上升时间短为什么会产生振铃

Ⅰ 如何消除放大器输出端中的振铃和过冲

ADI公司的专家John Ardizzoni针对放大器输出端中有关振铃和过冲的问题，为您排除技术故障，提出分析与观点，助您解决实际应用中遇到的难题。
广大工程师在设计过程中都会严格遵循数据手册中的设计指南，但是仍会遇到放大器输出端存在大量振铃和过冲的问题。 此类问题确实令人困惑和沮丧。 工程设计是科学，A加B的结果就应该是C。 如果您设计电路已有一段时间，那么您应当知道，工程设计也是艺术。
工程师仔细阅读数据手册并进行设计。这应该是一个好的开始，不过令人吃惊的是，许多时候事实不是这样。因此，我们需要深入研究问题所在。研究的第一件事是原理图，有人也把它称作“运动中的眼球”。 首先检查“一般嫌疑犯”： 放大器噪声增益、旁路电容、负载和电源电压。
噪声增益决定了放大器的稳定性。 如果相位裕量很低，那么输出可能发生振铃和过冲。 旁路电容将噪声排除在放大器之外，并储存电源引脚处的电荷。 当放大器需要一个电流充足的稳定电源时，这特别重要，因为其输出在快速变化。 当输出在压摆时，如果电源电压发生变化，该变化必定会影响输出。 如果电容或电感太大，或者负载电阻太小，那么负载可能会造成问题。 当电源电压太大或太小时，某些放大器的性能会降低，因此应对照数据手册检查电源电压。
如果上述方面都没有问题，那该怎么办呢? 继续在其他方面查找故障。 接下来看看布局布线。 是否存在带寄生电感的长走线? 是否有远离电源引脚的旁路电容，使得寄生电感与这些电容形成振荡电路? 输入和输出引脚下方的接地层爬电效应是否形成寄生电容，导致振铃和过冲?如果布局布线也不存在问题，那么接下来该从哪里着手呢?
工程师在输入端观察到一点振铃，但不太多。 我们知道，垃圾输入等于垃圾输出，所以我们努力净化输入。 端接正确，因此可以更换一个发生器，看看发生器有无问题。 新发生器性能更好，但输入和输出仍有振铃。然后，灯泡熄灭。 随后可以看看是否是使用电缆或示波器探头检查信号。 如果使用的是示波器探头，可以检查是否有一个接地夹。 如果确实存在接地夹，那么去掉线夹引线，拧开盖住探头顶部的塑料管，使用示波器探头的金属内胆拾取信号旁边的接地，振铃便会消失。那么，这到底是什么原因呢?
接地夹具有串联电感，探头具有电容，探头上的走线具有寄生电容。 电容和电感形成一个振荡电路，它在电路中快速上升沿的作用下发生振荡，导致输入和输出发生振铃和过冲。 另外，工程师在测量之前务必校准示波器探头，这样做也能有助于降低峰化。

Ⅱ 什么是振铃

振铃是指主叫用户拨打彩铃用户手机时，被叫彩铃用户听到的手机振铃音，每条振铃音都与一首铃音相对应，只有正常状态的铃音可以上传振铃，已经存在振铃的铃音不能再上传振铃。SP可以上传振铃、对处于新增待审批状态、审批通过状态、审批驳回状态的振铃进行试听和删除。系统管理员可以审批SP上传的振铃，并可浏览、删除振铃信息。通过系统管理员审批后的振铃，用户可以下载和使用。

Ⅲ 求教信号上升时间和谐波幅度的问题

1.上升边越小说明高频分量越丰富，能量在高频部分集中从而高次谐波幅度越大。做FFT变换或使用网络分析仪可以很清楚显示出来。
2.对于基本门电路来说，开启脉冲一般定义为 0V~终值（N+,P-）,所以10~90上升边（下降边）都是以终值来定义。
3.数据线或时钟线的门需要有足够的时间来正确的读取处于高电平状态或低电平状态的信号。一味延长边沿肯定是不可取的，需要综合考虑。一般分配给上升边的时间约为时钟周期的10%。

Ⅳ 信号完整性分析中，为什么上升时间短的 能造成振铃现象，，而上升时间较长的就可能不会造成振铃现象哪

感性的解释是：同样一段凹凸不平的路，你开车用10km/h和100km/h的速度，体会是完全不同的；再想想振铃就明白了。

Ⅳ 大学物理实验 示波器的使用 对实验的讨论 (高分悬赏!)

