course:platform:801:dso

数字示波器的使用


:!:请同学们自带U盘,以便保存数据及波形图片。

  • 实验室位于恒隆物理楼二楼西侧 225-231室

数字存储示波器(SDS1102CML)、数字合成信号发生器(SG1005S)、同轴电缆(BNC)。


数字示波器前面板

  • 目标:
    1. 构建知识:模拟信号(电压、电流)、数字信号(二进制代码)、信号的基本特征(幅度、频率、周期)、触发;
    2. 实验设计:使用示波器观测常见信号,学习并掌握示波器对波形的基本操作(放大、衰减、扫描、触发、AC/DC耦合、频率/电压测量);
    3. 物理建模:连续变化的模拟信号通过采集卡转换为带有时间信息的二进制数字信号;
    4. 实验技巧(仪器):数字示波器、数字函数信号发生器
    5. 实验技巧:能熟练使用数字示波器测量未知常见信号的频率和幅度(包括信号中的偏置成分)。
  • 数字存储示波器(DSO)信号处理过程模块化示意图。

数字示波器工作原理框图

  • 实验内容
  1. 自动监测——“AUTO”;
  2. 利用屏幕刻度进行测量;
  3. 自动测量——“MEASURE”
  4. 光标测量——“CURSORS”;
  5. 李萨如图形的观测;
  6. 交直流混合信号的测量;
  7. 图像和数据的保存;(选做)
  8. 信号的衰减;(选做)
  9. 周围空间的电磁信号测量(选做)。

实验原理拓展

  • 请同学在预习时完成《‘数字示波器的使用’实验报告》中“预习作业、实验目的及实验原理”的填写。
  • 建议同学选读参考资料区的内容,充分了解数字示波器的工作原理。
  1. SDS1000L系列数字存储示波器快速指南.sds1000l快速指南
  2. 泰克:示波器基础及基本功能介绍.泰克培训教材泰克示波器基础操作培训ppt版本
  3. 安捷伦:DSO1000示波器教育培训资源.Aglient培训教材
  4. 力科:示波器基础示波器基础
  5. 孙灯亮,数字示波器原理和应用[M],上海交通大学出版社.
  6. 对“触发”有疑问的同学建议参阅这篇文献示波器触发原理和应用

