时基和采集存储器块48 显示屏DSP块 B示波器带宽教程 定义示波器带宽 模拟应用所需的带宽 数字应用所需的带宽 经验法则 步骤1:确定最快实际边沿速度 步骤2:计算 knee 54 步骤3:计算示波器带宽 示例 数字时钟测量比较55 索引 Ds01000示波器教育培训实验室指南和教程
6 DSO1000 示波器教育培训实验室指南和教程 时基和采集存储器块 48 显示屏 DSP 块 49 B 示波器带宽教程 定义示波器带宽 51 模拟应用所需的带宽 52 数字应用所需的带宽 53 经验法则 53 步骤 1：确定最快实际边沿速度 53 步骤 2：计算 fknee 54 步骤 3：计算示波器带宽 54 示例 54 数字时钟测量比较 55 索引
Ds01000教育培训资源 实验室指南和教程 入门 示波器探测8 熟悉前面板10 对于如今的模拟和数字电路来说,示波器是进行电压和定时测量的重要工具。当 您最终从电子工程学校毕业,进入电子行业工作后,您可能会发现在测试、验证 和调试设计方面,示波器这个测量工具的使用频率要比任何其他仪器都要高。即 使是在大学里面学习电子工程或物理专业期间,示波器这个测量工具也是在各个 电路实验中用来测试和验证实验作业及设计的最常用仪器。遗憾的是,许多学生 从来没有完全掌握如何使用示波器。他们的使用模式往往是随机旋转旋钮或按下 按钮,直到示波器显示屏上神奇地出现与他们希望的效果比较接近的图片。希望 在完成这一系列简短的实验后,您会对示波器有更加清楚的认识,并且能够更有 效地使用示波器。 那么,什么是示波器?示波器是一种电子测量仪器,能够以无干扰的方式监控输 入信号,随后将这些信号以简单的电压与时间格式在图形中显示出来。您的教授 在其学生时代使用的示波器类型可能是完全基于模拟技术的示波器。这些采用早 期技术的示波器通常称为模拟示波器,它们的带宽有限(在附录B中论述), 不执行任何种类的自动测量,并且要求输入信号是重复的(连续出现和重复输入 信号)。 您将在这一系列实验中使用的(可能还会在大学的其余学科中用到的)这类示波 器称为数字存储示波器,有时简称为DSO。今天的DSO可以捕获并显示重复信 号或单次信号,它们通常包括一系列自动测量和分析功能,使您可以比您的教授 在学生时代更快速、更准确地了解自己的设计和学生实验的特征。 如果您对了解示波器的工作原理感兴趣,请参考本文档的附录A。但是,快速了 解如何使用示波器以及示波器功能的最佳方法是首先了解示波器上的一些最重要 的控件,然后只需开始使用其中一个来测量一些基本的信号。 Agilent Technologies
s1 7 DSO1000 教育培训资源 实验室指南和教程 1 入门 示波器探测 8 熟悉前面板 10 对于如今的模拟和数字电路来说，示波器是进行电压和定时测量的重要工具。当 您最终从电子工程学校毕业，进入电子行业工作后，您可能会发现在测试、验证 和调试设计方面，示波器这个测量工具的使用频率要比任何其他仪器都要高。即 使是在大学里面学习电子工程或物理专业期间，示波器这个测量工具也是在各个 电路实验中用来测试和验证实验作业及设计的最常用仪器。遗憾的是，许多学生 从来没有完全掌握如何使用示波器。他们的使用模式往往是随机旋转旋钮或按下 按钮，直到示波器显示屏上神奇地出现与他们希望的效果比较接近的图片。希望 在完成这一系列简短的实验后，您会对示波器有更加清楚的认识，并且能够更有 效地使用示波器。 那么，什么是示波器？示波器是一种电子测量仪器，能够以无干扰的方式监控输 入信号，随后将这些信号以简单的电压与时间格式在图形中显示出来。您的教授 在其学生时代使用的示波器类型可能是完全基于模拟技术的示波器。这些采用早 期技术的示波器通常称为模拟示波器，它们的带宽有限 （在附录 B 中论述）， 不执行任何种类的自动测量，并且要求输入信号是重复的 （连续出现和重复输入 信号）。 您将在这一系列实验中使用的 （可能还会在大学的其余学科中用到的）这类示波 器称为数字存储示波器，有时简称为 DSO。今天的 DSO 可以捕获并显示重复信 号或单次信号，它们通常包括一系列自动测量和分析功能，使您可以比您的教授 在学生时代更快速、更准确地了解自己的设计和学生实验的特征。 如果您对了解示波器的工作原理感兴趣，请参考本文档的附录 A。但是，快速了 解如何使用示波器以及示波器功能的最佳方法是首先了解示波器上的一些最重要 的控件，然后只需开始使用其中一个来测量一些基本的信号
