实验 1 数字示波器使用 【实验目的】 1、了解数字示波器的原理及基本测量方法。 2、掌握数字示波器的触发功能和函数处理能力。 3、掌握用 Lissajous 图形测量信号频率及相位差。 【实验原理】 1、数字示波器内波原理 数字示波器是按照采样原理，利用 A/D 转换，将连续的模拟信号转变成离散的数字序 列， 然后进行恢复重建波形， 从而达到测量波形的目的。 下图是数字示波器的基本原理框图： 图 1-1 数字示波器内部框图 2、示波器的触发原理 示波器触发的作用： 触发的作用在于通过每次的显示始于波形上的同一点从而同步 波形的显示，显示波形的特点和细节，触发系统可以稳定周期波形的显示，通过触发系统可 以从信号中获得你所需要观测的部分， 从而避免你所不关心的部分影响你的观测， 数字示波 器的高阶触发功能可以帮助从波形中分理出所需要的部分。 比如单次触发可以捕捉到只发生 一次的波形， 脉宽触发可以从一串脉冲序列中获得你所关心的那部分脉冲等等。 合理的利用 示波器（尤其是数字示波器）的触发功能可以使测量工作变得简单，甚至使不可能得测量变 为可能。当触发调节不当时，显示的波形将出现不稳定现象。所谓波形不稳定，是指波形左 右移动不能停止在屏幕上，或者出现多个波形交织在一起，无法清楚地显示波形。 3、Lissajous 图像原理 在我们的例子中， 我们画一个输入为 x （t） 输出为 y （t） 的 LTI （linear time-invariant system） ， 输出频率和输入频率匹配（i.e., x=y=2f），在相移电路中，还必须保证 Ay=Ax=A。 因此上式可简化为： 我们用 Lissajous 图形找出相移。 在示波器上用 X-Y 模式得到 Lissajous 图形， X 样本点为横坐标，Y 样本点为纵坐标，因为这些点持续在屏幕上很短时间，所以 Lissajous 图形的 ghosts 显示在屏幕上。观察旋转方向，可以显示输入频率。 图 1-2 （a）频率相同的 Lissajous 图 图 1-2 （b）标准信号频率高于被测信号的 Lissajous 图 图 1-2 （c）标准信号频率低于被测信号的 Lissajous 图 4、数字示波器面板显示部分 图 1-3 数字示波器面板显示 （1）波形记录指示条 （9）CH1 和 CH2 的状态显示 （2）触发位置（T）指示 （10）取样速率读出 （3）显示波形的记录片段 （11）水平状态读出 （4）Run/Stop 指示 （12）触发源和状态读出 （5）触发状态 （13）触发类型和模式读出 （6）触发准位指示 （14）采集状态 （7）信道位置指示 （15）界面类型显示 （8）延迟触发指示 （16）触发计频器 【实验单元】 数字示波器，信号发生器，移相电路 【实验内容】 实验开始前先用数字示波器本身的校准电压输入校准。 1、熟悉示波器面板各个按钮的功能 （1）用信号发生器产生一个 3V，10KHz 正弦波，调整其幅度和时间分辨率，调整其位置使其容易读数。然后按“Run/Stop”按钮，将波形稳定，再按“Measure”按钮，测试波形参数。 （2）将输入的直流偏移量“DC OFFSET”调到“1V” ，选择各种耦合方式（coupling,直流耦合（） 、交流耦合（）和接地耦合） ，观察波形的变化，画出波形。 （如果面板没有耦合、反向的显示，可以按“CH1” 调出） 。将直流偏移量调到“0” ，将“Invert（反向） ”置为“on” ，观察波形变化。 （3）用“DISPLAY”按钮观察各显示方式产生波形的变化。 （ “Vector”或“Dots” ；“Accumulate” 为 “on” 改变输入信号 幅值与频率， 观察波形变化； “Refresh” ； “Contrast” ，可以用“VARIABLE”旋钮调节亮度； “icon”可以选择不同窗口显示，方便观察。 ） 2、对输入信号的函数处理及测量 （1）用信号发生器产生一个 3V，10KHz 正弦波和一个 2V，5KHz 的方波信号，分别输入CH1 和 CH2。用示波器面板的 “MATH” 按钮产生“CH1+CH2”，“CH1-CH2” ，观察产生的波形。按“MATH” 按钮，按 F1,进入 CH1, CH2 波形的 FFT 波形，并通过改变窗函数，观察波形的变化，画出测量到的各个波形。 （2）双通道输入 (利莎育图形) 实验： （a）用信号发生器产生一个 3V，5KHz 正弦波，输入 CH1，同时通过移相电路的输出接入示波器 CH2，先用 YT 模式直接观测两路信号的相位差。然后用 XY 模式观察 Lissajous 图形，画出波形，推算出两路信号相位差在哪个象限. （b）用信号发生器产生一个 3V，10KHz 正弦波，输入 CH1，用信号发生器产生一个 3V，5KHz正弦波，输入 CH2, 选择“HORI MEMU”中的“XY”模式，观察利莎育图形，不断改变 CH1和 CH2 的频率比，画出波形，与模拟示波器的结果相比较。 【思考】 1、观察比较数字示波器测量与模拟示波器的不同并解释原因。 2、各种耦合方式有什么不同，为什么会产生波形的变化？ 3、示波器各种触发方式有什么不同，为什么？