示波器的使用
说明和功能
我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表.
普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测量读数.而示波器则与共不同.示波器具有屏幕,它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化,即波形.
示波器和电压表之间的主要区别是：
1.电压表可以给出祥测信号的数值,这通常是有效值即RMS值.但是电压表不能给出有关信号形状的信息.有的电压表也能测量信号的峰值电压和频率.然而,示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况.
2.电压表通常只能对一个信号进行测量,而示波器则能同时显示两个或多个信号.
显示系统
示波器的显示器件是阴极射线管,缩写为CRT,见图1.阴极射线管的基础是一个能产生电子的系统,称为电子枪.电子枪向屏幕发射电子.电子枪发射的电子经聚焦形成电子束,并打在屏幕中心的一点上.屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就发出光来.
图1 阴极射线管图
电子在从电子枪到屏幕的途中要经过偏转系统.在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动.偏转系统由水平（X）偏转板和垂直（Y）偏转板组成.这种偏转方式称为静电偏转.
在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络,称为标尺.标尺通常在垂直方向有8个,水平方向有10个,每个格为1cm.有的标尺线又进一步分成小格,并且还有标明0％和100％的特别线.这些特别的线和标明10％和90％的标尺配合使用以进行上升时间的测量.我们后面会讨论这个问题.
如上所述,受到电子轰击后,CRT上的荧光物质就会发光.当电子束移开后,荧光物质在一个短的时间内还会继续发光.这个时间称为余辉时间.余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化.最常用的荧光物质是P31,其余辉时间小于一毫秒(ms).而荧光物质P7的余辉时间则较长,约为300ms,这对于观察较慢的信号非常有用.P31材料发射绿光,而P7材料发光的颜色为黄绿色.
将输入信号加到Y轴偏转板上,而示波器自己使电子束沿X轴方向扫描.这样就使得光点在屏幕上描绘出输入信号的波形.这样扫出的信号波形称为波形轨迹.
影响屏幕的控制机构有：
—辉度
辉度控制用来调切波形显示的亮度.本书中用作示例的示波器所采用的电路能够根据不同的扫描速度自动调切辉度.当电子束移动得比较快时,荧光物质受到激励的时间就变短,因此必须增加辉度才能看清轨迹.相反,当电子束移动缓慢时,屏幕上的光点变得很亮,因此必须减小辉度以免荧光物质被烧坏.从而延长示波管的寿命.
对于屏幕上的文字部分,另有单独的辉度控制机构.
—聚焦
聚焦控制机构用来控制屏幕上光点的大小,以便获得清晰的波形轨迹.有些示波器,例如本书用作示例的示波器上,聚集也是由示波器自己进行最佳控制的,从而能在不同的辉度和不同的扫描下保持清晰的波形轨迹.另外也提供手动调节的聚集控制.
—扫描旋转
这个控制机构使X轴扫描线和水平标尺线对齐.由于地球的磁场在各个地方是不同的,这将会影响示波管显示的扫描线.扫迹旋转功能就用来对此进行补偿.扫描旋转功能是预先调好的,通常只需在示波器搬动后再行调节.
—标尺照明
标尺亮度可以单独控制.这对于屏幕摄影或在弱光线条件下工作时非常有用.
—Z调制
扫描的辉度可以用电气的方法通过一个外加的信号来改变.这对于由外部信号来产生水平偏转以及使用X－Y显示方式来寻找频率关系的应用中是十分有用的.
此信号输入端通常是示波器后面板上的一个BNC插座.
1．2 模拟示波器方框图
CRT是所有示波器的基础.现在我们已经对它有所了解.下面我们就看一看示波管是怎样作为示波器的心脏来起作用的.
我们已经看到,示波器有两个垂直偏转板,两个水平偏转板和一个电子枪.从电子枪发射出的电子束的强度可以用电气的办法来加以控制.
在上术基础上,再增添下面叙述的电路就可以构成一个完整的示波器（见图2）
图2 模拟示波器方框图
示波管的垂直偏转系统包括：
—输入衰减器（每通道一个）
—前置放大器（每通道一个）
—用来选择使用哪一个输入通道的电子开关
—偏转放大器
示波器的水平偏转系统包括：时基、触发电路和水平偏转放大器
辉度控制电路用电子学的方法在恰当的时刻点亮和熄灭扫迹.
为使所有这些电路工作,示波器需要有一个电源.此电源从交流市电或者从机内或外部的电池获取能量,使示波器工作.任何示波器的基本性能都是由它的垂直偏转系统的特性来决定的,所以我们首先来详细地考察这一部分.
1．3 垂直偏转
灵敏度
垂直偏转系统对输入信号进行比例变换,使之能在屏幕上表现出来.示波器可以显示峰峰值电压为几毫伏到几十伏的信号.因此必须把不同幅度的信号进行变换以适应屏幕的显示范围,这样就可以按照标尺刻度对波形进行测量.为此就要求对大信号进行衰减、对小信号进行放大.示波器的灵敏度或衰减器控制就是为此而设置的.
灵敏度是以每格的伏特数来衡量的看一下图3可以知道其灵敏度设置为1V/格.因此,峰峰值为6V的信号使得扫迹在垂直方向的6个格内偏转变化.知道了示波器的灵敏度设置值和电子束在垂直方向扫描的格数,我们就可以测量出信号的峰峰电压值.
在多数的示波器上,灵敏度控制都是按1－2－5的序列步进变化的.即灵敏度.设置颠倒为10mV/格、20mV/格、50mV/、100mV/格等等.灵敏度通常是用幅度上升/下降钮来进行控制的,而在有些示波器则是用转动垂直灵敏度旋钮来进行.
如果使用这些灵敏度步进不能调节信号使之能够准确的按照要求在屏幕上显示,那么就可以使用可变（VAR）控制.在第6章我们将会看到,使用标尺刻度来进行信号上升时间的测量就是一个很好的例子.可变控制能够在1－2－5的步进值之间对灵敏度进行连续调节.通常当使用可变控制时,准确的灵敏度值是不知道的.我们只知道这时示波器的灵敏度是在1－2－5序列的两个步进值之间的某个值.这时我们称该通道的Y偏转是未校准的或表示为"uncal".这种未校准的状态通常在示波器的前面板或屏幕上指示出来.
在更现代化的示波器,例如我们用作示例的示波器,由于彩用了现代先进的技术进行控制和校准.因此示波器的灵敏度可以在最小值和最大值之间连续变化,而始终保持处于校准状态.
