示波器的基础认识课件

1.1.外觀外觀外觀外觀(FEATURE)-(FEATURE)-軌跡軌跡軌跡軌跡(TRACE)(TRACE)44顯示波形的方格顯示波形的方格(GRID)(GRID)為為 10 x 8 10 x 8 的尺寸，時間檔位的尺寸，時間檔位(TIME/DIV)(TIME/DIV)水平有水平有 10 10 格，電壓檔位格，電壓檔位(VOLT/DIV)VOLT/DIV)垂直有垂直有 8 8 格格。垂直垂直 8 格格水平水平 10 格格1 11.外觀(FEATURE)-軌跡(TRACE 2 2.頻寬頻寬頻寬頻寬 (BANDWIDTH)(BANDWIDTH)44增加信號頻率增加信號頻率，當信號電壓低於原始信號的當信號電壓低於原始信號的 -3db(0.707-3db(0.707倍倍)的頻率讀值。的頻率讀值。44電壓量測必須採用正弦波的峰對峰值電壓量測必須採用正弦波的峰對峰值(PKPK)(PKPK)。44信號源是指正弦波。信號源是指正弦波。Peak to Peak0.707倍倍2 22.頻寬(BANDWIDTH)Peak to Pea22.頻寬頻寬頻寬頻寬 (BANDWIDTH)(BANDWIDTH)44頻寬是指示波器容許輸入信號的頻率寬度頻寬是指示波器容許輸入信號的頻率寬度，通常也是指通常也是指 -3db-3db 的頻率讀值。的頻率讀值。44假設輸入電壓為假設輸入電壓為 1V 1V，將電壓與頻率之間的關係繪成座標方式，如以下結果將電壓與頻率之間的關係繪成座標方式，如以下結果:1V-3db=0.707VFREQUENCYVOLTAGE頻率寬度頻率寬度頻率讀值頻率讀值3 32.頻寬(BANDWIDTH)1V-3db=0.7072.2.頻寬頻寬頻寬頻寬 (BANDWIDTH)-(BANDWIDTH)-上昇時間上昇時間上昇時間上昇時間 (RISE-TIME)(RISE-TIME)44在量測儀器的應用上在量測儀器的應用上，頻寬與上昇時間的關係頻寬與上昇時間的關係，如以下的關係式如以下的關係式:90%10%上昇時間上昇時間(Tr)AMPLITUDETOPBASE(1GHz以上為以上為0.40)4 42.頻寬(BANDWIDTH)-上昇時間(RI22.頻寬頻寬頻寬頻寬 (BANDWIDTH)-(BANDWIDTH)-上昇時間上昇時間上昇時間上昇時間 (RISE-TIME)(RISE-TIME)44示波器的頻寬越低，造成上昇時間越大示波器的頻寬越低，造成上昇時間越大。44100MHz100MHzTr=0.35 100MHz=0.35 x 10ns=3.5nsTr=0.35 100MHz=0.35 x 10ns=3.5ns44200MHz200MHzTr=0.35 200MHz=0.35 x 5ns=1.75nsTr=0.35 200MHz=0.35 x 5ns=1.75ns44350MHz350MHzTr=0.35 350MHz=1nsTr=0.35 350MHz=1ns44500MHz500MHzTr=0.35 500MHz=0.35 x 2ns=0.7nsTr=0.35 500MHz=0.35 x 2ns=0.7ns441GHz1GHzTr=0.35 1GHz=0.35 x 1ns=0.35ns Tr=0.35 1GHz=0.35 x 1ns=0.35ns 5 52.頻寬(BANDWIDTH)-上昇時間(RI2.2.頻寬頻寬頻寬頻寬 (BANDWIDTH)-(BANDWIDTH)-上昇時間上昇時間上昇時間上昇時間 (RISE-TIME)(RISE-TIME)44上昇時間的量測值受示波器的上昇時間影響上昇時間的量測值受示波器的上昇時間影響，其關係式如下表示：其關係式如下表示：量測值量測值信號的上昇時間信號的上昇時間6 62.頻寬(BANDWIDTH)-上昇時間(RI2.2.