讨论区

老师你好,我想问一下示波器显示屏横向一共有多少格呢?如果对着屏幕数只能看到15格,但本学期报告批改后我得到的答案是18格,是不是可以理解为,有三格被右边的菜单挡住了呢? — 黄世涵 2018/01/03 15:08
可以点击“menu off”去掉屏幕上右侧的菜单栏。
老师您好,请问实验报告中的实验内容部分是在做实验时写还是预习时写?
预习时需要阅读该部分内容,进到实验室完成数据的测量。 — 原媛 2017/03/15 13:12
老师您好,在实验过程中进行调节水平位移或垂直位移等图像位置的操作时会产生测量数据临时波动的情况,有时甚至晃动导线都能使视数发生瞬时的波动,请问这是什么原因呢?是不是校正运算有时间上的延迟? — 杨宸 2017/03/15 20:16
你尝试在“Stop”时进行这些操作的观测,看下是否还有这些现象;在“Run”状态下运行时,数据是要不断刷新的,“调节”和“显示”之间会有很短时间的延迟。 — 原媛 2017/03/16 09:45
老师您好,直流耦合既然均有直流和交流,那为什么和交流耦合的峰峰值并不一样?
你指出的“不一样”,能给出具体的数值吗?因为,即便耦合方式不变,也会有其它原因导致峰峰值不同,最为直接的就是不同的电压档位,放大倍率不同,测量的精度也会有差异。 — 原媛 2016/10/17 16:10
老师您好,请问周围环境中的信号是否会对示波器的测量结果造成影响?还有,示波器本身自带的信号是否会影响外来的信号?
会有影响,相对误差取决于待测信号的幅度大小,比如这个现象在测量40dB衰减信号的时候就表现的尤为明显。独立的信号,不会干扰到待测信号。 — 原媛 2016/10/28 13:51
老师您好,想问下为什么用信号发生器产生一个固定峰峰值的信号后,示波器测量显示的峰峰值与输入的设定有偏差,是和环境以及内部电路结构有关么
很好的问题。前一位同学的问题中讨论了测量结果本身,因为测量量(和所用方法)的不同,实验者会得到“不一致”的结果。另一方面,每一台仪器给出的结果都是在按照其“自身的标准”来输出的;这个“自身的标准”就可能存在误差。你说的就是一种情形。在测量示波器本身的校准信号时,输出和测量使用相同的参考标准(示波器内部的基准电压,可理解为我们平常使用的尺子)相同,我们看到测量结果与设定值差别较小。但对信号发生器输出的信号,示波器与信号发生器参考各自的内部基准,会出现测量值与设定值之间的不一致,这种偏差属于系统误差。因此,我们做各种测量时(特别是那些精确测量),在使用仪器前,我们需要对所用设备进行规范的定标。当然,测量过程中涉及连接导线其实也会对结果带来影响,但影响较小,且作用是随机的。 — 乐永康 2016/04/01 10:11
老师您好,在做“5、数字示波器的自动测量功能”时,为什么 周期平均值Vmean 与 平均值Mean 相差较大? —卢力韬 2016/3/15 21:30
两个计算结果所使用的样本数是不一样的,前者是一个周期,后者是一次采样。后者的样本数远大于前者。 — 原媛 2016/03/23 14:19
老师您好,在调节“触发电平”旋钮时,为什么当标志线超过峰位电压和低于谷位电压时,原本静态的图像变为动态的了?还有在调整电压档位时,发现当电压档位过小时,原本方波信号的水平段变倾斜了,这是为什么?——王泽铭 2016/3/17 18:43
波形不能稳定显示在波形(动态),本质上的原因是无法稳定触发。而触发设置选项里的触发电平(Level)超出信号的电压范围时,则无法确定屏幕上的时间零点,即不同步。建议查看参考资料区的相关文献。关于后一个现象,是示波器输入端电容充放电的结果,有兴趣可以设计实验尝试测量该电容的大概量级。 — 原媛 2016/03/23 14:19
老师您好,想问一下峰峰值和幅值有什么不一样?幅值是指的有效电压的最大最小值之差吗?
示波器实验报告册上有明确给出两者的差异,见图:。 — 原媛 2016/04/22 09:26
我利用示波器进行了多组李萨如图的测绘实验,发现:① 两正弦波的频率最简比有偶数时,如2:1、3:2、3:4时,得到的李萨如图与理论(网上找到的结果图、上学期力学上课时拓展讲到的李萨如图)都多少有些不同(具体实验结果已随实验报告上交),我猜测可能是因为偶倍数关系导致李萨如图形成过程中有一定的周期性,使图像有多种情形,不知我的猜测是否有道理?② 发现交换两列波的频率、再改变它们的相位差,结果不完全相同。如2:1和1:2、3:2和2:3时得到的图在交换X-Y轴后图像不能重合,只有1:3和3:1时得到的图在交换X-Y轴后图像可以重合。初步判断也和最简比的奇偶数有关,但暂时没能想到合理的解释。 ③当两波频率相同、相位差不是π/2的倍数时得到的图像为斜椭圆,但将数据放进Origin里后只能描出数据点,找不到拟合椭圆的函数,自定义函数似乎也不支持参数方程,不知是否有办法利用Origin得到椭圆的拟合方程和各项参数? — 胡琼 2016/05/01 15:00
同学你的问题都很具体,且多为现象描述,请你下周二开放时间带着你的实验报告到801实验室,我们一起分析下。 — 原媛 2016/05/04 15:56
真不巧我下周和下下周的这个时间都有形势与政策课,最快也要等到5月24日了。 — 胡琼 2016/05/05 23:04
