示波器是经典比较通用的做时域波形测试的仪器,有时候也可以用来测量电流或光信号等,但是需要通过相应的探头或者转换器转换成电压信号来进行测量。
示波器从字面意思可以理解为显示波形的仪器,那么波形到底是什么呢?其主要分为两种:时域和频域波的波形。对于示波器来说,其显示的波形是随电压随时间的变化波形。在产品的屏幕上,横轴表示的是时间,纵轴则是被测信号电压,示波器上的波形反映的就是被测信号电压随时间变化的轨迹。
示波器上显示的时域波形
示波器可以显示被测点电压信号的变化,而分析了解被测件各个节点电压的变化情况是电子行业最基本的需求,因此示波器广泛应用于电子,通信,计算机,医疗,汽车,航天等各个行业中。也正因为这个原因,示波器是比较通用,也是全球销售额较大的测量仪器,每年示波器的销售额都超过10亿美金。
示波器按其次实现原理主要分为模拟示波器和数字示波器,按其采样方式分类实时示波器和采样示波器,有些示波器厂商出于市场宣传货突出某种特点的目的给示波器起了了不起的名称,或增加了一些额外的测量模块,但在大的基本结构上都没有脱离以上的基本分类。
1、模拟示波器
出现于20世纪40年代,是比较早出现的一款示波器,这款示波器采用是阴极射线管的显示屏,而且宽带也只有几MHz,下图为结构框图:
模拟示波器的触发一般都比较简单,通常就是边沿触发。在设置好相应的边沿触发条件后,一旦被测信号的有效边沿来,示波器内部就开始产生锯齿波控制水平方向的扫描,这样在示波器屏幕上每次看到的波形都是被测信号触发点以后的波形。如果被测的信号是周期性的,例如是时钟信号,在示波器上就可以看到稳定的信号波形。
2、数字示波器
这款示波器出现要稍晚一些,20世纪80年代,在宽带,触发以及分析能力方面全面超越了模拟示波器。
数字示波器与模拟示波器最大的区别就是输入信号,数字示波器是通过高速芯片对输入信号进行采样和数字化,并把数字化样点保存到缓存中,然后通过信号处理电路把缓存里的数据读出出来,通过DAC芯片把相应的数字转换成模拟量,并显示在CRT显示屏上。
早起数字示波器结构图
2.数字示波器的五大特点
数字示波器采用LCD液晶显示屏作为显示器件,内部电路采用数字技术,使示波器的性能得到了进一步提升,同时宽带也得到了提升,它主要以微处理器,数字存储器,A/D与D/A转换核心,输入信号通过A/D转换把模拟波形转换成数字信息,存储在数字存储器内,显示时再从存储器中读出,经过D/A转换器将数字信息转换成模拟波形显示到液晶显示屏上。 数字示波器特点: 1、波形显示比其他更加直观 数字示波器可以很直观在显示屏上观察出出波形的类型,屏幕标尺的幅度,周期等,方便用户更好计算出需求的数据。 2、可自动进行调整 数字示波器一般都具有自动设置按钮,在使用时按下自动设置按钮,示波器变回自动对其输入信号进行检测搜索,并自动设置成较佳状态进行输出,显示在液晶显示屏上。 3、可进行屏幕捕捉和存储 在观察波形时如果正在显示的检测波形为动态波形,我们可以使用屏幕捕捉按键,是显示屏上显示的波形暂停,就是相当于存储记忆了波形,便于使用者分析波形的参数。 4、可与电脑进行连接 大部分数字示波器都有USB接口,可以通过USB与电脑相连接,在电脑里安装相应的软件后可以通过电脑对示波器进行控制,并可以使用电脑进行波形数据的存储和影响采集,便于以后使用。 5、宽带高 由于数字示波器采用数字技术处理波形,所显示波形的频率不收显示器件的影响,而模拟示波器的显示屏最高显示频率为1GHz,无法再显示更高频率的波形,数字示波器采用LCD液晶显示器不收频率的限制,可以显示更高的频率,如果改善带宽只需要将前端的A/D转换性能,对显示器和扫描电路没有特殊的要求。
数字示波器可以在多条通道中显示高速重复的信号以及单次信号,还可以通过触发来捕获难以捕获的毛刺和瞬态事件。因此,选择一款合适的示波器至关重要。除了要符合工作方式和工作地点之外,还有一些虽然是老生长谈但仍需注意的参数,今天我们就一起来看一看。
一、带宽
带宽是示波器最核心的参数,也是档次级的一个参数。
入门级的示波器通常带宽是100Mhz,它们可以准确地测量20MHz以内的正弦波信号幅度。而对于数字信号来说,示波器必须至少能够捕获五次谐波才能避免画面失真,那么也要求整个测量系统的带宽是信号最大模拟带宽的5倍,这就是我们常说的5倍法则了。选择合适的带宽只需要对日常测量信号的最高频率有所把控即可。
二、通道数
主要是一个成本问题,因为通道数增加势必成本会提升。选择几个通道的示波器要视具体情况而定。
三、波形刷新率
由于示波器先存储后处理的原理,导致了波形观测不可避免存在死区时间。因此,不同波形刷新率的示波器能够捕获低概率异常信号的能力就大有不同。
四、存储深度
通用示波器的采样率都是带宽的5倍,比如200MHz带宽的示波器一般的采样率都是1G(此时更高的采样率并不能带来较大提升),因此这个参数并没有给用户太多的选择。而相反这样高的采样率,势必会对存储深度这个参数有所要求,1G的采样率,即使只看5ms波形,也要求有5M的存储深度,否则示波器的采样率就会下降。
只要这四点定了之后,示波器就波形观测而言不会有太大的问题了,毕竟基本的功能各家示波器都是大同小异。当然针对特定的功能,选择起来肯定还有更深的东西,比如您需要示波器有数字滤波的功能,又或者在调试的过程中有一些很难抓的信号等等。
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。
它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。
数字示波器是数据采集,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。
数字示波器是设计、制造和维修电子设备不可或缺的工具。
随着科技及市场需求的快速发展,工程师们需要的工具,迅速准确地解决面临的测量挑战。
作为工程师的眼睛,数字示波器在迎接当前棘手的测量挑战中至关重要。
数字示波器操作规程
1.使用前详细阅读使用说明书。
2.开机后调整好亮度、辉度控制钮。
3.正确连接探棒、电源线(注意电压程选择)。
4.根据检测要求选择好各个转换键量程,量程与接近被测值,精确度越高。
5.在检测过程中应充分运用公式f=1/T,由此计算信号的频率及周期。
6.在检测过程中注意监听仪器在工作过程中所发出的声音,如出现异常应及时切断电源。
7.切记:电源开关的接通与断开。间隔时间应在30秒以上,否则易损坏仪器的显象管及内部的高压部分电路。
8.检测完毕后,应切断电源,整理好探棒。