示波器测量技术探讨
示波器测量技术探讨
摘要：示波器是重要的电子测量仪器，接测量电压电流的幅度，电信号的频率、时间、介绍运用示波器测量各种典型电参数的方法。它除了可以观测电信号波形外，还可以直相位等参数，以及调幅信号的调幅指数。本文主要探讨示波器测量技术。
关键词：示波器，测量技术，电信号
模拟示波器只能测量重复频率高于稳定视觉频率的重复信号，对于重复频率低于稳定视觉频率的信号甚至是单次信号，模拟示波器无能为力。为力能测得单次信号、随机信号和低重复频率信号，需要数字存储示波器（Digital Storage Oscilloscope，DSO）。它的基本原理是将捕捉到的波形通过A/D转换进行数字化，而后存入示波管外的数字存储器中，可供测量者需要时调用。
1数字存储示波器的主要技术指标
数字存储示波器的主要技术指标，如垂直灵敏度及垂直偏转因数误差平扫速误差、扫描时间因数及水、触发灵敏度及触发方式等，与传统模拟示波器一致。而数字存储示波器所特有的技术性能和指标主要有记录长度(或称存储深度)、取样速率、带宽、有效比特分辨率等。
1.1记录长度
记录长度是指数字存储示波器的采样存储器能够连续存人样点的最大字节数，以Kpts(样点)表示，也称存储深度。由于高速存储器制造技术和显示处理技术的限制，字存储示波器的记录长度还不可能无限加长。
1.2取样速率
KB或目前数取样速率指单位时间内取样的次数。也称数字化速率，用每秒钟完成的A/D来衡量。取样速率愈高，仪器捕捉高频或快速信号的能力愈强。转换的次数是最高取样速率，由于采样记录长度的限制，通常厂家给出的取样速率指标取样频率不可能总是等干A/D也就是说，数字存储示波器不可能总是以最高取样速率工作。而是与设置的扫速(扫描时间因数)以及记录长度有关。很明显，只有记录长度更长的数字存储示波器，才能够以更高的取样速率捕捉更长时间的信号波形。这说明要想观察到又长义复杂波形的细节，不仅需要高取样速率，更需要有更长的记录长度。
2示波器测量技术
2.1用示波器测量电压
2.1.1直流电压的测量
示波器测量直流电压的原理是利用被测电压在屏幕上呈现一条直线，该直线偏离时间基线(零电平线)的高度与被测电压的大小成正比的关系进行的。被测直流电压值为，式中，为被测直流信号线的电压偏离零电平线的高度；为示波器的垂直灵敏度；为探头衰减系数，在测量时，应首先将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置，再将待测信号送至示波器的垂直输入端，然后将示波器的输入耦合开关置于“GND”位置，调节垂直位移旋钮，将荧光屏上的扫描基线（零电平线）移到荧光屏的中央位置，确定零电平线。
2.1.2交流电压的测量
使用示波器测量交流电压的最大优点是可以直接观测到波形的形状，还可显示其频率和相位口被测交流电压值 (峰-峰值)为
式中，为被测交流电压波峰和波谷的高度或任意两点间的高度；为示波器的垂直灵敏度；为探头衰减系数。
2.2用示波器测量时间和频率
2.2.1测量周期和频率
对于周期性信号，周期和频率互为倒数，只要测出其中一个量，另一个参量可通过公式求出，示波器直接测量的是信号的周期，被测交流信号的周期T为
式中，为被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占距离；为示波器的扫描速度；为轴扩展倍率开关，同样将示波器的输入耦合开关置于“AC”位置，调节扫描速度开关，使显示的波形稳定。
单次带宽也称有效存储带宽，是3dB带宽。实际上一般数字存储示波器模拟通道硬件的带宽是足够的，主要受到波形上采样点数量的限制。因此，单次带宽一般只与采样速率和波形重组的方法有关。
2.2.2测量时间间隔
用示波器测量同一信号中任意两点A与B的时间间隔的测量方法与周期的测量方法相同。A与B的时间间隔为
式中，为A与B的时间间隔在荧光屏水平方向所点距离，若A、B两点分别为脉冲波前、后沿的中点，则所测时间间隔为脉冲宽度，若采用双踪示波器，可测量两个信号的时间差。将两个被测信号分别输入示波器的两个通道，采用双踪显示方式，调节相关旋钮，使波形稳定且合适的长度，然后选择合适的起始点，即将波形移到某一刻度上，将B脉冲的起点左移1格，最后读出两被测信号起始点时间的水平距离，则两个信号的时间差。
2.2.3用示波器测里相位
相位测量是指两个同频率的正弦信号之间的相位差的测量。
2.2.3.1用双踪示波法测量相位
利用示波器线性扫描下的多波形显示是测量相位差最直观、最简便的方法。相位测量的原理是把一个完整的信号周期定为360o，然后将两个信号在x轴上的时间差换成角度值。首先将欲测量的两个信号A和B分别接到示波器的两个输入通道，示波器设置为双踪显示方式，调节有关旋钮，使荧光屏上显示两条大小适中的稳定波形。先利用荧光屏上的坐标测出信号的一个周期在水平方向上所占的长度，然后再测量两波形上对应点之间的水平距离x，则两信呈的相位差为
式中，为两波形上对应点之间的水平距离，为被测信号的一个周期在水平方向上所点的距离，为减小测量误差，还可取波形前、后测量的平均值。
用双踪示波法测相位差时应该注意，只能用其中一个波形去触发另一路信号，且测量相位差的准确度是不高的，尤其是相位差较小时误差较大。
参考文献
[1]付在明，王厚军，黄建国. 一种用于示波器校准的快沿信号产生方法[J]. 计量学报，2011年5期：210-211.
[2]王秀芳，郝建勋. 虚拟示波器的设计与实现[J]. 仪器仪表学报，2005年12期：102-103.
[3]刘永娜. 示波器测量技术探讨[J]. 科技致富向导，2011年22期：89-90.
示波器测量技术探讨.doc