在老式的示波器上,通道灵敏度的设置值是从灵敏度控制旋钮周围的刻度上读出的.而在新型的示波器上,通道灵敏度设置值清晰地显示在屏幕上,如图3所示,或者用一个单独的CD显示器显示出来.
图3 在灵敏度为1v/格的情况下,峰峰值为6v的信号使电子束在垂直方向偏转6格
耦合
耦合控制机构决定输入信号从示波器前面板上的BNC输入端通到该通道垂直偏转系统其它部分的方式.耦合控制可以有两种设置方式,即DC耦合和AC耦合.
DC耦合方式为信号提供直接的连接通路.因此信号提供直接的连接通路.因此信号的所有分量（AC和：DC）都会影响示波器的波形显示.
AC耦合方式则在BDC端和衰减器之间串联一个电容.这样,信号的DC分量就被阻断,而信号的低频AC分量也将受阻或大为衰减.示波器的低频截止频率就是示波器显示的信号幅度仅为其直实幅度为71％时的信号频率.示波器的低频截止频率主要决定于其输入耦合电容的数值.示波器的低频截止频率典型值为10Hz,见图4.
图4 说明AC及DC耦合、输入接地以及50Ω输入阻抗功能选择的简化输入电路
和耦合控制机构有关的另一个功能是输入接地功能.这时,输入信号和衰减器断开并将衰减器输入端连至示波器的地电平.当选择接地时,在屏幕上将会看到一条位于0V电平的直线.这时可以使用位置控制机构来调节这个参考电平或扫描基线的位置.
输入阻抗
多数示波器的输入阻抗为1MΩ和大约25pF相关联.这足以满足多数应用场合的要求,因为它对多数电路的负载效应极小.
有些信号来自50Ω输出阻搞的源.为了准确的测量这些信号并避免发生失真,必须对这些信号进行正确的传送和端接.这时应当使用50Ω特性阻抗的电缆并用50Ω的负载进行端接.某些示波器,如PM3094和PM3394A,内部装有一个50Ω的负载,提供一种用户可选择的功能.为避免误操作,选择此功能时需经再次确认.由于同样的理由,50Ω输入阻抗功能不能和某些探头配合使用.
位置
垂直位置控制或POS控制机构控制扫迹在屏幕Y轴的位置.在输入耦合控制中选择接地,这时就将输入信号断开,这样就可以找到地电平的位置.在更先进的示波器上设有单独的地电平指示器,它可以让用户能连续地获得波形的参考电平.
动态范围
动态范围就是示波器能够不失真地显示信号的最大幅值,在此信号幅值下只要调节示波器的垂直位置仍能观察到波形的全部.对于Fluke公司的示波器来说,动态范围的典型值为24路（3个屏幕）
相加和反向
简单的把两个信号相加起来似乎没有什么实际意义.然百,把两个有关信号之一反向,再将二者相加,实际上就实现了两个信号的相减.这对于消除共模干扰（即交流声）,或者进行差分测量都是非常有用的.
从一个系统的输出信号中减去输入信号,再进行适当的比例变换,就可以测出被测系统引起的失真.
由于很多电子系统本身就具有反向的特性,这样只要把示波器的两个输入信号相加就能实现我们所期望的信号相减.
交替和断续
示波器CRT本身一次只能显示一条扫迹.然而,在很多示波器应用中,常常要进行信号的比较,例如,研究输入/输出信号间的关系,或者一个系统对信号的延迟等.这就要求示波器实际上能同时显示不只一个信号.
为了达到这一目的,可以用两种办法来控制电子束：
1.可以交替地画完一条扫迹,再画另一条扫迹.这种方法称为交替模式,或简称为ALT模式.
2.可以在两条扫迹之间迅速的进行开关或斩波切换,从而分段的画出两条扫迹.这称为断续模式或CHOP模式.其结果是在一次扫描的时间里一段接一段的画出两条扫迹.
断续模式适合于在低时基速率下显示低频率信号,因为这时斩波器开关能快速进行切换.
交替模式适合于需要使用较快时基设置的高频率信号的显示.本书中我们用作示例的示波器在不同的扫描速度下能自动地ALT或CHOP模式以给出最好的显示效果.用户也可以手动选择ALT或CHOP模式以适合特殊信号的需求.
带宽
示波器最生根的技术指标就是带宽.示波器的带宽表明了该示波器垂直系统的频率响应.示波器的带宽定义为示波器在屏幕上能以不低于真实信号3dB的幅度来显示信号的最高频率.
—3dB点的频率就是示波器所显示的信号幅度“Vdisp”为示波器输入端真实信号值“Vinput”的71％时的信号频率,如下式所示：设：
dB(伏)＝20log(电压比)
—3Db=20log(Vdisp/Vinput)
—0.15＝log(Vdisp/Vinput)
10-0.15=Vdisp/Vinput
Vdisp=0.7Vinput
图5表示出一个100MHz示波器的典型频率响应曲线.
图5 一台典型为100MHz示波器的频率响应曲线（简化的曲线和实际的曲线）
出于现实的理由,通常把带宽想象成为叔响曲线一直平坦延伸至其截止频率,然后从该频率以－20dB/+倍频程的斜率下降.当然,这是一种简化的考虑.实际上,放大器的灵敏度从较低的频率就开始下降,百在其截止频率达到－3dB.图5中中同时给出了简化的频率响应曲线和实际的频率响应曲线.
带宽限制器
使用带宽限制器可以把通常带宽在100MHz以上的宽带示波器的频带减小到20MHz的典型值.这样就降低了噪声电平和干扰,这对于进行高灵敏度的测量是非常有用的.
上升时间
上升时间直接和带宽有关.上升时间通常规定为信号从其稳态最大值的10％到90％所用的时间.
上升时间是一个示波器从理论上来说能够显示的最快的瞬变的时间.示波器的高频响应曲线是经过认真安排的.这就保证了具有高谐波含量的信号,如方波,能够在屏幕上精确的再现.如果频响曲线下降太快,则在信号的快速上升沿上就会发生振铃现象.如果频响曲线下降太慢,即在频响曲线上下降开始得过早,则示波器总的高频响应就受到影响,使得方波失去“方形”特性.
对于各种通用示波器来说,其高频响应曲线是类似的.从该曲线我们可以得到一个示波器带宽和上升时间的简单关系公式.此公式为：
tr(s)=0.35/BW(Hz)
对于高频示波器来说,这个公式可以表示为：
tr(ns)=350/BW(MHz)
对于一个100MHz的示波器来说,上升时间为3.5（ns=纳秒10－9秒）
在示波器的标尺上刻有标明0％和100％的专门的线,用来进行上升时间的测量.测量时我们先用VAR灵敏度控制机构将被测认号的顶部和底部分别和标有0％和100％的线对齐.
然后找出信号和标尺上标有10％和90％的两条线的交点.这样,上升时间就可以从这两个交点沿X轴方向的时间间隔读出来.
要想测量一台示波器的上升时间,我们使用与上述相同的方法,只是要求测试信号的上升时间应当比该示波器的上升时间短得多.为获得2％的测量误差,测试信号的上升时间至少应小于示波器上升时间的五分之一.示波器上显示的上升时间应当是示波器上升时间和信号上升时间和组合函数.

