实验题目：泰克TDS1002数字示波器的使用报告

姓 名：冉 杰 文        学 号： 2012213624

一.实验目的

1.了解示波器的基本结构和工作原理，巩固在理论上学习的示波器的知识。

2.熟悉示波器的面板及每个按钮的功能和作用，熟练运用示波器。

3.学会使用数字示波器测量各种电压信号波形，熟练读取示数。

二.实验准备

实验前对泰克TDS1002数字储存示波器进行了了解。TDSl002 型数字式存储示波器是—一种小巧、轻便、便携式的可以进行以接地电平为 参考点测量的双踪示波器。主要性能有：60MHz 的可选带宽。 每个通道都具有 lGS／ s 取样率和 2500D 点记录长度。 光标具有读出功能。 五项自动测量功能。 带温度补偿和可更换高分辨率和高对比度的液晶显示。 设置和波形的存储／调出： 提供快速设置的自动设定功能； 波形的平均值和峰值检测： 数字是存储示波器： 双时基： 视频触发功能： 不同的持续显示时间； 具有 RS-232、 GPlB 和 Centronics 通信端口 (增装扩展模块) 配备十种语言的用户接口，由用户自选。

此数字示波器和模拟示波器的主要区别有：(1)模拟示波器运用传统电路技术在阴极射线管上显示波形， 显示的时间是短暂的， 当输入信号消失时，显示的波形也消失，因此只能对周期性的重复信号进行测量，且 显示的波形会暗淡、闪烁，不能显示波形的重要细节。数字示波器是把模拟信号经 A ／ D)转换、数据处理后再进行存储和显示，可以保持波形显示。(2)数字示波器的时间基线由晶体振荡器控制，其线性度和精度比模拟示波器好(振 荡器频率精度可达 0.005％ )。(3)模拟示波器的垂直位置没有分度，通过输入端接地置定零伏的位置；数字示波 器的垂直位置有分度，能在屏幕上显示地电位的位置。(4)模拟示波器两波道通过电子开关，采用切换和交替的方式来同时显示两个波道 的波形。交替方式的潜在问题是两个波形进行定时测量时，是在两个 不同的时间点上进行的，需要测量两个信号的时间与相位。而数字示波器不存在这个 问题，可以进行精确的定时测量。

三.实验步骤

1.面板介绍

按功能可分为显示区、垂直控制区、水平控制区、 触发区、功能区五个部分。另有 5 个菜单按钮， 3 个输入连接端口。下面将分别介绍各 部分的控制钮以及屏幕上显示的信息。

1.1、垂直系统

  1.1.1、CH1和CH2菜单

为通道的操作菜单分上下两页，七种选择：

    a、耦合：交流、直流、接地、左下角相应标志为　∽　或　····　或 ╧。

     交流：屏幕显示无直流分量的波形，如观察直流电源上的纹波

直流：屏幕显示含直流分量的波形，因此可测量波形的直流电平,被测信

号的直流分量和交流分量均被通过。

     接地：断开输入信号

 b、带宽：打开时，带宽在20MHz，在观察频率较低信号时，可抑制掉高频噪音，使波形清晰稳定。关闭时被测信号的高频分量可以通过打开时示波器带宽在20MHz，因此大于20MHz的高频分量将被隔离。带宽标记：左下角‘B’显示时表示带宽被打开。

c、探头：1X、10X、100X、1000X，根据探极衰减因数选取，以保证Y灵敏度的正确性。探头衰减系数的改变，相对的垂直档位的标记也相应更改，如1:1时垂直档位为1V，则10:1时垂直档位为10V。

