字示波器可以分为数字存储示波器(DSOs）、数字荧光示波器（DPOs）、混合信号示波器（MSOs)和采样示波器。

数字式存储示波器与传统的模拟示波器相比，其利用数字电路和微处理器来增强对信号的处理能力、显示能力以及模拟示波器没有的存储能力.数字示波器的基本工作原理如上图所示当信号通过垂直输入衰减和放大器后，到达模-数转换器（ADC)。ADC将模拟输入信号的电平转换成数字量,并将其放到存贮器中。存储该值得速度由触发电路和石英晶振时基信号来决定。数字处理器可以在固定的时间间隔内进行离散信号的幅值采样。接下来，数字示波器的微处理器将存储的信号读出并同时对其进行数字信号处理，并将处理过的信号送到数-模转换器（DAC)，然后DAC的输出信号去驱动垂直偏转放大器。DAC也需要一个数字信号存储的时钟,并用此驱动水平偏转放大器。与模拟示波器类似的，在垂直放大器和水平放大器两个信号的共同驱动下,完成待测波形的测量结果显示。数字存储示波器显示的是上一次触发后采集的存储在示波器内存中的波形，这种示波器不能实时显示波形信息。其他几种数字示波器的特点,请参考相关书籍。

Agilent DSO-X 2002A 型数字示波器面板介绍

该示波器有两个输入通道CH1和CH2，可同时观测两路输入波形。选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号。选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号。选择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号.
荧光屏（液晶屏幕）是显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。
操作面板上的各个按钮按下后，相应参数设置会显示在荧光屏上。
开机后,荧光屏显示如下：

测试信号时,首先要将示波器的地（示波器探笔的黑夹子）与被测电路的地连接在一起。根据输入通道的选择,将示波器探头接触被测点(信号端)。按下Auto Scale，示波器会自动将扫描到的信号显示在荧光屏上。
输入耦合方式:模拟示波器输入耦合方式有三种选择：交流(AC）、地 (GND)、直流（DC)；部分数字示波器则没有ＧＮＤ耦合这种方式，其通过在屏幕上直接标注零电平线的位置的方法来实现ＧＮＤ耦合(用来确定零电平线）的功能.当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置.直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号或者需同时观察含有直流成分的交流信号中的交、直流成分。交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号中的交流分量。在数字电路实验中，一般选择“直流”方式，以便观测信号的绝对电压值。
幅度灵敏度和时间灵敏度：在单位输入信号作用下,光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度,这一定义对X轴和Y轴都适用.灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为 cm/V，cm／mV或者DIV／mV，DIV／V，垂直偏转因数的单位是V／cm，mV／cm或者V／DIV，mV／DIV.实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。

可以通过幅度灵敏度旋钮和时间灵敏度旋钮调整波形在屏幕上的显示情况。
下图中CH1和CH2均有输入波形，黄色1和绿色2分别代表2个波形的零电平点所在位置，在DC耦合方式下，高于零点的波形幅度即为正值,低于零点即为负值.

触发：在模拟示波器中，被测信号从Y轴输入后，一部分送到示波管的Y轴偏转板上,驱动光点在荧光屏上按比例沿垂直方向移动；另一部分分流到x轴偏转系统产生触发脉冲，触发扫描发生器，产生重复的锯齿波电压加到示波管的X偏转板上，使光点沿水平方向移动，两者合一,光点在荧光屏上描绘出的图形就是被测信号图形.数字示波器的工作流程和模拟示波器类似。当波形在屏幕上左右移动时，即不同步，此时要选择正确的触发源。
触发源（Source)选择:要使屏幕上显示稳定的波形，则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号加到触发电路。触发源选择确定触发信号由何处供给。通常有三种触发源：内触发（INT）、电源触发（LINE)、外触发EXT)。
内触发使用被测信号作为触发信号,是经常使用的一种触发方式.由于触发信号本身是被测信号的一部分，在屏幕上可以显示出非常稳定的波形。双踪示波器中通道1或者通道2都可以选作触发信号。 当单独观察某一通道的信号时,通常选择该通道信号作触发源。若双踪同时观察时,若两路信号存在某种相关性,则选波形质量较好的那路作触发源.若两路信号是非相关信号,为了时这两路信号同时在示波器上稳定，需使用交替触发模式.
电源触发使用交流电源频率信号作为触发信号。这种方法在测量与交流电源频率有关的信号时是有效的。特别在测量音频电路、闸流管的低电平交流噪音时更为有效.
外触发使用外加信号作为触发信号，外加信号从外触发输入端输入。外触发信号与被测信号间应具有周期性的关系。由于被测信号没有用作触发信号，所以何时开始扫描与被测信号无关。
正确选择触发信号对波形显示的稳定、清晰有很大关系。例如在数字电路的测量中，对一个简单的周期信号而言，选择内触发可能好一些,而对于多个具有复杂周期的信号,且存在一个与它有周期关系的信号时，选用外触发可能更好。
触发电平调节又叫同步调节，它使得扫描与被测信号同步.电平调节旋钮调节触发信号的触发电平.一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时，扫描即被触发。顺时针旋转旋钮,触发电平上升;逆时针旋转旋钮,触发电平下降。当电平旋钮调到电平锁定位置时，触发电平自动保持在触发信号的幅度之内，不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。在模拟示波器中，当信号波形复杂，用电平旋钮不能稳定触发时，用释抑（Hold Off）旋钮调节波形的释抑时间(扫描暂停时间)，能使扫描与波形稳定同步。

Agilent DSO—X 2002A示波器示波器的定量测定：
有三种方法可以实现定量测量
（1） 类似模拟示波器的读刻度法
根据要测量的水平/垂直方向的量,读取水平/垂直方向波形所占的刻度，乘以对应的水平/垂直灵敏度，即可得到对应的周期/幅度读数。若需读取高、低电平等以零电平线做参考的参数，则需要从零电平新开始读取格数。
（2） 使用"Measure”功能自动测量
数字示波器通常都具有自动测量功能,按下measure菜单，在弹出的菜单中选择对应的测量参量后，添加参量后，即可自动显示该值。
（3） 使用“Cursor”功能测量
按下“Cursor”键后，根据待测量选定X或者Y方向的一根或两根光标线，移动“Cursor"旋钮，读取该光标处，或两根光标线之间的数值。

示波器的通用使用方法：
当使用示波器观测待测信号时，遵循如下步骤：
（1）、打开电源,预热（模拟）或者静待其启动完毕（数字）；
（2)、选择模拟输入通道，将该通道探头的信号拾取端（通常为钩子）和待测信号相连，探头的公共端和待测信号地端相连;
（3）、正确选择探头的衰减比率(如果有需要选择的话),对于固定衰减率的探头，无法在探头上改动，只需设置示波器各个通道的内置衰减率,与示波器探头的实际衰减率想匹配;
(4）、在示波器面板上选择对应的通道和该通道的耦合方式；
(5）、配合调整水平、垂直灵敏度和水平、垂直位移旋钮,使得示波器屏幕上显示待测波形（通常此时待测波形无法稳定显示）；
(6）、根据选择的通道设置触发源,并调整触发电平在波形显示区域内，使待测波形稳定。

Agilent DSO—X 2002A 型数字示波器带有一个信号输出功能,即可当成信号发生器来使用:

1. Wave Gen键：蓝色有效，此时信号输出端提供相应信号
2. 屏幕菜单键：波形、频率、高/低电平or幅度/偏移
3. 复用旋钮
4. 信号输出端口