Ⅵ 大学物理实验-示波器的使用

示波器的使用
说明和功能
我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。
普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测量读数。而示波器则与共不同。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化，即波形。
示波器和电压表之间的主要区别是：
1.电压表可以给出祥测信号的数值，这通常是有效值即RMS值。但是电压表不能给出有关信号形状的信息。有的电压表也能测量信号的峰值电压和频率。然而，示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况。
2.电压表通常只能对一个信号进行测量，而示波器则能同时显示两个或多个信号。
显示系统
示波器的显示器件是阴极射线管，缩写为CRT，见图1。阴极射线管的基础是一个能产生电子的系统，称为电子枪。电子枪向屏幕发射电子。电子枪发射的电子经聚焦形成电子束，并打在屏幕中心的一点上。屏幕的内表面涂有荧光物质，这样电子束打中的点就发出光来。

图1 阴极射线管图
电子在从电子枪到屏幕的途中要经过偏转系统。在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动。偏转系统由水平（X）偏转板和垂直（Y）偏转板组成。这种偏转方式称为静电偏转。
在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络，称为标尺。标尺通常在垂直方向有8个，水平方向有10个，每个格为1cm。有的标尺线又进一步分成小格，并且还有标明0％和100％的特别线。这些特别的线和标明10％和90％的标尺配合使用以进行上升时间的测量。我们后面会讨论这个问题。
如上所述，受到电子轰击后，CRT上的荧光物质就会发光。当电子束移开后，荧光物质在一个短的时间内还会继续发光。这个时间称为余辉时间。余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化。最常用的荧光物质是P31，其余辉时间小于一毫秒(ms).而荧光物质P7的余辉时间则较长，约为300ms，这对于观察较慢的信号非常有用。P31材料发射绿光，而P7材料发光的颜色为黄绿色。
将输入信号加到Y轴偏转板上，而示波器自己使电子束沿X轴方向扫描。这样就使得光点在屏幕上描绘出输入信号的波形。这样扫出的信号波形称为波形轨迹。
影响屏幕的控制机构有：
—辉度
辉度控制用来调切波形显示的亮度。本书中用作示例的示波器所采用的电路能够根据不同的扫描速度自动调切辉度。当电子束移动得比较快时，荧光物质受到激励的时间就变短，因此必须增加辉度才能看清轨迹。相反，当电子束移动缓慢时，屏幕上的光点变得很亮，因此必须减小辉度以免荧光物质被烧坏。从而延长示波管的寿命。
对于屏幕上的文字部分，另有单独的辉度控制机构。
—聚焦
聚焦控制机构用来控制屏幕上光点的大小，以便获得清晰的波形轨迹。有些示波器，例如本书用作示例的示波器上，聚集也是由示波器自己进行最佳控制的，从而能在不同的辉度和不同的扫描下保持清晰的波形轨迹。另外也提供手动调节的聚集控制。
—扫描旋转
这个控制机构使X轴扫描线和水平标尺线对齐。由于地球的磁场在各个地方是不同的，这将会影响示波管显示的扫描线。扫迹旋转功能就用来对此进行补偿。扫描旋转功能是预先调好的，通常只需在示波器搬动后再行调节。
—标尺照明
标尺亮度可以单独控制。这对于屏幕摄影或在弱光线条件下工作时非常有用。
—Z调制
扫描的辉度可以用电气的方法通过一个外加的信号来改变。这对于由外部信号来产生水平偏转以及使用X－Y显示方式来寻找频率关系的应用中是十分有用的。
此信号输入端通常是示波器后面板上的一个BNC插座。
1．2 模拟示波器方框图
CRT是所有示波器的基础。现在我们已经对它有所了解。下面我们就看一看示波管是怎样作为示波器的心脏来起作用的。
我们已经看到，示波器有两个垂直偏转板，两个水平偏转板和一个电子枪。从电子枪发射出的电子束的强度可以用电气的办法来加以控制。
在上术基础上，再增添下面叙述的电路就可以构成一个完整的示波器（见图2）
图2 模拟示波器方框图
示波管的垂直偏转系统包括：
—输入衰减器（每通道一个）
—前置放大器（每通道一个）
—用来选择使用哪一个输入通道的电子开关
—偏转放大器
示波器的水平偏转系统包括：时基、触发电路和水平偏转放大器
辉度控制电路用电子学的方法在恰当的时刻点亮和熄灭扫迹。
为使所有这些电路工作，示波器需要有一个电源。此电源从交流市电或者从机内或外部的电池获取能量，使示波器工作。任何示波器的基本性能都是由它的垂直偏转系统的特性来决定的，所以我们首先来详细地考察这一部分。
1．3 垂直偏转
灵敏度
垂直偏转系统对输入信号进行比例变换，使之能在屏幕上表现出来。示波器可以显示峰峰值电压为几毫伏到几十伏的信号。因此必须把不同幅度的信号进行变换以适应屏幕的显示范围，这样就可以按照标尺刻度对波形进行测量。为此就要求对大信号进行衰减、对小信号进行放大。示波器的灵敏度或衰减器控制就是为此而设置的。
灵敏度是以每格的伏特数来衡量的看一下图3可以知道其灵敏度设置为1V/格。因此，峰峰值为6V的信号使得扫迹在垂直方向的6个格内偏转变化。知道了示波器的灵敏度设置值和电子束在垂直方向扫描的格数，我们就可以测量出信号的峰峰电压值。
在多数的示波器上，灵敏度控制都是按1－2－5的序列步进变化的。即灵敏度。设置颠倒为10mV/格、20mV/格、50mV/、100mV/格等等。灵敏度通常是用幅度上升/下降钮来进行控制的，而在有些示波器则是用转动垂直灵敏度旋钮来进行。
如果使用这些灵敏度步进不能调节信号使之能够准确的按照要求在屏幕上显示，那么就可以使用可变（VAR）控制。在第6章我们将会看到，使用标尺刻度来进行信号上升时间的测量就是一个很好的例子。可变控制能够在1－2－5的步进值之间对灵敏度进行连续调节。通常当使用可变控制时，准确的灵敏度值是不知道的。我们只知道这时示波器的灵敏度是在1－2－5序列的两个步进值之间的某个值。这时我们称该通道的Y偏转是未校准的或表示为"uncal"。这种未校准的状态通常在示波器的前面板或屏幕上指示出来。
在更现代化的示波器，例如我们用作示例的示波器，由于彩用了现代先进的技术进行控制和校准。因此示波器的灵敏度可以在最小值和最大值之间连续变化，而始终保持处于校准状态。