入门 C 图1 gilet1000系列示波器 示波器探测 执行示波器测量的第一项任务通常是将示波器探头连接到测试设备与示波器的输 入BNC之间。示波器探头在测试点提供相对较高的输入阻抗端子(高电阻,低 电容)。要将测量仪器与测试电路分开,高阻抗连接非常重要,因为我们不希望 示波器及其探头改变测试信号的特征。 有多种不同种类的示波器探头可用于特定类型的测量,但是您今天将使用的探头 是最常用的探头类型,称为10:1无源电压探头,如图2所示。“无源”仅表示此 类型的探头不包括任何“有源”组件,如晶体管和放大器。“10:1”表示此探头 将以10为因数衰减示波器输入中接收的输入信号。 图2无源10:1电压探头 Ds01000示波器教育培训实验室指南和教程
8 DSO1000 示波器教育培训实验室指南和教程 1 入门 示波器探测 执行示波器测量的第一项任务通常是将示波器探头连接到测试设备与示波器的输 入 BNC 之间。示波器探头在测试点提供相对较高的输入阻抗端子 （高电阻，低 电容）。要将测量仪器与测试电路分开，高阻抗连接非常重要，因为我们不希望 示波器及其探头改变测试信号的特征。 有多种不同种类的示波器探头可用于特定类型的测量，但是您今天将使用的探头 是最常用的探头类型，称为 10:1 无源电压探头，如图 2 所示。“无源”仅表示此 类型的探头不包括任何 “有源”组件，如晶体管和放大器。“10:1”表示此探头 将以 10 为因数衰减示波器输入中接收的输入信号。 图 1 Agilent 1000B 系列示波器 图 2 无源 10:1 电压探头
使用标准的10:1无源探头时,应在信号测试点与地面之间执行所有的示波器测 量。也就是说,您必须将探头的接地夹接地。使用此类探头无法测量电路中组件 的电压。如果需要测量未接地组件的电压,则在使用示波器的两条通道相对于地 面测量组件两端的信号时,可以使用示波器的减法数学函数,或者也可以使用特 殊的差分有源探头。另外还应注意,切勿使示波器成为被测电路的一部分 图3显示了使用示波器的默认1Mg输入选择(这是使用此类探头时必需的)连 接到示波器时的10:1无源探头的电子模型。请注意,许多带宽较高的示波器还 具有用户可选择的50Ω输入端子选择,这种选择通常用于有源探头端子和/或使 用50ΩBNC同轴电缆从50Ω电源直接输入信号时。 ProbeI Scope Ctip=15pF BNCBNC Probe Tip Output I Input Rtip=9Mn2 I R Ccable I 1M0 10-20pF Compensation 5-30pF90-110pF 图3连接到示波器的1MΩ输入阻抗的10:1无源探头的简化示意图 尽管无源探头和示波器的电子模型包括固有/寄生电容(非设计)以及特意设计 的补偿电容网络,但是现在让我们忽略这些电容元件,直接分析低频或直流电输 入条件下此探头/示波器系统的理想信号行为。 从探头/示波器电子模型中除去所有的电容组件后,只剩下与示波器的1Mg输入 阻抗串联的9MΩ探头尖端电阻。探头尖端的净输入电阻则为10MΩ。使用欧姆 定律,您会发现示波器输入处接收的电压电平将为探头尖端处电压电平的1/10 Vscope= Probe x( Ms/10 MQ))o 这意味着,使用10:1无源探头时,示波器测量系统的动态范围已扩展。也就是说 与使用1:1探头可测量的信号相比,您可以测量的信号幅度是其10倍。此外, 示波器测量系统(探头+示波器)的输入阻抗将从1Mg增加到10MΩ。这是好 事,因为较低的输入阻抗可以负载测试设备(DUT),但是可能会更改DUT内的实 际电压电平(这不是好事)。尽管净输入阻抗10Mg确实很大,但是您必须记住 费电阻老时刽运算故的电相能在示器王掂犊例组:的孩数02反 Ds01000示波器教育培训实验室指南和教程
