示波器用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器,由电子管放大器、扫描振荡器、阴极射线管等组成。除观测电流的波形外,还可以测定频率、电压强度等。凡可以变为电效应的周期性物理过程都可以用示波器进行观测。
示波器种类:
示波器分为数字示波器和模拟示波器。模拟示波器采用的是模拟电路(示波管,其基础是电子枪)电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。而数字示波器则是数据采集,A/D转换,软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单,能提供给用户多种选择,多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储,实现对波形的保存和处理。
示波器工作原理:
利用显示在示波器上的波形幅度的相对大小来反映加在示波器Y偏转极板上的电压最大值的相对大小,从而反映出电磁感应中所产生的交变电动势的最大值的大小。因此借助示波器可以研究感应电动势与其产生条件的关系。
利用示波器能观察各种不同电信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同信号的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。双踪示波器是由两个通道的y轴前置放大电路、门控电路、电子开关、混合电路、延迟电路、y轴后置放大电路、触发电路、扫描电路、x轴放大电路、z轴放大电路、校准信号电路、示波管和高低压电源供给电路等组成。观察信号波形时,被测信号UA、UB,通过CHA、CHB两个输入端输入示波器,先分别送到y轴前置放大电路yA和yB进行放大。因通道yA和通道yB都受电子开关的控制,所以UA,UB两信号轮换着输送到后面的混合电路,延迟电路,y轴后置放大电路,加到示波管的垂直偏转板上。
为了适应各种不同的测试需要,电子开关可有五种不同的工作状态,即CHA、CHB、交替、断续、ADD等。这五种工作状态由显示方式开关来控制:
当显示方式开关置于交替位置时,电子开关为一双稳态电路。它受由扫描电路来得闸门信号控制,使得y轴两个前置通道随着扫描电路闸门信号的变化而交替地工作。每秒钟交替转换次数与由扫描电路产生的扫描信号的重复频率有关。交替工作状态适用于观察频率不太低的被测信号。
当显示方式开关置于断续位置时,电子开关是一振荡频率约为200KHZ的自激多谐振荡电路。由它的两个输出端输出相位相反的两个矩形信号。前置放大电路CHA和CHB是受上述两个矩形信号控制而轮流工作的。这样就可以稳定地显示出两个信号。这种断续工作状态适用于观察频率不太高的被测信号。
当显示方式开关置于CHA或CHB位置时,电子开关为一单稳态电路。前置放大电路CHA或CHB可单独工作,此时,双踪示波器可作为普通单线示波器使用。
当显示方式开关置于ADD位置时,电子开关处于不工作状态。此时,CHA,CHB两通道同时工作,因而可得到两信号相加或两信号相减的显示。然而,两信号究竟是相加还是相减,这要通过CHA通道的极性作用开关来选择。
为了观察被测试信号随时间变化的波形,示波器的水平偏转板上必须加以线性扫描电压(锯齿波电压)。这个扫描电压是由扫描电路产生的。当触发信号加到触发电路时,触发扫描电路就产生相应的扫描信号,当不加触发信号时,扫描电路就不产生扫描信号。触发方式有内触发,外触发两种,由触发源选择开关来选择,当该开关置于内的位置时,触发信号来自经y轴通道送入的被测信号,当该开关置于外的位置时,触发信号是由外部送入的。这个信号应与被测信号的频率成整数比的关系。示波器使用中,多数采用内触发工作方式。扫描电路产生扫描信号(锯齿波电路)。通过x轴选择开关接到x轴放大电路,经放大后送到示波器的x轴偏转板上。Z轴放大电路对荧光屏上光点辉度起着调节的作用,抹去不必要显示的光点轨迹。当扫描电路的闸门信号来到z轴放大电路时,z轴放大电路便输出正向的增辉脉冲信号,加至示波器的控制极。这就是说,在扫描信号的正程时,荧光屏上的光点得以增辉,在电子开关的转换过程中,电子开关电路将输出脉冲信号也加至z轴放大电路,此时z轴放大电路便输出负向脉冲信号,加至示波器的控制极。这样在电子开关的转换过程中,就消除了两通道交替工作时的过度光点,以提高显示波形的清晰度。校正信号产生电路产生一个一定频率和幅度的矩形信号。它是作校正y轴放大电路的灵敏度和x轴的扫描速度之用的。高低压电源,其中高压是供给示波管显示系统的。低压供给示波器各级电路。
