文档介绍：第四章常用仪器简介
数字式示波器Tektronix TDS1002初步使用
示波器最主要的功能就是把测量点的电压随时间变化曲线直观地显示在屏幕上。示波器是最重要的电子测量仪器之一,也是使用最频繁的电子仪器之一。要正确使用一台示波器,要充分利用一台示波器的功能和性能指标,就必需充分阅读该示波器的使用说明书。示波器使用说明书中的主要性能指标和基本操作方法列于本节之后。下面所介绍的仅仅是实验中使用该示波器所所涉及到的最基本的内容。
功能简介
Tektronix TDS1002示波器是数字式示波器,其正面外形如图1。它对来自探头的信号经放大,然后采样,再将采样数据对应的波形记录,最后将波形显示在屏幕上。同时,在示波器内部可对数据作一些处理,例如,统计平均,快速付立叶变换,并将处理过的波形显示在屏幕上。它还可以通过GPIB卡(General Purpose Interface Bus)与计算机、打印机等设备进
图1 Tektronix TDS1002示波器正面外形图
波形显示屏幕
菜单显示区
菜单选
择按钮
通道1
通道2
时间
选择
触发
选择
功能选择
状态选择
自检
信号
垂直:
增益和位置
交流线
采集数据;
模式和时基
波形记录:
2500点
触发器
每一通道
外部
显示屏
计算机接口
图2 Tektronix TDS1002数字式示波器原理及组成示意图
行数据交换,因此,可由计算机对示波器采集到的数据做进一步的处理。Tektronix TDS1002示波器的最高采样率1GHz,屏幕显示的波形由2500采样点的数据连接而成。其原理示意图如图2。
图3 探头×1、×10开关与可变电容调节
关于Tektronix TDS1002数字式示波器使用中的
若干问题
×1、×10
本示波器的输入阻抗为1MΩ电阻和20pF电容的
并联。并联电容是为了抑制高频干扰。示波器探头有
×1、×10转换开关。当探头开关置于×1时,示波器
输入回路的等效电路如图4。通常有Rs<<R1。若输入
为方波,当信号源输出上升沿时,由于信号输出功率
有限,给电容充电需要时间,所以,示波器输入回路
向示波器内部电路输出的电压信号的前沿变缓,上升
时间延长,如图中右上方为其示意图。这样一来,在
示屏幕上看到的方波的上升沿将大于实际输入方波的
上升沿。
图4探头开关置于×1时,示波器输入回路的等效电路
示波器输入等效电路
信号源等
效电路
图5探头开关置于×10时,示波器输入回路的等效电路
探头中的补偿电路R2、C2
当示波器探头置于×10时,输入回路的等效电路如图5。在稳态,示波器输入回路对输入信号衰减10倍。在模拟示波器中,就需要人对在屏幕上显示的波形的幅值×10倍,“×10”的说法由此而来。在数字示波器中沿用了这一说法,当在通道菜单中将探头设为×10后,屏幕上显示的波形和数据都已由示波器×10了。×10可大大改善方波的上升沿,试分析如下。设方波幅值为E,上升时刻为t=0。由克希霍夫电压定律可知,此时刻两个电容上的电压之和等于信号源电压,
(1)
由两个电容中储能之和为串联等效电容中的储能可知,
(2)
由(1)、(2)式可解出
(3)
当暂态结束时,vo为R1和R2对输入电压幅值的分压
(4)
由RC电路过渡过程三要素法可得电容C1上的电压变化的过程,即示波器输入回路向示波器内部电路输出的电压信号vo,
(5)
图6 探头×10过补偿、临界补偿、欠补偿时示波器的阶跃响应的波形示意图
t
V
o
0
C2偏大
C2偏小
R1C2=R2C1
其中,T为电路的时间常数。由(5)式可知,若,称此为临界补偿,则在时刻有,示波器输入回路向示波器内部电路输出信号的上升沿与信号源输出信号的上升沿完全一样,幅值衰减了10倍。若,则形成过补偿或欠补偿,如图6。实际中,由于每台仪器的输入回路不可能完全一样,所以需要通过调整C2使其达到临界补偿。又由于输入回路中还存在着分布参数,实际中可能得到的只能是近似的临界补偿。
用探头×10档,使示波器输入回路向
E
示波器内部电路输出的电压信号衰减了十
倍。示波器自身的噪声是一定的,所以使
用×10档,在改善输入信号上升沿的同
时,输入信号的信噪比降低了。对于幅值
较大的方波信号,上升沿的重要性大于幅
值的信噪比,所以,测量周期较短、幅值
较大的方波,探头应使用×10档。
对于频率小于6MHz的正弦波,由于
其上升速率慢于示波器探头×1档时输入
回路的上升速率,所以应使用×1。若使用
×10档将减小输入信号信噪比。对于正确测量正弦波小信号,示波器输入回