入门 1 DSO1000 示波器教育培训实验室指南和教程 9 使用标准的 10:1 无源探头时，应在信号测试点与地面之间执行所有的示波器测 量。也就是说，您必须 将探头的接地夹接地。使用此类探头无法测量电路中组件 的电压。如果需要测量未接地组件的电压，则在使用示波器的两条通道相对于地 面测量组件两端的信号时，可以使用示波器的减法数学函数，或者也可以使用特 殊的差分有源探头。另外还应注意，切勿使示波器成为被测电路的一部分。 图 3 显示了使用示波器的默认 1MΩ 输入选择 （这是使用此类探头时必需的）连 接到示波器时的 10:1 无源探头的电子模型。请注意，许多带宽较高的示波器还 具有用户可选择的 50 Ω 输入端子选择，这种选择通常用于有源探头端子和/或使 用 50 Ω BNC 同轴电缆从 50 Ω 电源直接输入信号时。 尽管无源探头和示波器的电子模型包括固有/寄生电容 （非设计）以及特意设计 的补偿电容网络，但是现在让我们忽略这些电容元件，直接分析低频或直流电输 入条件下此探头/示波器系统的理想信号行为。 从探头/示波器电子模型中除去所有的电容组件后，只剩下与示波器的 1MΩ 输入 阻抗串联的 9MΩ 探头尖端电阻。探头尖端的净输入电阻则为 10 MΩ。使用欧姆 定律，您会发现示波器输入处接收的电压电平将为探头尖端处电压电平的 1/10 (Vscope = Vprobe x (1 MΩ/10 MΩ))。 这意味着，使用 10:1 无源探头时，示波器测量系统的动态范围已扩展。也就是说， 与使用 1:1 探头可测量的信号相比，您可以测量的信号幅度是其 10 倍。此外， 示波器测量系统 （探头 + 示波器）的输入阻抗将从 1MΩ 增加到 10 MΩ。这是好 事，因为较低的输入阻抗可以负载测试设备 (DUT)，但是可能会更改 DUT 内的实 际电压电平 （这不是好事）。尽管净输入阻抗 10 MΩ 确实很大，但是您必须记住， 必须要考虑到与探测设备的阻抗相关的这一负载阻抗量。例如，具有 100 MΩ 反 馈电阻器的简单运算放大器电路可能会在示波器上提供一些错误的读数。 图 3 连接到示波器的 1MΩ 输入阻抗的 10:1 无源探头的简化示意图
入门 尽管大多数较高性能的示波器可在连接到10:1探头后检测到示波器探头衰减因 数并自动将其设置为10:1,但是使用 Agilent1000系列示波器时,您必须手动输 入探头衰减因数(10:1)或按[ Default Setup]默认设置前面板键将衰减因数设置为 10:1。示波器知道探头衰减因数后(自动检测或手动输入),会提供所有垂直设 置的补偿读数,以将所有的电压测量引用到探头尖端的无衰减输入信号。例如, 如果您探测10Vpp信号,则在示波器输入处收到的信号实际上仅为1vpp 但是,由于示波器知道您使用的是10:1分压器探头,因此示波器在执行电压测 量时将报告看到了10Vpp信号 进行到实验#4(补偿您的10:1无源探头)时,我们将重温这种无源探头模型, 并介绍电容组件。探头/示波器电子模型中的这些元件将影响组合示波器和探测 系统的动态/交流电性能 熟悉前面板 首先我们来了解示波器上最重要的控件/旋钮。示波器顶部附近是“水平”控件 如图4所示。较大的旋钮用于设置水平刻度调整(秒/格)。此控件可设置所显示 波形的ⅹ轴刻度调整。一个水平“格”是每个垂直网格线之间的4time。