现代时域测试最后概述.docx
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现代时域测试最后概述
现代时域测试实验报告书
实验名称数字存储示波器的使用和关键指标测试
班级2学号姓名
实验时间：
2014年10月27日、2014年11月3日
得分：
一．实验目的
1.熟悉数字示波器基本工作原理
2.了解数字示波器的主要技术指标
3.掌握数字示波器、信号源、射频源的使用方法
4.掌握数字示波器关键指标的测试方法
二．实验内容
1.相关测试仪器的熟练使用
2.边沿、脉宽等触发类型的使用
3.触发释抑功能的使用
4.预触发与延迟触发功能的使用
5.脉冲参数的测量
6.获取模式（标准、峰值、平均、高分辨率）的使用
7.通道耦合的使用
8.触发方式（自动、正常、单次）的使用
9.触发耦合的使用
10.带宽的测量
11.采样率的测量
12.存储深度的测试
三．实验步骤
1.熟悉相关测试仪器的使用
数字存储示波器：
AgilentDSO5012A
任意波形发生器：
Agilent33220A
射频信号源：
AgilentN5181A
2.边沿、脉宽等触发类型的使用
✓边沿触发：
（AgilentDSO5012A）
连接Agilent33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。
设置示波器垂直灵敏度和时基于合适档级，按下Edge菜单设置边沿触发，Mode_Coupling按键下设置触发耦合置于交流耦合，旋纽Level旋纽调整触发电平置于零电平；
设置任意波形发生器输出频率为1kHz正弦波，输出电压占示波器波形显示区4~6div。
在Edge菜单设置上升沿或下降沿，被测波形应随极性变化而相应变化。
✓脉宽触发：
（AgilentDSO5012A）
连接Agilent33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。
设置示波器垂直灵敏度和时基于合适档级，在PulseWidth菜单下设置触发类型为正脉宽触发，Mode_Coupling按键下设置触发耦合置于交流耦合，旋纽Level旋纽触发电平置于零电平。
设置Agilent33220A任意波形发生器输出周期为T，占空比为60%的方波信号，输出电压占示波器波形显示区6div。
输入200μs，占空比为60%的方波信号。
设定示波器的触发条件为大于，调节脉宽比较值Tp为多少时，被测波形能稳定触发？
先后改变触发条件为小于、不等于，分别观察波形触发的状态。
设置触发类型为负脉宽触发，重复上述测试步骤。
3.触发释抑功能的使用（Agilent33220A）
连接Agilent33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。
设置Agilent33220A任意波形发生器输出为如图所示的调幅信号，载波信号为10kHz，1.5Vpp，调制信号为正弦，频率400Hz，调制深度60%。
图9调幅波形的设置
设置示波器垂直灵敏度置500mV档级，时基置于500μs档级，通道1按键下设置输入耦合方式为“AC”，Edge菜单设置触发方式为“上升沿触发”，调节触发电平并置于合适位置。
在Mode_Coupling菜单下调节示波器触发释抑时间t变化，使波形能够稳定显示，并记录满足条件的释抑时间。
4.预触发与延迟触发功能的使用（AgilentDSO5012A）
连接Agilent33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。
设置Agilent33220A任意波形发生器输出频率为1kHz方波，输出电压占示波器波形显示区6div。
调节触发电平，使波形稳定显示。
调节水平移位旋钮，使波形在屏幕中左右移动。
5.脉冲参数的测量（AgilentDSO5012A）
使用示波器的Quick_Meas菜单下参数测量功能，记录下输入信号的时间和电压参数值，注意：
信号源的输出阻抗要和示波器的输入阻抗匹配！
6.获取模式（标准、峰值、平均、高分辨率）的使用（AgilentDSO5012A）
连接Agilent33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。
设置任意波形发生器输出脉冲波形，脉冲波形的频率100Hz，占空比0.0005%，3Vpp，设置示波器时基50ms/div，在Acquire菜单下分别设置标准、峰值、平均和高分辨率获取模式观察该波形，记录下观察到的结果，并分析哪种获取模式适合该类波形的捕获。
设置任意波形发生器输出频率为100Hz正弦波，幅度不限，并在此基础上调制一个噪声信号，设置示波器的时基和垂直灵敏度到合适档位，分别用平均和高分辨率模式观察该信号，观察到的现象分别是：