在老式的示波器上，通道灵敏度的设置值是从灵敏度控制旋钮周围的刻度上读出的。而在新型的示波器上，通道灵敏度设置值清晰地显示在屏幕上，如图3所示，或者用一个单独的CD显示器显示出来。
图3 在灵敏度为1v/格的情况下，峰峰值为6v的信号使电子束在垂直方向偏转6格
耦合
耦合控制机构决定输入信号从示波器前面板上的BNC输入端通到该通道垂直偏转系统其它部分的方式。耦合控制可以有两种设置方式，即DC耦合和AC耦合。
DC耦合方式为信号提供直接的连接通路。因此信号提供直接的连接通路。因此信号的所有分量（AC和：DC）都会影响示波器的波形显示。
AC耦合方式则在BDC端和衰减器之间串联一个电容。这样，信号的DC分量就被阻断，而信号的低频AC分量也将受阻或大为衰减。示波器的低频截止频率就是示波器显示的信号幅度仅为其直实幅度为71％时的信号频率。示波器的低频截止频率主要决定于其输入耦合电容的数值。示波器的低频截止频率典型值为10Hz，见图4。
图4 说明AC及DC耦合、输入接地以及50Ω输入阻抗功能选择的简化输入电路
和耦合控制机构有关的另一个功能是输入接地功能。这时，输入信号和衰减器断开并将衰减器输入端连至示波器的地电平。当选择接地时，在屏幕上将会看到一条位于0V电平的直线。这时可以使用位置控制机构来调节这个参考电平或扫描基线的位置。
输入阻抗
多数示波器的输入阻抗为1MΩ和大约25pF相关联。这足以满足多数应用场合的要求，因为它对多数电路的负载效应极小。
有些信号来自50Ω输出阻搞的源。为了准确的测量这些信号并避免发生失真，必须对这些信号进行正确的传送和端接。这时应当使用50Ω特性阻抗的电缆并用50Ω的负载进行端接。某些示波器，如PM3094和PM3394A，内部装有一个50Ω的负载，提供一种用户可选择的功能。为避免误操作，选择此功能时需经再次确认。由于同样的理由，50Ω输入阻抗功能不能和某些探头配合使用。
位置
垂直位置控制或POS控制机构控制扫迹在屏幕Y轴的位置。在输入耦合控制中选择接地，这时就将输入信号断开，这样就可以找到地电平的位置。在更先进的示波器上设有单独的地电平指示器，它可以让用户能连续地获得波形的参考电平。
动态范围
动态范围就是示波器能够不失真地显示信号的最大幅值，在此信号幅值下只要调节示波器的垂直位置仍能观察到波形的全部。对于Fluke公司的示波器来说，动态范围的典型值为24路（3个屏幕）
相加和反向
简单的把两个信号相加起来似乎没有什么实际意义。然百，把两个有关信号之一反向，再将二者相加，实际上就实现了两个信号的相减。这对于消除共模干扰（即交流声），或者进行差分测量都是非常有用的。
从一个系统的输出信号中减去输入信号，再进行适当的比例变换，就可以测出被测系统引起的失真。
由于很多电子系统本身就具有反向的特性，这样只要把示波器的两个输入信号相加就能实现我们所期望的信号相减。
交替和断续
示波器CRT本身一次只能显示一条扫迹。然而，在很多示波器应用中，常常要进行信号的比较，例如，研究输入/输出信号间的关系，或者一个系统对信号的延迟等。这就要求示波器实际上能同时显示不只一个信号。
为了达到这一目的，可以用两种办法来控制电子束：
1.可以交替地画完一条扫迹，再画另一条扫迹。这种方法称为交替模式，或简称为ALT模式。
2.可以在两条扫迹之间迅速的进行开关或斩波切换，从而分段的画出两条扫迹。这称为断续模式或CHOP模式。其结果是在一次扫描的时间里一段接一段的画出两条扫迹。
断续模式适合于在低时基速率下显示低频率信号，因为这时斩波器开关能快速进行切换。
交替模式适合于需要使用较快时基设置的高频率信号的显示。本书中我们用作示例的示波器在不同的扫描速度下能自动地ALT或CHOP模式以给出最好的显示效果。用户也可以手动选择ALT或CHOP模式以适合特殊信号的需求。
带宽
示波器最生根的技术指标就是带宽。示波器的带宽表明了该示波器垂直系统的频率响应。示波器的带宽定义为示波器在屏幕上能以不低于真实信号3dB的幅度来显示信号的最高频率。
—3dB点的频率就是示波器所显示的信号幅度“Vdisp”为示波器输入端真实信号值“Vinput”的71％时的信号频率，如下式所示：设：
dB(伏)＝20log(电压比)
—3Db=20log(Vdisp/Vinput)
—0.15＝log(Vdisp/Vinput)
10-0.15=Vdisp/Vinput
Vdisp=0.7Vinput
图5表示出一个100MHz示波器的典型频率响应曲线。
图5 一台典型为100MHz示波器的频率响应曲线（简化的曲线和实际的曲线）
出于现实的理由，通常把带宽想象成为叔响曲线一直平坦延伸至其截止频率，然后从该频率以－20dB/+倍频程的斜率下降。当然，这是一种简化的考虑。实际上，放大器的灵敏度从较低的频率就开始下降，百在其截止频率达到－3dB。图5中中同时给出了简化的频率响应曲线和实际的频率响应曲线。
带宽限制器
使用带宽限制器可以把通常带宽在100MHz以上的宽带示波器的频带减小到20MHz的典型值。这样就降低了噪声电平和干扰，这对于进行高灵敏度的测量是非常有用的。
上升时间
上升时间直接和带宽有关。上升时间通常规定为信号从其稳态最大值的10％到90％所用的时间。
上升时间是一个示波器从理论上来说能够显示的最快的瞬变的时间。示波器的高频响应曲线是经过认真安排的。这就保证了具有高谐波含量的信号，如方波，能够在屏幕上精确的再现。如果频响曲线下降太快，则在信号的快速上升沿上就会发生振铃现象。如果频响曲线下降太慢，即在频响曲线上下降开始得过早，则示波器总的高频响应就受到影响，使得方波失去“方形”特性。
对于各种通用示波器来说，其高频响应曲线是类似的。从该曲线我们可以得到一个示波器带宽和上升时间的简单关系公式。此公式为：
tr(s)=0.35/BW(Hz)
对于高频示波器来说，这个公式可以表示为：
tr(ns)=350/BW(MHz)
对于一个100MHz的示波器来说，上升时间为3.5（ns=纳秒10－9秒）
在示波器的标尺上刻有标明0％和100％的专门的线，用来进行上升时间的测量。测量时我们先用VAR灵敏度控制机构将被测认号的顶部和底部分别和标有0％和100％的线对齐。
然后找出信号和标尺上标有10％和90％的两条线的交点。这样，上升时间就可以从这两个交点沿X轴方向的时间间隔读出来。
要想测量一台示波器的上升时间，我们使用与上述相同的方法，只是要求测试信号的上升时间应当比该示波器的上升时间短得多。为获得2％的测量误差，测试信号的上升时间至少应小于示波器上升时间的五分之一。示波器上显示的上升时间应当是示波器上升时间和信号上升时间和组合函数。

