数字存储示波器是2010年泰克公司针对中国市场推出的具备更多功能和更多性能的入门机型,截止2012年6月,TDS数字存储示波器系列凭借其在数字实时采样方面的性能表现,加上所具备的多样的分析功能和简洁直观的操作获得"全球zui受欢迎的示波器"称号,更累积销量达到15万台。
数字存储示波器定义
数字存储示波器(Digital Storage oscilloscopes-DSO),所谓数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来储存信号。一般具有以下数字存储示波器特点:
1.可以显示大量的预触发信息
2.可以通过使用光标和不使用光标的方法进行全自动测量
3.可以长期存储波形
4.可以将波形传送到计算机进行储存或供进一步的分析之用
5.可以在打印机或绘图仪上制作硬考贝以供编制文件之用
6.可以把新采集的波形和操作人员手工或示波器全自动采集的参考波形进行比较
7.可以按通过/不通过的原则进行判断
8.波形信息可以用数学方法进行处理
数字存储示波器工作原理
数字存储示波器有别于一般的模拟示波器,它是将采集到的模拟电压信号转换为数字信号,由内部微机进行分析、处理、存储、显示或打印等操作。这类示波器通常具有程控和遥控能力,通过GPIB接口还可将数据传输到计算机等外部设备进行分析处理。
其工作过程一般分为存储和显示两个阶段,在存储阶段,首先对被测模拟信号进行采样和量化,经A/D转换器转换成数字信号后,依次存入RAM中,当采样频率足够高时,就可以实现信号的不失真存储。当需要观察这些信息时,只要以合适的频率把这些信息从存储器RAM中按原顺序取出,经D/A转换和LPE滤波后送至示波器就可以观察的还原后的波形。
普通模拟示波器 CRT 上的 P31 荧光物质的余辉时间小于 1ms。在有些情况下,使用 P7 荧光物质的 CRT 能给出大约 300ms 的余辉时间。只要有信号照射荧光物质,CRT 就将不断显示信号波形。而当信号去掉以后使用 P31 材料的 CRT 上的扫迹迅速变暗,而使用 P7 材料的 CRT 上的扫迹停留时间稍长一些。
那么,如果信号在一秒钟内只有几次,或者信号的周期仅为数秒,甚至信号只猝发一次,那又将会怎么样呢?在这种情况下,使用我们上面介绍过的模拟示波器几乎乃至于完全不能观察到这些信号。
所谓数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来贮存信号。当信号进入数字存储示波器,或称 DSO 以后,在信号到达CRT 的偏转电路之前,示波器将按一定的时间间隔对信号电压进行采样。然后用一个模/数变换器(ADC)对这些采样值进行变换从而生成代表每一个采样电压的二进制字。这个过程称为数字化。
获得的二进制数值贮存在存储器中。对输入信号进行采样的速率称为采样速率。采样速率由采样时钟控制。对于一般使用情况来说,采样速率的范围从每秒 20 兆次(20MS/s)到 200MS/s。存储器中贮存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形。所以,在DSO中的输入信号接头和示波器 CRT 之间的电路不只是仅有模拟电路。输入信号的波形在 CRT 上获得显示之前先要存贮到存储器中,我们在示波器屏幕上看到的波形总是由所采集到数据重建的波形,而不是输入连接端上所加信号的直接波形显示。