7.通道耦合方式的测试（AgilentDSO5012A）
连接Agilent33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。
设置任意波形发生器输出频率为1kHz正弦波，输出电压峰峰值为3V，偏置电压为1.5V。
设置示波器垂直灵敏度和时基于合适档级，调节触发电平使波形稳定显示。
设置示波器的通道耦合方式为“交流”，观察波形显示的情况；
设置示波器的通道耦合方式为“直流”，观察波形显示的情况；
设置任意波形发生器输出频率为2Hz正弦波，其它条件不变，调节示波器的时基到合50ms适档位；
设置示波器触发方式为“自动”，观察示波器波形显示的情况，设置示波器触发方式为“标准（即正常触发方式）”，观察示波器波形显示的情况，分析产生这两种现象的原因（提示：
为什么自动模式波形不能稳定）
8.触发方式（自动、标准、单次）的使用（AgilentDSO5012A）
连接Agilent33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。
设置示波器垂直灵敏度和时基于合适档级，在Mode_Coupling菜单设置触发耦合为交流耦合，旋纽Level触发电平置于零电平。
设置任意波形发生器输出频率为1kHz正弦波，输出电压占示波器波形显示区6div。
关闭任意波形发生器输出开关，在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发方式为“自动”，观察屏幕中波形显示情况；打开任意波形发生器输出开关，观察屏幕中显示情况。
关闭任意波形发生器输出开关，在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发方式为“标准”，观察屏幕中显示情况；
打开任意波形发生器输出开关，观察屏幕中显示情况。
关闭任意波形发生器输出开关，按Single键设置示波器触发方式为“单次”，观察屏幕中显示情况，打开任意波形发生器输出开关，观察屏幕中显示情况。
9.带宽的测量（AgilentDSO5012A）
连接AgilentN5181A射频信号发生器输出到被测的示波器输入通道。
设置被测示波器输入阻抗为50Ω；
在Acquire菜单设置示波器工作于“实时”采样模式（平均模式时示波器无此项操作），在Mode_Coupling菜单设置触发方式工作于“自动”，垂直灵敏度置于100mV/div档位，然后调节信号源的输出频率为500kHz，再调节信号源的输出幅度为显示有效区域的6div，并保持信号源输出电压值不变，逐渐增大输出信号的频率，直到波形显示幅度等于输出信号幅度的0.707倍时，此时对应的信号源输出频率即为该示波器的实时带宽。
测得被测示波器的模拟带宽，在带宽范围内至少记录10组有代表性的扫频点，并绘制出该示波器的幅频曲线图。
10.采样率的测量
✓实时采样率：
实验采用AgilentDSO5012A示波器，该示波器的最高采样率为2GSa/s，分辨率为8bit，其波形显示区域为水平10div、垂直8div，每格100个像素点。
调节AgilentN5181A射频信号发生器输出周期为T的正弦波。
设置示波器垂直灵敏度于合适档，时基置于最高实时采样率且无插值档，触发方式设置为单次触发，在Display菜单下设置显示方式设置为点显示。
启动示波器采集功能，待采集结束后，观察示波器采集到的信号是否为整数倍周期，若不是整数倍周期，则改变信号发生器周期T，重新启动采集，直至采集到整数倍周期信号；
观测一个周期内的采样点数N；根据式
（1）可计算出最高实时采样率fmax，并将结果记录下表。
……………………………………………
（1）
式中：
fmax——最高实时采样率，单位Sa/s；
N——被测信号一个周期的采样点个数；
T——被测信号的周期。
✓等效采样率：
根据显示器的分辨率和示波器最快时基来计算：
……………………………………………
（2）
式中：
——最高等效采样率，单位Sa/s；
——示波器时基水平方向上每一格所包含像素的个数pixel/div；
——最小时基档级值（s/div）；
11.触发耦合方式的测试（AgilentDSO5012A）
连接Agilent33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。
设置任意波形发生器输出频率为1kHz正弦波，输出电压峰峰值为3V，偏置电压为1.5V。
设置示波器垂直灵敏度和时基于合适档级，通道耦合方式设置为直流耦合。