Ⅶ 示波器探头元件

示波器因为有探头的存在而扩展了示波器的应用范围，使得示波器可以在线测试和分析被测电子电路，如下图：

图1 示波器探头的作用

探头的选择和使用需要考虑如下两个方面：

其一：因为探头有负载效应，探头会直接影响被测信号和被测电路;
其二：探头是整个示波器测量系统的一部分，会直接影响仪器的信号保真度和测试结果

一、探头的负载效应

当探头探测到被测电路后，探头成为了被测电路的一部分。探头的负载效应包括下面3部分：

1. 阻性负载效应;
2. 容性负载效应;
3. 感性负载效应。

图2 探头的负载效应

阻性负载相当于在被测电路上并联了一个电阻，对被测信号有分压的作用，影响被测信号的幅度和直流偏置。有时，加上探头时，有故障的电路可能变得正常了。一般推荐探头的电阻R>10倍被测源电阻，以维持小于10%的幅度误差。

图3 探头的阻性负载

容性负载相当于在被测电路上并联了一个电容，对被测信号有滤波的作用，影响被测信号的上升下降时间，影响传输延迟，影响传输互连通道的带宽。有时，加上探头时，有故障的电路变得正常了，这个电容效应起到了关键的作用。一般推荐使用电容负载尽量小的探头，以减小对被测信号边沿的影响。

图4 探头的容性负载

感性负载来源于探头地线的电感效应，这地线电感会与容性负载和阻性负载形成谐振，从而使显示的信号上出现振铃。如果显示的信号上出现明显的振铃，需要检查确认是被测信号的真实特征还是由于接地线引起的振铃，检查确认的方法是使用尽量短的接地线。一般推荐使用尽量短的地线，一般地线电感=1nH/mm。

图5 探头的感性负载

二、探头的类型

示波器探头大的方面可以分为：无源探头和有源探头两大类。无源有源顾名思义就是需不需要给探头供电。

无源探头细分如下：

1. 低阻电阻分压探头;
2. 带补偿的高阻无源探头(最常用的无源探头);
3. 高压探头

有源探头细分如下：

1. 单端有源探头;
2. 差分探头;
3. 电流探头

最常用的高阻无源探头和有源探头简单对比如下：

表1 有源探头和无源探头对比

低阻电阻分压探头具备较低的电容负载(1.5GHz)，较低的价格，但是电阻负载非常大，一般只有500ohm或1Kohm，所以只适合测试低源阻抗的电路，或只关注时间参数测试的电路。

图6 低输入电阻探头结构

带补偿的高阻无源探头是最常用的无源探头，一般示波器标配的探头都是此类探头。带补偿的高阻无源探头具备较高的输入电阻(一般1Mohm以上)，可调的补偿电容，以匹配示波器的输入，具备较高的动态范围，可以测试较大幅度的信号(几十幅以上)，价格也较低。但是不知之处是输入电容过大(一般10pf以上)，带宽较低(一般500MHz以内)。

图7 常用的无源探头结构

带补偿的高阻无源探头有一个补偿电容，当接上示波器时，一般需要调整电容值(需要使用探头自带的小螺丝刀来调整，调整时把探头连接到示波器补偿输出测试位置)，以与示波器输入电容匹配，以消除低频或高频增益。下图的左边是存在高频或低频增益，调整后的补偿信号显示波形如下图的右边所示。