1、带宽
所有示波器都有一个在较高频率上滚降的低通频响。示波器带宽是指正弦曲线输入信号衰减到信号真实幅度70.7%的频率,也就是-3dB点。您的示波器必须有足够的带宽,以便捕获信号的所有相关频率成分。如果您定期处理数字信号,那么通过比较信号和示波器的上升时间指标,可以比较容易考察带宽。使用的示波器的上升时间指标应该比信号上升时间快五倍,以使误码保持在2%以下。
2、采样率
示波器采样速度越快,分辨率就越高,显示的波形细节也就越好,关键信息或事件丢失的可能性也越小。推荐最低5倍过采样,以保证捕获信号细节,避免出现假信号。
准则:采样率>5x(最高的频率成分)
3、记录长度
记录长度是示波器在一次采集中可以数字化和存储的样点数量。由于示波器只能存储数量有限的样点,所以波形时长或捕获的“时间”长度与示波器的采样率成反比。记录长度越长,以高分辨率捕获的时间窗口越长。
准则:捕获的时间=(记录长度)/(采样率)
4、数字通道和频谱分析仪输入
当今示波器为在系统级调试复杂设计不仅仅提供了模拟通道。如果您需要分析一条并行总线或多条串行总线,MSO系列混合信号示波器为一次分析多个信号提供了16条数字通道及较多4条模拟通道。
如果您正在处理RF信号,MDO系列混合域示波器提供了内置频谱分析仪,能够以时间相关的方式分析模拟信号、数字信号和RF信号。
5、特性和分析功能
示波器提供了广泛的特性和分析功能。在选择示波器时,应考察提供的触发功能、波形搜索工具、自动测量功能及分析软件包,如串行总线分析、抖动和电源分析,确保满足您的需求。
触发是数字示波器区别于模拟示波器的最大特征之一。数字示波器的触发功能非常地丰富,通过触发设置使用户可以看到触发前的信号也可以看到触发后的信号。对于高速信号的分析,其实很少去谈触发,因为通常是捕获很长时间的波形然后做眼图和抖动分析。触发可能对于低速信号的测量应用得频繁些,因为低速信号通常会遇到很怪异的信号需要通过触发来隔离。 示波器上的触发电平: 直观讲,触发电平是使示波器进行扫描的信号,一般示波器打开都处于自动触发,像测连续的重复信号时,比较方便。但测一些特定位置的数据,就需要精确触发了。触发电平格式又分为上升沿、下降沿、还有一些其它信号,比如I2C串口数据,进行精确触发,这是利用数据特征触发的。还有就是使用外触发,可以选择一个其它通道当外触发通道。比如你调试MCU,可编程使某IO在特定动作之前输出个电平,动作之后恢复,把这个脉冲输入某通道当触发信号(设置触发为NORM方式),此时采集的那个通道只有在这个触发位置前后有数据稳定显示,不会跑掉,且触发的脉冲对应的采集通道信号部分就是需要观察的精确范围,便于分析。 触发电平选择方法: 触发电平调节又叫同步调节,它使得扫描与被测信号同步。电平调节旋钮调节触发信号的触发电平。一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时,扫描即被触发。顺时针旋转旋钮,触发电平上升;逆时针旋转旋钮,触发电平下降。当电平旋钮调到电平锁定位置时,触发电平自动保持在触发信号的幅度之内,不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。当信号波形复杂,用电平旋钮不能稳定触发时,用释抑(HoldOff)旋钮调节波形的释抑时间(扫描暂停时间),能使扫描与波形稳定同步。 极性开关用来选择触发信号的极性。拨在“+”位置上时,在信号增加的方向上,当触发信号超过触发电平时就产生触发。拨在“-”位置上时,在信号减少的方向上,当触发信号超过触发电平时就产生触发。触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。