在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发耦合方式为“交流”，调节触发电平并使波形稳定，测量能够使波形稳定的触发电平调节范围。
在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发耦合方式为“直流”，调节触发电平并使波形稳定，测量能够使波形稳定的触发电平调节范围。
并分析触发电平调节范围不同的原因。
在当前任意波形发生器输出的1kHz正弦波的基础上，调制一个噪声信号，观察示波器波形显示的情况，在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发耦合方式为“高频抑制”，观察示波器波形显示的情况。
12.存储深度的测试
连接信号发生器的输出到示波器的输入通道。
由式（3），根据产品手册中给出的最大存储深度和最高实时采样率，选定一个被测信号的周期T，计算出被测信号周期数N（N为大于等于1的整数）。
设置信号发生器输出周期为T的正弦波。
调节示波器垂直灵敏度于合适档，时基于最高实时采样率且无插值的最快档；触发方式为单次，点显示模式，启动采集，待采集结束后，调节时基档，在示波器中观测采集到的信号周期个数N1应与通过式（3）计算出的周期数N一致。
……………………………………………（3）
式中：
fmax——产品手册中给出的最高实时采样率，单位Sa/s；
D——产品手册中给出的最大存储深度，单位pts；T——被测信号的周期，单位s；
N——被测信号的周期个数（N=1，2，3……），N可按照存储深度的大小遵循便于观测的原则自行选定。
四．实验结果记录与分析
1、边沿、脉宽等触发类型的使用
边沿触发
被测波形如何随触发电平上下移动的变化情况：
触发类型
实验内容
边沿
上升沿触发
下降沿触发
触发电平上移
触发电平下移
触发电平上移
触发电平下移
左
右
右
左
脉宽触发
将实验结果：
触发类型
实验内容
脉宽
（正脉宽）
输入信号周期T
Tp的设置值
触发条件为大于
触发条件为小于
触发条件为不等于
200us
119us
121us
120us
脉宽
（负脉宽）
输入信号周期T
Tp的设置值
触发条件为大于
触发条件为小于
触发条件为不等于
200us
79us
81us
80us
分析：
在正脉宽触发中，当触发条件为不等于时能使波形稳定的Tp值为大于119us小于121us，为此可以取一个中间值，即120us。
在负脉宽触发中也类似。
2、触发释抑功能的使用（Agilent33220A）
稳定触发时，所设置的释抑时间t为：
2.495ms
3、预触发与延迟触发功能的使用（AgilentDSO5012A）
当触发水平光标在屏幕中时，示波器工作在预触发模式（预触发or延迟触发）；当触发水平光标在屏幕以外时，示波器工作在延迟触发模式（预触发or延迟触发）。
输入信号保持不变，设置时基档位为10μs/div，此时若固定触发类型为边沿，极性为上升沿时，如何在屏幕中观察到该信号的下降沿：
将调整触发竖直光标向左移动，直到看到下降沿。
4、脉冲参数的测量（AgilentDSO5012A）
测量结果：
参数类型及测试项目
输入20kHz、120mVpp方波信号
输入100Hz、3Vpp正弦信号
电压类参数
峰峰值
128mv
3.05v
平均值
-2.9mv
-1.8v
幅度
119mv
2.98v
顶值
56mv
1.47v
底值
-63mv
-1.50v
有效值
60.1mv
1.058v
过冲
3.9%
1.05%
时间类参数
周期
50.0us
10.00ms
频率
20.00khz
100hz
上升时间
7.00ns
2.78ms
正脉宽
25.2us
4.96ms
占空比
50.4%
49.8%
5、获取模式（标准、峰值、平均、高分辨率）的使用（AgilentDSO5012A）
分析哪种获取模式适合该类波形的捕获：
平均模式，和高分辨率模式无脉冲，标准和峰值模式能看到波形，标准模式不能完整看到每个波形，而且波形显示不完整，所以峰值模式最合适波形的捕获。
设置任意波形发生器输出频率为100Hz正弦波，幅度不限，并在此基础上调制一个噪声信号，设置示波器的时基和垂直灵敏度到合适档位，分别用平均和高分辨率模式观察该信号，观察到的现象分别是：
（1）平均模式：
能观测到噪声，但噪声观察不清楚。
（2）高分辨率模式：
能看到噪声，且噪声影响较大。
分析这两种获取模式的区别是：
前者是用与下个周期的同一时刻的点取平均后者是与同一周期的下一个时刻的点取平均。
6、通道耦合方式的测试（AgilentDSO5012A）
设置示波器的通道耦合方式为“交流”，观察波形显示的情况是波形显示在屏幕中央，上下堆成。
设置示波器的通道耦合方式为“直流”，观察波形显示的情况是向上偏置的正弦波。