图8 无源探头的补偿

高压探头是带补偿的无源探头的基础上，增大输入电阻，使得衰减加大(如：100:1或1000:1等)。因为需要使用耐高压的元器件，所以高压探头一般物理尺寸较大。

图9 高压探头的结构

三、有源探头

我们先来观察一下用600MHz无源探头和1.5GHz有源探头测试1ns上升时间阶跃信号的影响。使用脉冲发生器产生一个1ns的阶跃信号，通过测试夹具后，使用SMA电缆直接连接到一个1.5GHz带宽的示波器上，这样示波器上会显示一个波形(如下图中的兰色信号)，把这个波形存为参考波形。然后使用探头点测测试夹具去探测被测信号，通过SMA直连的波形因为受探头负载的影响而变成黄色的波形，探头通道显示的是绿色的波形。然后分别测试上升时间，可以看出无源探头和有源探头对高速信号的影响。

图10 无源探头和有源探头对被测信号和测量结果的影响

具体测试结果如下：

使用1165A 600MHz无源探头，使用鳄鱼嘴接地线：受探头负载的影响，上升时间变为：1.9ns;探头通道显示的波形存在振铃，上升时间为：1.85ns;
使用1156A 1.5GHz有源探头，使用5cm接地线：受探头负载的影响较小，上升时间仍为：1ns;探头通道显示的波形与原始信号一致，上升时间仍为：1ns。

单端有源探头结构图如下，使用放大器实现阻抗变换的目的。单端有源探头的输入阻抗较高(一般达100Kohm以上)，而输入电容较小(一般小于1pf)，通过探头放大器后连接到示波器，示波器必须使用50ohm输入阻抗。有源探头带宽宽(现在可达30GHz)，而负载小，但是价格相对较高(一般每根探头达到同样带宽示波器价格的10%左右)，动态范围较小(这个需要注意，因为超过探头动态范围的信号，不能正确测试。一般动态范围5V左右)，比较脆弱，使用需小心。

图11 有源探头结构

差分探头结构图如下，使用差分放大器实现阻抗变换的目的。差分探头的输入阻抗较高(一般达50Kohm以上)，而输入电容较小(一般小于1pf)，通过差分探头放大器后连接到示波器，示波器必须使用50ohm 输入阻抗。差分探头带宽非常宽(现在可达30GHz)，负载非常小，具有较高共模抑制比，但是价格相对较高(一般每根探头达到同样带宽示波器价格的10%左右)，动态范围也较小(这个需要注意，因为超过探头动态范围的信号，不能正确测试。一般动态范围3V左右)，比较脆弱，使用需小心。

差分探头适合测试高速差分信号(测试时不用接地)，适合放大器测试，电源测试，适合虚地测试等应用。

图12 差分探头结构

电流探头也是有源探头，利用霍尔传感器和感应线圈实现直流和交流电流的测量。电流探头把电流信号转换成电压信号，示波器采集电压信号，再显示成电流信号。电流探头可以测试几十毫安到几百安培的电流，使用时需要引出电流线(电流探头是把导线夹在中间进行测试的，不会影响被测电路)。

电流探头在测试直流和低频交流时的工作原理：

当电流钳闭合，把一通有电流的导体围在中心时，响应地会出现一个磁场。这些磁场使霍尔传感器内的电子发生偏转，在霍尔传感器的输出产生一个电动势。电流探头根据这个电动势产生一个反向(补偿)电流送至电流探头的线圈，使电流钳中的磁场为零，以防止饱和。电流探头根据反向电流测得实际的电流值。用这个方法，能够非常线性的测量大电流，包括交直流混合的电流。

图13 电流探头测试直流和低频时的工作原理

电流探头在测试高频时的工作原理：

随着被测电流频率的增加，霍尔效应逐渐减弱，当测量一个不含直流成分的高频交流电流时，大部分是通过磁场的强弱直接感应到电流探头的线圈。此时，探头就像一个电流变压器，电流探头直接测量的是感应电流，而不是补偿电流，功放的输出为线圈提供一个低阻抗的接地回路。

图14 电流探头测试高频时的工作原理

电流探头在交叉区域时的工作原理：

当电流探头工作在20KHz的高低频交叉区域时，部分测量是通过霍尔传感器实现的，另一部分是通过线圈实现的。

图15 电流探头交叉区域的工作原理

四、有源探头附件

现代的高带宽有源探头都采用分离式的设计方法，即：探头放大器与探头附件部分分开。这样设计的好处是：

1、支持更多的探头附件，使得探测更加的灵活;
2、保护投资，最贵的是探头放大器(一个探头放大器可以支持多种探测方式，以前需要几个探头来实现);同时探头附件保护探头放大器(探头附件即使损坏，价格也相对便宜);
3、这种设计方式容易实现高带宽。

图16 探头附件

这些探头附件，主要包括以下几种：

1、点测探头附件(包括：单端点测和差分点测);
2、焊接探头附件(包括：单端焊接和差分焊接，分离式的ZIF焊接);
3、插孔探头附件;
4、差分SMA探头附件(示波器一般直接支持SMA连接，但是如果被测信号需要上拉如HDMI，则必须使用SMA探头附件)。

探头附件的电路结构如下图所示：

1、在探头附件尖端部分会有一对阻尼电阻(一般82ohm)，这对阻尼电阻的作用是消除探头附件尖端部分的电感的谐振影响;
2、探头尖端部分的后面是25Kohm的电阻，这个电阻决定了探头的输入阻抗(直流输入阻抗即电阻：单端25Kohm，差分50Kohm)，这个电阻使得被测信号传输到探头放大器部分的功率是非常小的，不至于对被测信号有较大影响。
3、25Kohm的电阻后面是同轴传输线部分，这个传输线负责把小信号传输到放大器。这个传输线的长度可以很长，也可以很短，中间可以加衰减器，也可以加耦合电容。
4、同轴传输线连接到放大器，放大器是50ohm匹配的(差分100ohm匹配)。

图17 有源探头附件的结构

有源探头为了保持探头的精确度，需要工作在恒温状态，所以探头放大器不能放置到高低温箱里进行高低温环境下被测电路板的测试。从探头附件结构中可见中间的50ohm传输线的长短不影响探测，所以可以用很长的同轴电缆或扩展同轴电缆，让这个同轴电缆伸进高低温箱里进行高低温换进下被测电路板的测试。如下图是N5450A扩展电缆，使用N5381A焊接探头附件，可以工作在-55°到150°温度范围。