d、反相：打开时波形反向，关闭时波形正常显示。波形反相：相对地电位翻转180°

1.1.2、数字运算功能

数字运算可以实现两通道的加、减、乘、除以及FFT快速付立叶变换运算。

a、操作：分A+B、A-B、A×B、A÷B、FFT。A、B分别为两个信号源，由菜单键选择。

b、反相，数字运算波形可反相显示。

运算波形的幅度可通过垂直VOLTS/DIV档级进行调整，幅度以百分比的形式显示，从0.1%至1000%以1-2-5进制分档。

FFT频谱分析：使用快速付立叶变换可以将时域信号转换成频谱信号，因此可研究信号中的谐波分量，失真、噪声，可应用于分析振动、滤波器及系统的脉冲响应。

显示全屏：全屏显示FFT波形；分屏：半屏显示FFT波形。

垂直刻度：VRMS：以VRMS为垂直刻度单位。

        dBVRMS：以dBVRMS为垂直刻度单位。

1.1.3、垂直POSITION

调节波形在垂直方向的位置。标记在屏幕左下方，调节时自动显示，数秒后消失。如POS：-1.20v，屏幕中心为0。

1.1.4、垂直VOLTS/DIV

为档位调节旋钮，在1×时为2mV/DIV—5V/div，1-2-5分档。档级标记显示在框格外的左下方，如CH1~500mV。彩色液晶屏以不同的颜色表示不同通道和MATH、REF等波形。

1.2、水平系统

1、POSITION：可调节水平位置，也就是触发点在内存的相对位置；也可调节触发释抑时间（触发电路重新启动的时间间隔）。屏幕水平方向中点是波形时间参数点。

 2、SEC/DIV：扫描速度调节，从50S/DIV~2nS/DIV（150Hz带宽）。

3、MENU水平菜单，如图2－10所示。

a、延迟扫描：为了观看各图象的某细节部位，延迟扫描的时基快于主时基，故能拉开波形细节。由POSITION和SEC/DIV旋钮来选择延迟扫描的水平位 置和大小。由于延迟扫描模式下，屏幕分上下两部分，相应波形幅度小了一半，故垂直档级也相应改变，如原垂直档级为1V/DIV在延迟扫描打开变成2V/DIV。

 b、触发位移:调整触发位置在内存中的水平位置，由POSITION调节时间值在屏幕左下方显示如T→200.0000ns，按触发位移复位键可复位至T→0.000000s中心位置。

 c、触发释抑: 为了观察一些重复的组合波形，保证每次触发取样点一致，由触发释抑功能调整间隔时间，使观察波形同步稳定，释抑时间范围为100ns—1.5s，按触发释抑复位，使释抑时间复位到100ns.释抑时间标记在屏幕左下方，如Holdoff：2ms

d、X—Y方式:X—Y方式时，CH1为水平轴电压，CH2为垂直轴电压，采样速率可调，缺省采样率为1Ms/s，一般来说采样率适当降低可获得较好李沙育图形。

1.3触发系统

  触发是示波器采集和显示波形的定位点，在模拟示波器中只能显示触发点（满足触发条件）以后的波形，数字示波器开始波形数据采集后一旦触发条件满足的触发点出现时，继续采集足够数据，因此在数字示波器中采集的数据包括触发点前后的数据，触发前的数据显示在触发点的左方，触发后的数据显示在触发点的右方，因此它可以观察触发前的信号，例如研究器件损坏前工作状态或继电器触点的波形都十分方便。

  1、LEVEL触发电平，调节触发点对应的信号电压。

  2、50%设置触发电平为被测信号幅值中点。

  3、FORCE强制产生一个触发信号。

  4、MENU触发菜单，触发方式分边沿，视频及脉宽触发。

a、边沿触发：利用输入沿（上升沿或下降沿）的某一电平为触发条件的触发。*边沿触发可对信号源进行选择，分别可选择CH1、CH2，EXT（外触发输入）、EXT/5（外触发输入信号衰减5倍）、EXT（50~）（外触发输入其输入阻抗设置为50Ω），市电（市电频率信号）作为触发源。在外触发时，触发信号从面板的EXT TRIC输入端输入。*可对信号源的上升沿、下降沿进行选择。 *触发工作方式分三种：自动：在没有检测到触发条件下，也能采集波形。 普通：只有满足触发条件时才能采集波形。单次：一次触发，采样一个波形，然后停止。*耦合：触发源信号与触发信号形成电路之间的耦合方式有四种：直流：允许信号所有频率分量通过。交流：阻止直流分量和低于5Hz以下的信号分量通过。低频抑制：只允许信号的高频分量通过，衰减8KHz以下的信号。高频抑制：只允许信号的低频分量通过，衰减150KHz以上的信号。

  b、视频触发（如图2－13所示）：选择视频触发可以在不同电视制式（PAL、NTSC、SECAM）的标准视频信号进行选场，选行的触发。*视频触发也可对信号源进行选择，可选CH1、CH2、EXT、EXT/5及EXT（50Ω）作为触发源。