设置任意波形发生器输出频率为2Hz正弦波，其它条件不变，调节示波器的时基到合50ms适档位，设置示波器触发方式为“自动”，观察示波器波形显示的情况是
不稳定的正弦波设置示波器触发方式为“标准（即正常触发方式）”，观察示波器波形显示的情况是稳定的正弦波，分析产生这两种现象的原因（提示：
为什么自动模式波形不能稳定）触发信号由示波器自己产生。
7、触发方式（自动、标准、单次）的使用（AgilentDSO5012A）
关闭任意波形发生器输出开关，在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发方式为“自动”，屏幕中波形显示情况为波形全部消失；打开任意波形发生器输出开关，屏幕中显示情况为立刻恢复原波形。
关闭任意波形发生器输出开关，在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发方式为“标准”，屏幕中显示情况为关闭输出时，示波器画图截止，前半波形是正弦，后半为一条位于基线的直线；打开任意波形发生器输出开关，屏幕中显示情况为立刻恢复原信号。
关闭任意波形发生器输出开关，按Single键设置示波器触发方式为“单次”，屏幕中显示情况为波形消失；打开任意波形发生器输出开关，屏幕中显示情况为前半为位于基线的直线，后半波形为正弦波。
8、带宽的测量（AgilentDSO5012A）
测得被测示波器的模拟带宽为148MHz，在带宽范围内记录10组有代表性的扫频点：
表4
序号
1
2
3
4
5
频率
10Mhz
20
40
60
80
幅度
556mv
531
520
500
512
序号
6
7
8
9
10
频率
100
120
140
150
160
幅度
450
441
428
391
338
9、触发耦合方式的测试（AgilentDSO5012A）
在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发耦合方式为“交流”，调节触发电平并使波形稳定，能够使波形稳定的触发电平调节范围是-1.48V~1.48V。
在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发耦合方式为“直流”，调节触发电平并使波形稳定，能够使波形稳定的触发电平调节范围是200mV~2.98V。
分析触发电平调节范围不同的原因是出发通道的耦合方式不同。
在当前任意波形发生器输出的1kHz正弦波的基础上，调制一个噪声信号，观察示波器波形显示的情况是一个带噪声的正弦波，在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发耦合方式为“高频抑制”，观察示波器波形显示的情况是波形显示更稳定。
示波器的幅频曲线图：
10、采样率的测量
实时采样率：
实验采用AgilentDSO5012A示波器，该示波器的最高采样率为2GSa/s，分辨率为8bit，其波形显示区域为水平10div、垂直8div，每格100个像素点，则该示波器的最高实时采样率且无插值的时基档是50ns/div。
内容
T
N
fmax
测试结果
5ns
10
2G
等效采样率：
内容
N
t
测试结果
100
5ns
20G
11、存储深度的测试
内容
D
T
N
测试结果
8M
1ms
2G
4
五、实验思考题
1.如何测量数字示波器的波形捕获率？
答：
输入一周期性的双脉冲信号给需要进行捕获率测试的数字示波器，构成该双脉冲信号的两个脉冲的波形不同，之间的触发时间间隔连续可调，双脉冲之间的时间间隔满足能同时将构成该双脉冲信号的两个脉冲显示出来；然后不断调整缩短或增加所述构成该双脉冲信号的两个脉冲之间的触发时间间隔，直到构成该双脉冲信号的两个脉冲中第二个脉冲刚好消失或出现，此时的构成该双脉冲信号的两个脉冲之间的触发时间间隔的倒数为该数字示波器所能捕获的最大波形数量，即波形捕获率。
2.用数字示波器进行波形参数测量的误差主要有哪些？
答：
模拟通道通带不平坦；采样时钟抖动；触发信号抖动。
3.在自动触发方式条件下，示波器最低能稳定观察多少频率的交流信号？
为什么？
答：
与从Run开始到强制产生触发信号的时间间隔t有关。
f=1/t，t=40ms时，f=25Hz。
因为可能发生一个周期内都没找到触发信号从而产生强制触发。
4．如果被测示波器的输入阻抗只有高阻输入，现要用AgilentN5181A射频信号发生器来测试该款示波器的带宽，应该如何测试？
答：
外部接50欧姆负载，用示波器高阻探头打在负载上检测。
一、实验目的
二、实验内容
三、实验步骤
四、实验结果记录与分析
五、实验思考题
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