頻寬頻寬頻寬頻寬 (BANDWIDTH)-(BANDWIDTH)-量測誤差量測誤差量測誤差量測誤差(MEASUREMENT ERROR)(MEASUREMENT ERROR)44假設某假設某信號的上昇時間為信號的上昇時間為 3.5 3.5ns ns，若，若使用使用 100 100MHz MHz 頻寬的示波器量測誤差如下：頻寬的示波器量測誤差如下：示波器的上昇時間等於信號的上昇時間示波器的上昇時間等於信號的上昇時間誤差為誤差為 41.4%7 72.頻寬(BANDWIDTH)-量測誤差(ME2.2.頻寬頻寬頻寬頻寬 (BANDWIDTH)-(BANDWIDTH)-量測誤差量測誤差量測誤差量測誤差(MEASUREMENT ERROR)(MEASUREMENT ERROR)44假設某假設某信號的上昇時間為信號的上昇時間為 3.5 3.5ns ns，若，若使用使用 300 300MHz MHz 頻寬的示波器量測誤差如下：頻寬的示波器量測誤差如下：示波器的上昇時間約為示波器的上昇時間約為 1/3 倍信號的上昇時間倍信號的上昇時間誤差為誤差為 5%8 82.頻寬(BANDWIDTH)-量測誤差(ME2.2.頻寬頻寬頻寬頻寬 (BANDWIDTH)-(BANDWIDTH)-量測誤差量測誤差量測誤差量測誤差(MEASUREMENT ERROR)(MEASUREMENT ERROR)44假設某假設某信號的上昇時間為信號的上昇時間為 3.5 3.5ns ns，若，若使用使用 500 500MHz MHz 頻寬的示波器量測頻寬的示波器量測誤差如下：誤差如下：示波器的上昇時間約為示波器的上昇時間約為 1/5 倍信號的上昇時間倍信號的上昇時間誤差為誤差為 2%9 92.頻寬(BANDWIDTH)-量測誤差(ME2.2.頻寬頻寬頻寬頻寬 (BANDWIDTH)-(BANDWIDTH)-量測誤差量測誤差量測誤差量測誤差(MEASUREMENT ERROR)(MEASUREMENT ERROR)44假設某假設某信號的上昇時間為信號的上昇時間為 3.5 3.5ns ns，若，若使用使用 1 1GHz GHz 頻寬的示波器量測頻寬的示波器量測誤差如下：誤差如下：示波器的上昇時間約為示波器的上昇時間約為 1/10 倍信號的上昇時間倍信號的上昇時間誤差為誤差為 0.6%10102.頻寬(BANDWIDTH)-量測誤差(ME3.3.取樣率取樣率取樣率取樣率 (SAMPLING RATE)(SAMPLING RATE)44類比示波器的線性波形無法儲存只能觀看，並從亮度分辨信號出現的比例類比示波器的線性波形無法儲存只能觀看，並從亮度分辨信號出現的比例。44數位示波器可將類比信號轉換為數位資料數位示波器可將類比信號轉換為數位資料，並可容易的作後續的資料處理。並可容易的作後續的資料處理。每一個點皆包括時間與電壓數據每一個點皆包括時間與電壓數據(T1,V1)(T2,V2)(T3,V3)(Tn,Vn).11113.取樣率(SAMPLING RATE)每一個點皆包括3.3.取樣率取樣率取樣率取樣率 (SAMPLING RATE)(SAMPLING RATE)44何謂週期何謂週期?週期信號發生一次的時間。單位是週期信號發生一次的時間。單位是“秒秒/1/1次次”44何謂頻率何謂頻率?週期信號在一秒鐘內發生的週期次數。單位週期信號在一秒鐘內發生的週期次數。單位“次數次數/1/1秒秒”又稱為又稱為“Hz”“Hz”44週期週期(PERIOD)PERIOD)與頻率與頻率(FREQUENCY)FREQUENCY)為反比關係。為反比關係。PERIOD PERIOD 1/FREQUENCY 1/FREQUENCY 週期週期(S)=1/頻率頻率(Hz)類比信號類比信號12123.取樣率(SAMPLING RATE)週期(S 3.3.取樣率取樣率取樣率取樣率 (SAMPLING RATE)(SAMPLING RATE)44何謂取樣時間何謂取樣時間?示波器取樣一點所須的時間。單位是示波器取樣一點所須的時間。單位是“秒秒/1/1點點”44何謂取樣頻率何謂取樣頻率?示波器在一秒鐘內取樣的點數。單位示波器在一秒鐘內取樣的點數。單位“點數點數/1/1秒秒”又稱為又稱為“SAMPLING/S”“SAMPLING/S”44示波器取樣時間示波器取樣時間(SAMPLING TIME)SAMPLING TIME)與取樣頻率與取樣頻率(SAMPLING RATE)SAMPLING RATE)之間為反比關係。