用示波器测量信号频率的方法很多,下面介绍常用的两种基本方法。 1、周期法 对于任何周期信号,可用前述的时间间隔的测量方法,先测定其每个周期的时间T,再用下式求出频率f:f=1/T 例如示波器上显示的被测波形,一周期为8div,“t/div”开关置“1μs”位置,其“微调”置“校准”位置。则其周期和频率计算如下: T=1us/div&TImes;8div=8us f=1/8us=125kHz 所以,被测波形的频率为125kHz。 2、李沙育图形法测频率 将示波器置X-Y工作方式,被测信号输入Y轴,标准频率信号输入“X外接”,慢慢改变标准频率,使这两个信号频率成整数倍时,例如fx: fy=1:2,则在荧光屏上会形成稳定的李沙育图形。 李沙育图形的形状不但与两个偏转电压的相位有关,而且与两个偏转电压的频率也有关。用描迹法可以画出ux与uy的各种频率比、不同相位差时的李沙育图形。 利用李沙育图形与频率的关系,可进行准确的频率比较来测定被测信号的频率。其方法是分别通过李沙育图形引水平线和垂直线,所引的水平线垂直线不要通过图形的交叉点或与其相切。若水平线与图形的交点数为m,垂直线与图形的交点数n,则fy/fx=m/n 当标准频率fx(或fy)为已知时,由上式可以求出被测信号频率fy(或fx)。显然,在实际测试工作中,用李沙育图形进行频率测试时,为了使测试简便正确,在条件许可的情况下,通常尽可能调节已知频率信号的频率,使荧光屏上显示的图形为圆或椭圆。这时被测信号频率等于已知信号频率。 由于加到示波器上的两个电压相位不同,荧光屏上图形会有不同的形状,但这对确定未知频率并无影响。 李沙育图形法测量频率是相当准确的,但操作较费时。同时,它只适用于测量频率较低的信号。
1、获得基线: 当操作者在使用无使用说明书的示波器时,首先要获得一条最细的水平基线,其具体方法如下:(1)预置面板各开关、旋钮。亮度置适中,聚焦和辅助聚焦置适中,垂直输入耦合置“AC’’,垂直电压量程选择置"5mv/div",垂直工作方式选择置“CHl”,垂直灵敏度微调校准位置置“CAL",垂直通道同步源选择置中间位置,垂直位置置中间位置,A和B扫描时间因数一起预置在“0、5ms/div",A扫描时间微调置校准位置“CAL’’,水平位移置中间位置,扫描工作方式置“A”,触发同步方式置“AUTO",斜率开关置“+”,触发耦合开关置“AC’’,触发源选择置"INT"。(2)按下电源开关,电源指示灯点亮。(3)调节A亮度聚焦等有关控制旋钮,可出现纤细明亮的扫描基线,调节基线使其位置于屏幕中间与水平坐标刻度基本重合。(4)调节轨迹平行度控制使基线与水平坐标平行。 2、显示信号: 一般情况下,示波器本身均有一个0、5Vp—p标准方波信号输出口,当获得基线后,即可将探头接到此处,此时屏幕应有一串方波信号,调节电压量程和扫描时间因数旋钮,方波的幅度和宽窄应变化,至此说明示波器基本调整完毕可以投入使用。 3、测量信号: 将测试线接在CHl或CH2输入插座,测试探头触及测试点,即可在示波器上观察到波形。如果波形幅度太大或太小,可调整电压量程旋钮;如果波形周期显示不适合,可调整扫描速度旋钮。 4、选择Y轴耦合方式: 根据被测信号频率的高低,将Y轴输入耦合方式选择“AC-地-DC”开关置于AC或DC。 5、选择Y轴灵敏度: 根据被测信号的大约峰-峰值(如果采用衰减探头,应除以衰减倍数;在耦合方式取DC档时,还要考虑叠加的直流电压值),将Y轴灵敏度选择V/div开关(或Y轴衰减开关)置于适当档级。实际使用中如不需读测电压值,则可适当调节Y轴灵敏度微调(或Y轴增益)旋钮,使屏幕上显现所需要高度的波形。 6、选择触发(或同步)信号来源与极性: 通常将触发(或同步)信号极性开关置于“+”或“-”档。 7、选择扫描速度: 根据被测信号周期(或频率)的大约值,将X轴扫描速度t/div(或扫描范围)开关置于适当档级。实际使用中如不需读测时间值,则可适当调节扫速t/div微调(或扫描微调)旋钮,使屏幕上显示测试所需周期数的波形。如果需要观察的是信号的边沿部分,则扫速t/div开关应置于较快扫速档。 8、输入被测信号: 被测信号由探头衰减后(或由同轴电缆不衰减直接输入,但此时的输入阻抗降低、输入电容增大),通过Y轴输入端输入示波器。