*可对不同视频信号的极性进行选择。  适用黑色电平为低的视频信号，适用于黑色电平为高的视频信号。*有不同的同步方式，选场、选行方式。奇数场：在奇数场上触发同步。偶数场：在偶数场上触发同步。所有行：行同步脉冲触发。指定行：指定的行同步脉冲触发，由触发电平旋钮进行选择指定行。                          

  c、脉宽触发。脉宽触发是由被测脉冲宽度来确定触发条件，这功能在观察某些特殊脉冲群十分有用。*脉宽触发信号源可以选择其中之一：CH1、CH2、EXT、EXT/5、EXT（50Ω）。 *脉冲条件，设置触发脉冲的条件。

         指正脉冲，并宽度小于脉冲宽度设置值

　 指正脉冲，并宽度大于脉冲宽度设置值

 指正脉冲，并宽度等于脉冲宽度设置值

　　 指负脉冲，并宽度小于脉冲宽度设置值

  指负脉冲，并宽度大于脉冲宽度设置值

  指负脉冲，并宽度等于脉冲宽度设置值

*脉宽设置

设置脉冲宽度:按相应菜单键，符号颜色反转，此时可旋转水平POSITION，改变脉冲宽度值，脉宽宽度调节范围为20ns—1.5s。  *触发方式为自动、普通、单次三种，功能同边沿触发。*耦合方式为直流、交流、高频抑制、低频抑制，功能同边沿触发。

1.4、采样系统

（ACQUIRE）采样系统在MENU区域内，按ACQUIRE键即进入采样系统。采样的获取方式有：

 普通：快速触发采样，按相等的时间间隔对信号采样，建立波形。

 平均：平均采样方式，用多次采样的平均值显示信号，消除随机噪声，在生物研究时可获取淹没在随机噪声中的有规律的生物电信号。

 模拟：模拟显示方式，用亮度表示采集数据出现的概率，数据出现的概率越大，就越亮。

 峰值检测：通过采集在采样周期内的最大值和最小值，以检测信号的包络或其中的窄脉冲，此取样方式可以避免信号的混淆，但显示的噪声比较大。

采样系统的几点说明：

*滚动模式：观察低频信号使用滚动模式，当扫描速度在50ms/DIV及以下时，触发方式在自动时，仪器工作于滚动模式，波形自左向右滚动显示更新值，此时水平移位和触发控制不起作用，因为是观察低频信号所以通道耦合应在“直流”状态。

 *模拟方式工作时，亮度选中后由水平POSITION调节，范围为1%-100%，最低扫速档级为20ms/DIV。

*混淆抑制：如果示波器对信号取样不够快时，从而无法建立精确的波形，就会产生假波，示波器取样速率在理论上能重现波形的最高频率，就是奈奎斯特频率。混淆抑制打开时可判别信号的最大频率，并以2倍的最大取样速率采集信号，避免假波现象出现。

*实时采样和等效采样：实时采样是每一次采样内存空间的数据，可以捕捉非周期性或单次信号，在20ns或更快时，示波器自动进行内插计算，在采样点之间填补光点，等效采样是一个重复采样方式，适宜于观察重复的周期信号，它有很高的水平分辨率“20PS”，也即等效50GS/S的等效采样速率。