之間為反比關係。SAMPLING TIME=1/SAMPLING RATE SAMPLING TIME=1/SAMPLING RATE 取樣時間取樣時間(S)=1/取樣頻率取樣頻率(S/S)取樣點取樣點:P13133.取樣率(SAMPLING RATE)取樣時間(3.3.取樣率取樣率取樣率取樣率 (SAMPLING RATE)(SAMPLING RATE)44重複取樣重複取樣(RANDOM INTERLEAVE SAMPLING)RANDOM INTERLEAVE SAMPLING)：僅有在快速時間檔位下，示波器取樣多次僅有在快速時間檔位下，示波器取樣多次使解析度增加後，再一次全部顯示在畫面上，因此重複取樣功能只適用在規則重複出現的信使解析度增加後，再一次全部顯示在畫面上，因此重複取樣功能只適用在規則重複出現的信號源，重複取樣率可高達號源，重複取樣率可高達1025Gs/s1025Gs/s。44單擊取樣單擊取樣(SINGLE-SHOT)(SINGLE-SHOT)：示波器以最快速的取樣率擷取信號一次：示波器以最快速的取樣率擷取信號一次。14143.取樣率(SAMPLING RATE)4.4.取樣點取樣點取樣點取樣點 (SAMPLING POINT)(SAMPLING POINT)44數位示波器數位化類比波形後，將數位資料顯示在螢幕上，每一個點代表一筆數據資料，因數位示波器數位化類比波形後，將數位資料顯示在螢幕上，每一個點代表一筆數據資料，因此在螢幕上的點數越多，時間解析度越高此在螢幕上的點數越多，時間解析度越高。12365410789取樣點取樣點:P15154.取樣點(SAMPLING POINT)1236544.4.取樣點取樣點取樣點取樣點 (SAMPLING POINT)(SAMPLING POINT)44取樣率必須要維持在最快信號的取樣率必須要維持在最快信號的 10 10 倍以上倍以上。用用 5 個取樣點還原一個週期明顯不足，個取樣點還原一個週期明顯不足，用用10 個取樣點還原一個週期比較適當個取樣點還原一個週期比較適當。16164.取樣點(SAMPLING POINT)用 5 個取5.5.最高取樣的記錄時間最高取樣的記錄時間最高取樣的記錄時間最高取樣的記錄時間 (MSRW )-(MSRW )-記錄時間記錄時間記錄時間記錄時間(RECORD TIME)(RECORD TIME)44時間檔位指的是水平時間檔位指的是水平 1 1 格的時間，水平軸總共有格的時間，水平軸總共有 10 10 格格。44記錄時間記錄時間=10 =10 時間檔位時間檔位水平水平 10 格表示記錄時間格表示記錄時間17175.最高取樣的記錄時間(MSRW )-記錄時間(5.5.最高取樣的記錄時間最高取樣的記錄時間最高取樣的記錄時間最高取樣的記錄時間 (MSRW )(MSRW )44如果示波器欲維持在高取樣率下使用，必須要有足夠的取樣點如果示波器欲維持在高取樣率下使用，必須要有足夠的取樣點(擷取記憶體擷取記憶體)，因此便可以擁，因此便可以擁有更長的記錄時間，我們稱之為最高取樣的記錄時間有更長的記錄時間，我們稱之為最高取樣的記錄時間(Maximum Sample Rate Window)(Maximum Sample Rate Window)。44取樣定律取樣定律(P=R S)(P=R S)PP：表示取樣點：表示取樣點RR：表示記錄時間：表示記錄時間SS：表示取樣率：表示取樣率44舉例：舉例：機型機型 LC584AL LC584AL 的規格為的規格為 取樣率取樣率 8GS/sec 8GS/sec 記憶點數記憶點數 8Mpoints 8Mpoints 則則 8GS/S 8GS/S可使用的時間範圍可使用的時間範圍是多少是多少?時間檔位是多少時間檔位是多少?18185.最高取樣的記錄時間(MSRW )186.6.阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配 (COUPLING)-(COUPLING)-終端阻抗終端阻抗終端阻抗終端阻抗(TERMINAL)(TERMINAL)44一般屬通訊信號一般屬通訊信號或或阻抗設計為阻抗設計為 5050 的電路的電路(信號產生器信號產生器)，正常使用應該搭配同軸電線，正常使用應該搭配同軸電線(BNC (BNC)不須使用測試棒不須使用測試棒。44以下圖例為直流電源分析：以下圖例為直流電源分析：示波器內阻等於信號內阻示波器內阻等於信號內阻2Vs信號阻抗Rs=50ohm輸出電壓為輸出電壓為Vs示波器內阻Ro=50ohm19196.阻抗匹配(COUPLING)-終端阻抗(T6.6.阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配 (COUPLING)-(COUPLING)-終端阻抗終端阻抗終端阻抗終端阻抗(TERMINAL)(TERMINAL)44一般屬通訊信號一般屬通訊信號或或阻抗設計為阻抗設計為 5050 的電路的電路(信號產生器信號產生器)，正常使用應該搭配同軸電線，正常使用應該搭配同軸電線(BNC (BNC)不須使用測試棒不須使用測試棒。44以下圖例為交流電源分析：以下圖例為交流電源分析：示波器內阻等於信號內阻示波器內阻等於信號內阻信號阻抗Rs=50ohm輸出電壓為輸出電壓為VsVs示波器內阻Ro=50ohm系統電容接地電感20206.阻抗匹配(COUPLING)-終端阻抗(T6.6.阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配 (COUPLING)-(COUPLING)-負載效應負載效應負載效應負載效應(LOAD EFFECT)(LOAD EFFECT)44示波器與信號源分別為不同獨立迴路示波器與信號源分別為不同獨立迴路，因此示波器量測造成信號源的損壞因此示波器量測造成信號源的損壞，依負載的大小影依負載的大小影響程度不同響程度不同，通常搭配測試棒提高示波器阻抗降低負載效應，通常搭配測試棒提高示波器阻抗降低負載效應。44測試棒增加量測系統阻抗，降低負載效應測試棒增加量測系統阻抗，降低負載效應。44以下圖例為直流電源分析：以下圖例為直流電源分析：示波器內阻Ro=1Mohm測試棒內阻Rp=9Mohm示波器內阻必須遠大於信號阻抗示波器內阻必須遠大於信號阻抗量測端電壓為量測端電壓為VsVs信號阻抗RsIoIs21216.阻抗匹配(COUPLING)-負載效應(L6.6.阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配 (COUPLING)-(COUPLING)-負載效應負載效應負載效應負載效應(LOAD EFFECT)(LOAD EFFECT)44示波器與信號源分別為不同獨立迴路示波器與信號源分別為不同獨立迴路，因此示波器量測造成信號源的損壞因此示波器量測造成信號源的損壞，依負載的大小影依負載的大小影響程度不同響程度不同，通常搭配測試棒提高示波器阻抗降低負載效應，通常搭配測試棒提高示波器阻抗降低負載效應。44量測系統的量測品質受電容及接地電感影響。量測系統的量測品質受電容及接地電感影響。44以下圖例為交流電源分析：以下圖例為交流電源分析：示波器內阻必須遠大於信號阻抗示波器內阻必須遠大於信號阻抗示波器內阻Ro=1Mohm測試棒內阻Rp=9Mohm系統電容接地電感Vs信號阻抗Rs22226.阻抗匹配(COUPLING)-負載效應(L示波器基礎認識示波器基礎認識示波器基礎認識示波器基礎認識(BASIC)(BASIC)6.6.阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配 (COUPLING)-(COUPLING)-交直流信號交直流信號交直流信號交直流信號(DIRECT+ALTERNATING CURRENT)(DIRECT+ALTERNATING CURRENT)44信號源包括直流及交流信號信號源包括直流及交流信號。