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示波器选购指南如何挑选购买示波器

时间：2020-08-10 来源：仪多多仪器网作者：仪多多商城

示波器选购指南： 示波器是一种图形显示设备，它描绘电信号的波形曲线。这一简单的波形能够说明信号的许多特性：信号的时间和电压值、振荡信号的频率、信号所代表电路中“变化部分”信号的特定部分相对于其它部分的发生频率、是否存在故障部件使信号产生失真、信号的直流成份（DC）和交流成份（AC）、信号的噪声值和噪声随时间变化的情况、比较多个波形信号等。示波器种类: 一、模拟示波器. 二、数字示波器. 三、数字荧光示波器. 四、基于PC的数字示波器五、手持数字示波器. １、示波器的发展过程初期主要为模拟示波器廿世纪四十年代是电子示波器兴起的时代，雷达和电视的开发需要性能良好的波形观察工具，泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器，这是近代示波器的基础。五十年代半导体和电子计算机的问世，促进电子示波器的带宽达到100MHz。六十年代美国、日本、英国、法国在电子示波器开发方面各有不同的贡献，出现带宽6GHz的取样示波器、带宽4GHz的行波示波管、1GHz的存储示波管；便携式、插件式示波器成为系列产品。七十年代模拟式电子示波器达到高峰，行谱系列非常完整，带宽1GHz的多功能插件式示波器标志着当时科学技术的高水平，为测试数字电路又增添逻辑示波器和数字波形记录器。模拟示波器从此没有更大的进展，开始让位于数字示波器，英国和法国甚至退出示波器市场，技术以美国比较好，中低档产品由日本生产。模拟示波器要提高带宽，需要示波管、垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用记忆、存储和处理，以及多种触发和预前触发能力。廿世纪八十年代数字示波器异军突起，成果累累，大有全面取代模拟示波器之势，模拟示波器逐渐从前台退到后台。但是在发展初期模拟示波器的某些特点，却是数字示波器所不具备的： ○ 操作简单：全部操作都在面板上可以找到，波形反应及时，数字示波器往往要较长处理时间。 ○ 垂直分辨率高：连续而且无限级，数字示波器分辨率一般只有8位至10位。 ○ 数据更新快：每秒捕捉几十万个波形，数字示波器每秒捕捉几十个波形。 ○ 实时带宽和实时显示：连续波形与单次波形的带宽相同，数字示波器的带宽与取样率密切相关，取样率不高时需借助内插计算，容易出现混淆波形。简而言之，模拟示波器为工程技术人员提供眼见为实的波形，在规定的带宽内可非常放心进行测试。人类五官中眼睛视觉神经十分灵敏，屏幕波形瞬间反映至大脑作出判断，细微变化都可感知。因此，刚开始模拟示波器深受使用者的欢迎。中期数字示波器独领风骚八十年代的数字示波器处在转型阶段，还有不少地方要改进，美国的TEK公司和HP公司都对数字示波器的发展作出贡献。它们后来停产模拟示波器，并且只生产性能好的数字示波器。进入九十年代，数字示波器除了提高带宽到1GHz以上，更重要的是它的全面性能超越模拟示波器。出现所谓数字示波器模拟化的现象，换句话说，尽量吸收模拟示波器的优点，使数字示波器更好用。数字示波器首先在取样率上提高，从最初取样率等于两倍带宽，提高至五倍甚至十倍，相应对正弦波取样引入的失真也从100%降低至3%甚至1%。带宽1GHz的取样率就是5GHz/s，甚至10GHz/s。其次，提高数字示波器的更新率，达到模拟示波器相同水平，最高可达每秒40万个波形，使观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲的能力大为增强。再次，采用多处理器加快信号处理能力，从多重菜单的烦琐测量参数调节，改进为简单的旋钮调节，甚至完全自动测量，使用上与模拟示波器同样方便。最后，数字示波器与模拟示波器一样具有屏幕的余辉方式显示，赋于波形的三维状态，即显示出信号的幅值、时间以及幅值在时间上的分布。具有这种功能的数字示波器称为数字荧光示波器或数字余辉示波器即数模兼合。数字示波器要有模拟功能模拟示波器用阴极射线管显示波形，示波管的带宽与模拟示波器的相同，亦即示波管内电子运动速度与信号频率成正比，信号频率越高电子速度越快，示波管屏幕的亮度与电子束的速度成反比，低频波形的亮度高，高频波形的亮度低。利用荧光屏幕的亮度或灰度容易获得信号的第三维信息，如用屏幕垂直轴表示幅度，水平轴表示时间，则屏幕亮度可表示信号幅度随时间分布的变化。这种与时间有关的荧光余辉（灰度定标）效应对观察混合波形和偶发波形十分有效，模拟存储示波器就是这种专用示波器的代表产品，最高的性能达到800MHz带宽，可记录到1ns左右的快速瞬变偶发事件. 数字示波器缺少余辉显示功能,因为它是数字处理，只有两个状态，非高即低，原则上波形也是“有”和“无”两个显示。为达到模拟示波器那样的多层次亮度变化，必须采用专用图象处理芯片，例如TEK公司采用DPX型处理器芯片，具有数据采集、图象处理和存储等多项功能，DPX芯片由130万个晶体管组成，采用0.65μm的CMOS工艺，并行流水结构，取样率高。它既是数据采集芯片，同时也是光栅扫描器，模拟示波管屏幕荧光体的发光特性，用16级亮度分级，将波形存储在500×200像素的LCD单色或彩色显示屏上，每1/30秒更新一次。