1.5自动测量

（MEASURE）自动测量功能键在MENU区域内，自动测量可进行信源选择，分电压测量和时间测量，全部测量参数可屏幕显示或关闭，也可以清除屏幕上测量数据的显示。

电压测量：具有十种测量功能：峰值、最大值、最小值、平均值、幅度、顶端值、底端值、均方根值、过冲、预冲等。菜单如下（图2-22）：

时间测量：具有十种测量功能：频率、周期、上升时间、下降时间、正脉宽、负脉宽、正占空比、负占空比。

延迟1—2(上升沿的延迟时间）延迟1—2（下降沿的延迟时间）。菜单如下：自动测量的结果在屏幕下方，最多可同时显示3个数据，并自动左移，由清除测量键清除显示。

电压参数的定义， 

    峰峰值（Vpp）：波形最高点和最低点的电压值。

    最大值（Vmax）：波形最高点对GND（地）的电压值。

    最小值（Vmin）：波形最低点对GND（地）的电压值。

    幅值（Vamp）：波形顶部与底部的电压值。

    顶端值（Vtop）：波形顶部对GND（地）的电压值。

    底端值（Vbase）：波形底部对GND（地）的电压值。

    过冲（Overshoot）：波形最大值与顶端值之差与幅值之比。

    预冲（preshoot）：波形最小值与底端值之差与幅值之比。

    平均值（Vaverage）：信号的平均值。

    均方根值（Vrms）：信号的有效值。

时间参数的定义，如图2－25所示。

    上升时间（Rise Time）：波形幅度从10%上升至90%的时间。

    下降时间（Fall Time）：波形幅度从90%下降至10%的时间。

    正脉宽（Positive width）：正脉冲在50%幅度时脉冲宽度。

    负脉宽（Negative width）：负脉冲在50%幅度时脉冲宽度。

    延迟1→2 ：通道1.2相对于上升沿的延时。

    延迟1→2：通道1.2相对于下降沿的延时。

    正占空比：正脉冲与周期的比值。

    负占空比：负脉冲与周期的比值。

1.6光标系统

光标测量分三种：

1、手动方式：手动调节电压和时间的光标间距，菜单下方显示光标A、B的电压值或时间值，或△，1/△。

2、追踪方式：水平和垂直光标交叉构成十字光标，通过垂直移位CH1 POSITION和CH2 POSITION可移动十字光标，在菜单下方显示光标Cur-Ax. Cur-Ay, Cur-Bx, Cur-By，△Y， △X， 1/△X等。

3、自动测量，此自动测量设定后，并在MEASURE功能被选中，和选定测量参数后，系统会自动显示对应的电压和时间光标，并计算相应的参数值。

手动方式：手动方式光标操作方法， 按光标模式键进入手动菜单：选择光标类型的电压或时间；选择信源：CH1、CH2或MATH；使用垂直CH1的POSITION和CH2的POSITION移动光标A，B，在电压测量时，光标上下移动，在时间测量时光标左右移动。将光标移动至所需测试位置，此时菜单下方显示光标A，B所处位置的电压值或时间值。以及△Y，△X，1/△X（即频率）。

光标追踪操作方法：光标追踪方式是在被测波形上显示十字光标，通过垂直CH1、CH2的POSITION移动光标位置，在菜单下方显示Cur-Ax, Cur-Ay, Cur-Bx, Cur-By, △Y, △X, 1/△X的值。（图2-27）

光标自动测量方式：光标模式在自动测量时，只有当MEASURE功能被选中并选择某参数测量时，光标才有显示，并显示在相应的参数定义的位置上，如图2-28所示。

1.7自动（AUTO）和运行/停止（RUN/STOP）

AUTO：自动设定仪器的各项档级及范围，以产生适宜观察的输入信号的波形，如图2-29所示。

多周期：自动显示多个周期信号；

单周期：自动显示单个周期信号，

上升沿：自动设置并显示上升时间；

下降沿：自动设置并显示下降时间。 

撤消：撤消自动设置。

RUN/STOP：波形采样/停止波形采样。在停止状态下，水平和垂直档位和移位可在一定范围内调整，以便观察。自动设定的功能的状态，档级、电平、耦合等均在屏幕相应位置的状态拦显示，也可通过各菜单MENU，调出显示。

自动设定功能的项目；

    显示方式       Y—T

    采样方式       等效采样

    获取方式       普通

    垂直耦合       根据信号确定交流或直流

    垂直V/DIV     根据信号确定适当档位

    垂直档位调节   粗调

    带宽       关闭

    信号反相       关闭

    水平位置       居中

   “SEC/DIV”    根据信号确定适当档位

    触发类型       边沿

    触发信源       自动检测到有信号输入的通道

    触发耦合       直流

    触发电平       中点设定

    触发方式       自动

    水平位移       触发位移

四.实验总结

   通过本次实验熟练的掌握了数字示波器的面板，了解了示波器的解基本原理。知道面板上的每个按钮的作用，熟练的运用这些按钮进行波形的测试，掌握了示波器的各种方法测试方法。下载本文