44示波器上交流的定義是指頻率大於示波器上交流的定義是指頻率大於50Hz50Hz的信號的信號，直流是指頻率小於，直流是指頻率小於50Hz50Hz的信號。的信號。時間時間(t)電壓電壓(V)交交流流直直流流0+2.5V+0.5V+1.5V表示方式表示方式 AC2V+DC1.5V0+2.5V+0.5V+1.5V阻抗匹配為阻抗匹配為 DC1M：直流直流交流信號。交流信號。2323示波器基礎認識(BASIC)6.阻抗匹配(COU6.6.阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配 (COUPLING)-(COUPLING)-交流信號交流信號交流信號交流信號(ALTERNATING CURRENT)(ALTERNATING CURRENT)44信號源只有包括交流信號信號源只有包括交流信號。44示波器上交流的定義是指頻率大於示波器上交流的定義是指頻率大於50Hz50Hz的信號的信號，直流是指頻率小於，直流是指頻率小於50Hz50Hz的信號。的信號。0+1V-1V阻抗匹配為阻抗匹配為 AC1M：交流信號。：交流信號。時間時間(t)電壓電壓(V)交交流流直直流流0+2.5V+0.5V+1.5V表示方式表示方式 AC2V+DC1.5V24246.阻抗匹配(COUPLING)-交流信號(A7.7.接地問題接地問題接地問題接地問題(GROUNDING)-(GROUNDING)-量測系統量測系統量測系統量測系統(測試棒測試棒測試棒測試棒 示波器示波器示波器示波器)等效電路等效電路等效電路等效電路44數位示波器搭配的電源線為數位示波器搭配的電源線為 3-PIN 3-PIN 的電源插頭的電源插頭，第三支腳為接地線，測試棒的負端與電源接，第三支腳為接地線，測試棒的負端與電源接地線在示波器內部是短路，因此電源接地使整部儀器對地不會有任何電位差，以確保使用者地線在示波器內部是短路，因此電源接地使整部儀器對地不會有任何電位差，以確保使用者的安全。的安全。AC110/220V電源接地電源接地電電 源源 線線測試棒正端測試棒正端系統電容系統電容測試棒電阻測試棒電阻示波器示波器內阻內阻測試棒負端測試棒負端接地電感接地電感電源供應器電源供應器 25257.接地問題(GROUNDING)-量測系統(7.7.接地問題接地問題接地問題接地問題(GROUNDING)-(GROUNDING)-量測系統等效電路量測系統等效電路量測系統等效電路量測系統等效電路(SYSTEM EQUIPMENT)(SYSTEM EQUIPMENT)44以下圖例為理想電路：以下圖例為理想電路：示波器內阻Ro=1Mohm測試棒內阻Rp=9Mohm示波器內阻必須遠大於信號阻抗示波器內阻必須遠大於信號阻抗Vs信號阻抗Rs26267.接地問題(GROUNDING)-量測系統等效電7.7.接地問題接地問題接地問題接地問題(GROUNDING)-(GROUNDING)-量測系統等效電路量測系統等效電路量測系統等效電路量測系統等效電路(SYSTEM EQUIPMENT)(SYSTEM EQUIPMENT)44量測系統的量測品質受電容影響的狀況。量測系統的量測品質受電容影響的狀況。示波器內阻Ro=1Mohm測試棒內阻Rp=9Mohm信號造成上昇時間延遲信號造成上昇時間延遲系統電容Vs信號阻抗Rs27277.接地問題(GROUNDING)-量測系統等效電7.7.接地問題接地問題接地問題接地問題(GROUNDING)-(GROUNDING)-量測系統等效電路量測系統等效電路量測系統等效電路量測系統等效電路(SYSTEM EQUIPMENT)(SYSTEM EQUIPMENT)44量測系統的量測品質受電容及接地電感影響。量測系統的量測品質受電容及接地電感影響。示波器內阻Ro=1Mohm測試棒內阻Rp=9Mohm系統電容接地電感信號除造成上昇時間延遲並產生振盪信號除造成上昇時間延遲並產生振盪Vs信號阻抗Rs28287.接地問題(GROUNDING)-量測系統等效電The end,thanks!2929The end,thanks!29