高速数字设计实验报告——用示波器观察方波信号波形姓名：班级：学号：院系：电话：一、实验目的1、熟悉数字示波器、信号发生器、万用表等的使用方法。2、设计方波信号并用数字示波器观察波形。3、了解高频信号测量过程中测量仪器、测量方法对其测量结果的影响；4、学会分析测量误差产生的原因，理解造成信号反射的原因，以及解决的办法。二、实验设备及仪器信号发生器：型号AFG-3951；数字示波器：型号GWINSTEKGDS-3254；带宽：250MHz；采样频率：5GS/s；探头：型号GTP-251R；带宽250MHz；三、实验内容分别在频率为1M、10M、30M、60M产生一个方波信号，并在如下四种情况观察其波形：1、电线夹不连接，面板与被测电路共地；2、电线夹接电路板地；3、地线夹绕后接电路板地；4、地线夹就近接地。四、实验步骤1、打开示波器电源，用导线将示波器机壳的地接到电源地上，接通信号发生器2、由信号发生器分别产生占空比为1：1的1M信号、10M信号、30M信号，60M信号。3、依次调整示波器扫描时间、频率、范围，X轴、Y轴左右移动位置，使显示屏显示出一条清晰的线；然后选择所要测的信号，将探头测试线接在示波器的CH1通道上，用不同方法接通信号发生器，即可在示波器上观察到波形。如果波形幅度太大或太小，可调整电压量程旋钮；如果波形周期显示不适合，可调整扫描速度旋钮。五、实验结果1、用有FPGA的实验电路板，输出1MHz的波形，地线分别采用以下的接法，示波器显示的波形如下：（1）地线使用示波器公共地线：（2）直接使用探头地线夹：（3）探头地线缠绕在探头上：（4）使用刀片引出探头端地线就近接地：2、用有FPGA的实验电路板，输出10MHz的波形，地线分别采用以下的接法，示波器显示的波形如下：（1）地线使用示波器公共地线：（2）直接使用探头地线夹：（3）探头地线缠绕在探头上：（4）使用刀片引出探头端地线就近接地：3、输出30MHz的波形，地线分别采用以下的接法，示波器显示的波形如下：（1）地线使用示波器公共地线：（2）直接使用探头地线夹：（3）探头地线缠绕在探头上：（4）使用刀片引出探头端地线：4、输出60MHz的波形，地线分别采用以下的接法，示波器显示的波形如下：地线使用示波器公共地线：直接使用探头地线夹：探头地线缠绕在探头上：（4）使用刀片引出探头端地线：六、实验分析从上面每种情况的四个图中可以看出四种测量方法对信号测量的精度越来越高：1、当用探头测电路不用地线夹时观察到的波形很差，是因为探头的输入端有电容和电阻，对被测电路实际的输入有响应，致使被测电路的信号发生变化。2、用地线夹时，观察到的信号较好是因为探头接地环路的自感使流入探头的电流缓慢，降低了探头的高频特性，但效果不明显；3、将地线夹的线绕在探头时，接地环路面积减小进一步降低了探头的高频特性，但没有太大改进；4、用刀片就近接地时，探头环路面积很小，观察到的信号比较清晰七、实验结论1、示波器外壳的地一定要与地相连，否则示波器与所测电路形不成回路，在悬浮状态下，示波器与其他设备或大地间的电位差可能导致触电或损坏示波器、探头或其他设备。2、探头对示波器的测量至关重要，所以要求探头对探测的电路影响必须达到最小，并对测量值能够保持足够的信号保真度。如果探头以任何方式改变信号或改变电路运行方式，示波器会看到实际信号的失真结果，进而可能导致错误的测量结果，或者误导性的测量结果。3、当探头与被测电路连接测量脉冲信号和高频信号时，探头的接地端务必与被测电路的地线相联，而且要尽量使探头的接地导线与被测点的位置邻近，否则接地导线过长，可能会引起振铃或过冲等波形失真。