当两正弦波的相位差不同时,李萨如图形是会有差异的,图形的最大高度和最大宽度保持不变,但是图形会显得有些扭曲变形,比较明显的是图线的曲率有差异,所以与课本里的理论上的图形是会存在差异的,很可能你忽略了相位差的问题。其次,如果只是简单地交换X-Y轴的信号,而图形重合,那么这两路信号合成的李萨如图形应该是关于y=x对称的。另外,我发现满足最简比为有理数比的时候,李萨如图形不一定是闭合的,只能说图形具有稳定性,点在这个图形上做周期的往复运动也是可以的,比如sin(t)和sin(2t+pi/2)。希望我的补充有帮助。 —戴植锐 2016/05/26 19:22
很抱歉过了这么久才看见。我注意到了相位的影响,即使是相位差等都完全相同,实验得到的图形仍和理论不符,而且不是曲率不同,整个图形形状等都不同,但自身保持了一定对称性。我发现图形不闭合一般出现在:两波最简比有偶数、相位差为π/4的整数倍时,或最简比无偶数、相位差为π的整数倍时。这应该都能用对称性进行解释。 — 胡琼 2016/06/21 17:45
老师您好,我在做实验的时候发现当输入波形为方波的时候,调节伏/格旋钮到大约200mV的时候方波低电平段开始向右上方倾斜,而且继续调低之后斜率会明显加大,而且整个图像会向右侧移动,另外调节时间旋钮方波直角处也会发现有变得光滑的现象。请问这两个现象是否可以理解是因为波在发生的时候函数本身就是由光滑的函数近似得来的?另外,请问在数格子数的时候你可不可以把图像调节到平均值恰好和下底重合,峰值恰好和顶端重合来读出数据?这样理论上应该会比上下底边分别和峰谷重合要精确吧?谢谢老师!——徐成哲 2016/5/9 17:55
你描述的第一个现象属于电容器的充放电现象,可以到实验室去做下RC电路的瞬态实验;波形发生移动是因为无稳定触发,即没有找到指定的触发点;方波直角变圆滑可以结合计算机实测的FFT运算考虑下,方波其实是由很多正弦波叠加而成,可以用水平方向的局部放大功能观测。 关于你的最后一个问题,你需要考虑当波形失真时(竖直方向只有一半显示)示波器所示平均值是否还是准确的?— 原媛 2016/05/11 14:22
老师您好,当我把触发电平恰好调到正弦波的最大值位置处时,波形图像会发生剧烈的偏移(左右跳动),这是为什么? — 张晋瑞 2016/05/10 21:09
波形不能稳定显示在波形(动态),本质上的原因是无法稳定触发。而触发设置选项里的触发电平(Level)超出信号的电压范围时,则无法确定屏幕上的时间零点,即不同步。建议查看参考资料区的相关文献。关于后一个现象,是示波器输入端电容充放电的结果,有兴趣可以设计实验尝试测量该电容的大概量级。 — 原媛 2016/03/23 14:19
老师您好,按照原理应该是当标志线超过峰位电压或者低于谷位电压时图像才会变成动态的,但是在实验中发现并不是这样的,在标志线很接近峰值电压或者谷位电压的时候(并没有高于峰值电压或者低于谷值电压)图像就已经开始变成动态的了。有哪些原因会造成这种现象啊? — 刘芯见 2016/05/14 11:36
一个要考虑的是电压值的微小涨落;另一个要考虑所对应放大状态(电压档位、时基档位)的最小分度值。 — 原媛 2016/05/17 13:15
老师您好,请问从示波器拷贝下来的数据在电脑上如何处理成图像?
可用EXCEL或Origin或其它软件利用保存的原始数据绘制图像。 — 原媛 2015/04/01 15:46
老师您好,我想知道示波器的触发状态在非Scan状态下,显示器上显示的是静止的画面吗?怎么理解屏幕上信号左右移动这种情况? —朱星宇 2015/3/22 15:18
信号左右移动的原因是触发未同步,你可以在“触发”菜单中调节相应的选项。详见实验原理拓展部分解释。
老师您好,在周一实验中由于仪器出了一些小问题以及操作较慢导致选做没有做,今天我又去了801做了选做部分的实验。但是昨天袁翔老师在我必做部分后面签了字,而昨天完成了选做部分的同学的签字在选做部分的最后。请问老师需不需要证明选做是自己后来又做的呢?该怎么证明? —刘通
做选做时实验室指导老师的签字有吗?有的话,这些选做的数据结果就是被认可的。 — 原媛 2015/03/26 13:07
没有签字,但是指导老师在数据上有批改,有疑问的地方打了问号。
老师您好,补充讲义的第8页注5),这个“最小相对不确定度”的求法我不是很清楚? —任予琛
最小相对不确定度是指:不确定度取最小值,而测量值取最大值时求得的结果。 — 乐永康 2015/03/28 22:12
老师好,我在做交直流混合信号的测量中观察到,在坐标轴不变的情况下,直流波形会偏上一点,交流波形则偏下,但这与直流耦合和交流耦合有什么直接联系吗? —王庶
现象观测的很细致。交直流耦合状态下触发电平没有改变。如图所示,当触发电平保持1.52V不变,直流耦合换交流耦合时,信号波形除了向下平移,还必须有向左的移动才能使得t=0时刻波形上点的电压值为1.52V.

原媛 2015/04/14 11:21

老师你好,在交直流混合信号测量中交流耦合的平均值理论上应该为0,但我测出的是160.0mV,为什么?
与你所选用的电压档位有很大的关系,可尝试不同档位,比较其测量结果。 — 原媛 2015/11/11 09:37

数字示波器应用练习

  • course/platform/801/dso.txt
  • 最后更改: 2018/09/30 14:26
  • (外部编辑)