图18 高低温探头结构原理

使用N5450A扩展电缆和N5381A探头附件，使用1169A 12GHz探头放大器，在-55°和150°环境下的频响曲线如下图所示，可见能够满足高速信号测试的要求。

图19 高低温探头在高低温下的频响

五、探头及附件准确度验证

下图是一个例子：被测信号是一个频率456MHz，边沿时间约65ps的时钟信号，分别使用不同类型的探头和探头附件的测试结果。

A图是使用12GHz的1169A差分探头和N5381A 12GHz焊接探头附件的测试结果，几乎完全复现被测信号;

B图是使用500MHz的无源探头的测试结果，显示的信号完全失真;

C图是使用12GHz的1169A差分探头和较长的测试引线的测试结果，显示的信号出现很大的过冲;

D图是使用4GHz的1158A单端探头和较长的测试引线的测试结果，显示的信号几乎是正弦波，失真较大。

图20 不同探头附件测试结果对比

从图中可见探头和探头附件对测试精确度的影响是非常大的，是我们测试高速信号应该重点注意的内容之一。那我们应该如何验证探头和探头附件呢?

验证探头和探头附件需要使用一台脉冲码型发生器(如:81134A，3.35GHz速率，60ps边沿的脉冲码型发生器)，如果示波器自带高速信号输出功能，也可以使用示波器的这个辅助输出口代替脉冲码型发生器(如: Infiniium示波器的AUX OUT端口可以发一个高速时钟：456MHz频率，约65ps边沿)。另外，需要同轴电缆和测试夹具(Infiniium示波器配置的探头校准夹具可以作为探头和探头附件验证测试夹具)。测试夹具的外表是地(Ground)，里面走线是信号(Signal)，如下图所示。使用时，通过同轴电缆把一端接到脉冲码型发生器或示波器的辅助输出AUX OUT端口，另外一端通过适配器连接到示波器的通道1上。

图21 探头验证夹具

然后把被验证的探头连接到通道2上，探头通过探头附件可以接触到测试夹具的信号和地(如果是差分探头，那么把+端连接到测试夹具的信号线，把-端连接到测试夹具的地上)。

1、如果探头不接触信号线，则屏幕上会出现一个原始波形，存为参考波形;
2、当用探头探测信号线时，通道1的波形会发生变化，这个变化后的波形就是被探头和探头附件影响后的被测信号;
3、这时，连接探头的通道2会出现一个波形，这个波形是探头测试到的波形;
4、通过对比参考波形，通道1的波形，和连接探头的通道2的波形，就可以直观的看出或通过测试参数读出三者的差别，可以验证探头和探头附件的影响。

图22 探头验证连接和原理

下图是实际验证的一个例子，图A把示波器的AUX OUT通过同轴电缆连接到测试夹具，测试夹具的另一端通过SMA-PBNC适配器连接到示波器的一个通道上(此例连接到通道3)，把探头连接到通道1上，此时调整屏幕上的波形，使得出现一个边沿阶跃波形，如图C所示，并把此波形存为参考波形。如图B把被验证探头和附件点测到测试夹具上，如图D所示，屏幕上出现3个波形，兰色的是参考波形，绿色的是受探头影响后的被测波形，黄色的是探头显示的波形，通过测试上升时间参数，过冲参数等，可确认探头和探头附件的性能。

图23 探头验证实例

Ⅷ 什么是振铃现象如何消除方法

振铃的危害：

MEI测试在振铃频率容易超标。
振铃将引起振铃回路的损耗，造成器件发热和降低效率。
振铃电压幅度超过临界值将引起振铃电流，破环电路正常工况，效率大幅度降低。
振铃的成因：

振铃多半是由结电容和某个等效电感的谐振产生的。对于一个特定频率的振铃，总可以找到原因。电容和电感可以确定一个频率，而频率可以观察获得。电容多半是某个器件的结电容，电感则可能是漏感。
振铃最容易在无损（无电阻的）回路发生。比如：副边二极管结电容与副边漏感的谐振、杂散电感与器件结电容的谐振、吸收回路电感与器件结电容的谐振等等。
振铃的抑制：

磁珠吸收，只要磁珠在振铃频率表现为电阻，即可大幅度吸收振铃能量，但是不恰当的磁珠也可能增加振铃。
RC 吸收，其中C可与振铃（结）电容大致相当，R 按RC吸收原则选取。
改变谐振频率，比如：只要将振铃频率降低到PWM频率相近，即可消除PWM上的振铃。
特别地，输入输出滤波回路设计不当也可能产生谐振，也需要调整谐振频率或者其他措施予以规避。
吸收缓冲能量再利用

振铃的成因危害和抑制
RCD吸收能量回收电路

只要将吸收电路的正程和逆程回路分开，形成相对0 电位的正负电流通道，就能够获得正负电压输出。其设计要点为：

RCD吸收电路参数应主要满足主电路吸收需要，不建议采用增加吸收功率的方式增加直流输出功率。输出电流由L1、R1控制。逆程回路的阻抗同样应满足吸收回路逆程时间的需要，调整L1、R1的大小可控制输出功率大小，当R1减少到0 时，该电路达到最大可能输出电流和最大输出功率。

输出电压基本上可由齐纳门槛电压任意设定，需注意齐纳二极管的功率匹配。

RCD钳位能量回收电路

下图为12V1KW副边全波整流原3.5WRC 吸收能量用RCD钳位吸收回收为3W24V风扇电源的电路。RCD钳位吸收回收电路输出电压与钳位电压有关，可控制范围有限。如果回收电源负载不能确定，需要确保在任意负载状态下吸收状态不变，不影响主电路。注意回收电路的接地，避免成为共模干扰源。调整R1，严格控制吸收程度，确保钳位工况