1虚拟示波器的基本原理1示波器的基本原理示波器是利用电子射线的偏转来复现电信号瞬时值图像常成为时间波形的一种仪器。它能快速的把肉眼不能直接看见的电信号的时变规律以可见的形式形象的显示出来。目前示波器在信号测试、信号比较、逻辑分析等领域得到了广泛应用。1.1示波器波形显示原理在示波器的荧光屏上显示电压波形的原理如下被测电压是时间的函数在直角坐标系统中可以用uxft的曲线表示。示波器的两副偏转板使电子束在两个互相垂直的方向偏转这两个方向可以看成是坐标轴。因此要在管子的荧光屏上显示被测电压的波形就必须使射线沿水平方向的偏转同时间成正比而在垂直方向同被测电压成正比每一瞬间。所以锯齿波电压加到水平偏转板上它迫使射线以恒定的速度从左向右沿水平方向偏转。并且很快的返回到起始位置。射线沿水平轴经过的距离跟时间成正比。被测电压加到垂直偏转板上因而每一瞬间射线的位置单值的对应于这一瞬间被测信号的值。在锯齿波电压作用期间射线就绘出了被测信号的曲线如图2.l图1示波器波形显示原理以上图形是锯齿波的重复周期等于输入信号周期整数倍的情况一倍荧光屏上显示出的信号图形是稳定不动的。如果不是整数倍则每次出现的信号波形2就不会重合图形将不断移动不利于观测。为了保证锯齿波的周期等于输入信号的整数倍示波器必须具有同步或触发电路。1.2示波器的触发原理我们经常听到示波器的触发方式有电平触发和边沿触发等但是到底什么是触发呢它在示波器中有什么用呢为了使扫描信号与被测信号同步我们可以设定一些条件将被测信号不断地与这些条件相比较只有当被测信号满足这些条件时才启动扫描从而使得扫描的频率与被测信号相同或存在整数倍的关系也就是同步。这种技术我们就称为“触发”而这些条件我们称其为“触发条件”。触发的目的简单来说就是为了每次显示的时候都在波形的同一位置开始波形可以稳定显示.一般模拟示波器有边沿触发、视频触发和市电触发而在数字示波器上有了更多的触发条件被称为高级触发如逻辑触发毛刺触发和脉宽触发等。①edgetrigger边沿触发可设触发电平上升沿或下降沿。边沿触发也称为基本触发。②advancedtrigger即高级触发里面含概各种不同的触发功能可以根据被测信号的特征设置相应的触发条件定位感兴趣的波形。高级触发是电路调试的关键。在电路调试过程中如果事先不了解被测信号可能的问题配合不同的高级触发功能来进行故障的细节定位这样可以缩短您的调试周期。1.3通用示波器的组成部分现代示波器主要由主机、Y轴系统、X轴系统三个部分组成。被测信号①接到“Y”输入端经Y轴衰减器适当衰减后送至Y1放大器前置放大推挽输出信号②和③。经延迟级延迟r1时间到Y2放大器。放大后产生足够大的信号④和⑤加到示波管的Y轴偏转板上。为了在屏幕上显示出完整的稳定波形将Y轴的被测信号③引入x轴系统的触发电路在引入信号的正或者负极性的某一电平值产生触发脉冲⑥启动锯齿波扫描电路时基发生器产生扫描电压⑦。由于从触发到启动扫描有一时间延迟r2为保证Y轴信号到达荧光屏之前x轴开始扫描Y轴的延迟时间r1应稍大于x轴的延迟时间r2。扫描电压⑦经x轴放大器放大产生推挽输出⑨和⑩加到示波管的x轴偏转板上。z轴系统用于放大扫描电压正程并且变成正向矩形波送到示波管栅极。这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度而在扫描回程进行抹迹。其简化方框图如图2所示。3图2示波器的简化方框图2数字示波器的基本原理数字示波器用A/D变换器把模拟波形转换成数字信号然后存储在半导体存储器RAM中需要时将RAM中存储内容调出通过相应的D/A变换器再恢复为模拟量显示在示波管屏幕上。在这种示波器中信号处理功能和信号显示功能是分开的。其性能包括速度和精度完全取决于进行信号处理的A/D、D/A变换器和半导体存储器。2.1数字示波器基本原理在数字示波器中把输入的被测模拟信号先送至A/D变换器进行取样、量化和编码成为数字“1”“0”码存储到RAM中这个过程称为存储器的“写过程”。然后再将这些“1”、“0”码从RAM中依次取出按顺序排列起来经D/A转换使其包络重现输入模拟信号这就是“读过程”。在数字存储示波器中采用适时取样方式可观测单次信号采用顺序取样或随机取样方式可观测重复信号。理论分析指出为了正确的观测信号波形只有恰当的选择取样频率才能用所得的样值脉冲序列恢复出原信号波形。取样频率过低会产生频谱重叠效应造成波形失真使示波器测量结果出现明显误差。取样定理证明对于一个最高频率为f0的信号当取样频率fs≥2f0时其取样后所得的脉冲系列将包括原信号的全部信息。Fs称为奈奎斯特频率。当取样频率fs等于输入信号频率f0时显示波形的频率信息还能保留但是幅度信息将大量损失。通过计算可以得出当一个周期中取样点数N为4时即取样频率fs4f0时失真波形的最大值是波形幅值的0.707故数字示波器的等效带宽