如果 要查看更快的波形(频率更高的信号),通常是将水平刻度调整设置为更小的 sec/div值。如果要查看更慢的波形(频率更低的信号),通常是将水平刻度调 整设为更高的sec/div设置。“水平”部分较小的旋钮可用于设置波形的水平部 分。也就是说,使用此控件可以左右移动波形的水平位置。示波器的水平控件 (s/div和位置)通常称为示波器的主要“时基”控件。 Horizonta Push to 图4示波器水平(X轴)控件 示波器底部附近“垂直”部分(输入BNC的正上方)的控件/旋钮(请参考 图5)可用于设置示波器的垂直刻度调整。如果使用双通道示波器,则有两对垂直 刻度调整控件。如果使用4通道示波器,则有4对垂直刻度调整控件。“垂直” 部分每个输入通道的较大旋钮可用于设置垂直刻度调整系数(伏/格)。这是波形 的Y轴图形刻度调整。一个垂直“格”是每个水平网格线之间的Δtime。如果 要查看相对较大的信号(高峰峰值电压),通常是将 Volts/div设置设为相对高 的值。如果要査看较小的输入信号电平,则应将 Volts/div设置设为相对较低的 值。“垂直”部分每个通道的较小控件/旋钮是位置/偏移控件。您可以使用此旋 钮在屏幕上上下移动波形。 Ds01000示波器教育培训实验室指南和教程
10 DSO1000 示波器教育培训实验室指南和教程 1 入门 尽管大多数较高性能的示波器可在连接到 10:1 探头后检测到示波器探头衰减因 数并自动将其设置为 10:1，但是使用 Agilent 1000 系列示波器时，您必须手动输 入探头衰减因数 (10:1) 或按 [Default Setup] 默认设置前面板键将衰减因数设置为 10:1。示波器知道探头衰减因数后 （自动检测或手动输入），会提供所有垂直设 置的补偿读数，以将所有的电压测量引用到探头尖端的无衰减输入信号。例如， 如果您探测 10 Vpp 信号，则在示波器输入处收到的信号实际上仅为 1 Vpp。 但是，由于示波器知道您使用的是 10:1 分压器探头，因此示波器在执行电压测 量时将报告看到了 10 Vpp 信号。 进行到实验 #4 （补偿您的 10:1 无源探头）时，我们将重温这种无源探头模型， 并介绍电容组件。探头/示波器电子模型中的这些元件将影响组合示波器和探测 系统的动态/交流电性能。 熟悉前面板 首先我们来了解示波器上最重要的控件/旋钮。示波器顶部附近是 “水平”控件， 如图 4 所示。较大的旋钮用于设置水平刻度调整 （秒/格）。此控件可设置所显示 波形的 X 轴刻度调整。一个水平 “格”是每个垂直网格线之间的 Δ-time。如果 要查看更快的波形 （频率更高的信号），通常是将水平刻度调整设置为更小的 sec/div 值。如果要查看更慢的波形 （频率更低的信号），通常是将水平刻度调 整设为更高的 sec/div 设置。“水平”部分较小的旋钮可用于设置波形的水平部 分。也就是说，使用此控件可以左右移动波形的水平位置。示波器的水平控件 （s/div 和位置）通常称为示波器的主要 “时基”控件。 示波器底部附近 “垂直”部分 （输入 BNC 的正上方）的控件/旋钮 （请参考 图 5）可用于设置示波器的垂直刻度调整。如果使用双通道示波器，则有两对垂直 刻度调整控件。如果使用 4 通道示波器，则有 4 对垂直刻度调整控件。“垂直” 部分每个输入通道的较大旋钮可用于设置垂直刻度调整系数 （伏/格）。这是波形 的 Y 轴图形刻度调整。一个垂直 “格”是每个水平网格线之间的 Δ-time。如果 要查看相对较大的信号 （高峰峰值电压），通常是将 Volts/div 设置设为相对高 的值。如果要查看较小的输入信号电平，则应将 Volts/div 设置设为相对较低的 值。“垂直”部分每个通道的较小控件/旋钮是位置/偏移控件。您可以使用此旋 钮在屏幕上上下移动波形。 图 4 示波器水平 （X 轴）控件