由于模拟存储示波器只能依靠照相底片记录波形，对数据保存并不方便，而数字荧光示波器是数字处理的显示，数据记录、处理、保存都十分方便。例如用红色表示出现几率最高的波形，兰色表示出现几率最低的波形，达到一目了然。由于数字示波器已经达到4GHz以上带宽的水平，配合荧光显示特性，总的性能优于模拟存储示波器。数字荧光示波器数字荧光示波器（DPO）为示波器系列增加了一种新的类型，能实时显示、存贮和分析复杂信号的三维信号信息：幅度、时间和整个时间的幅度分布。 DSO采用串行处理的体系结构捕获、显示和分析信号；相对而言，DPO为完成这些功能采用的是并行体系结构，如图一、二所示。并行结构和基于ASIC硬件的处理技术，使数字荧光示波器能够捕捉到当今复杂的动态信号中的全部细节和异常情况，并以人类的眼睛的接受速度显示出来。普通数字示波器要观察偶发事件需要使用长时间记录，然后作信号处理，这种办法会漏掉非周期性出现的信号和不能显示出信号的动态特性。数字荧光示波器能够显示复杂波形中的微细差别，以及出现的频繁程度。例如观察电视信号，既有行扫描、帧扫描、视频信号和伴音信号，还要记录电视信号中的异常现象，对于专业人员和维修人员都是同样重要的。例.TEK公司的TDS3000系列数字荧光示波器提供多种测试模块，可以从前面板右上角插入六种模块。例如触发模块可作逻辑状态、逻辑图形触发，以及脉冲参数（上升、下降沿、宽度、周期等）；电视模块专用于多种制式的（NTSC、PAL和SECAM）波形记录；快速傅里叶变换（FFT）模块可快速显示信号的频率成分和频谱分布，既可分析脉冲响应，亦可分析谐波分布，并且识别和定位噪声和干扰来源。还有高级分析模块和极限测试模块。 TDS3000系列示波器是便携式的，重量不到7磅，可由电池供电，特别适于现场使用。 2、如何选择示波器自从示波器问世以来，它一直是较为重要、常用的电子测试工具之一；由于电子技术的发展，示波器的能力也在不断提升，其性能与价格也五花八门，市场参差不齐，本文从多方面阐述您如何选择示波器。了解您的信号？您要知道您用示波器观察什么？既您要捕捉并观察的信号其典型性能是什么？您的信号是否有复杂的特性？您的信号是重复信号还是单次信号？您要测量的信号过渡过程带宽，或者上升时间是多大？您打算用何种信号特性来触发短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等？您打算同时显示多少信号？模拟还是数字？参见前面的《示波器发展》。总之，传统的观点认为模拟示波器具有熟悉的面板控制，价格低廉，因而总觉得模拟示波器“使用方便”。但是随着A/D转换器速度逐年提高和价格不断降低，以及数字示波器不断增加的测量能力和实际上不受限制的各种功能，数字示波器已独领风骚。带宽如何？带宽一般定义为正弦输入信号幅度衰减到-3dB时的频率，即70.7%，带宽决定示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加，示波器对信号的准确显示能力将下降，如果没有足够的带宽，示波器将无法分辨高频变化。幅度将出现失真，边缘将会消失，细节数据将被丢失。如果没有足够的带宽，得到的关于信号的所有特性，响铃和振鸣等都毫无意义。一个决定您所需要的示波器带宽有效的经验法则是“5倍准则”；即将您要测量的信号最高频率分量乘以5。这将会使您在测量中获得高于2%的精度。在某些应用场合，您不知道你的感兴趣的信号带宽，但是您知道它的较快上升时间，大多数字示波器的频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间：Bw=0.35/信号的较快上升时间。带宽有两种类型：重复（或等效时间）带宽和实时（或单次）带宽。重复带宽只适用于重复的信号，显示来自于多次信号采集期间的采样。实时带宽是示波器的单次采样中所能捕捉的最高频率，且当捕捉的事件不是经常出现时要求相当苛刻。实时带宽与采样速率联系在一起。由于更宽的带宽往往意味着更高的价格，因此应对照你的预算来评定通常要观察信号的频率成分。采样速率怎样？定义为每秒采样次数（S/s），指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样速率越快，所显示的波形的分辨率和清晰度就高，重要信息和事件丢失的概率就越小。如果需要观测较长时间范围内的慢变信号，则最小采样速率就变得较为重要。为了在显示的波形记录中保持固定的波形数，需要调整水平控制按钮，而所显示的采样速率也将随着水平调节按钮的调节而变化。 83．在高频端，如何判断示波器探头本身的阻抗对信号的影响？

答：示波器的探头都有特定的指标，可以参照探头的等效阻抗－频率图确定探头在频率点的等效阻抗。关于探头，泰克有专门的文章叫做《探头ABC》。

84．为什么用泰克示波器测试30MHz时钟的波形振铃要比安杰仑的大的多（示波器探头是250MHz的）？

答：测量状态转换时，只需采用示波器的自动触发方式，将电压和电流的波形设置为比较理想的显示方式。如果使用TDS5000，还可调节resolution旋钮将采样率调至合适档位（一般为信号频率的10倍左右）。然后利用PWR2软件对被测数据进行自动计算。对于MOSFET我们选择Vds和Ids作为被测信号IGBT选择Vce和Ice作为被测信号。

当用数字示波器测试开关电源时, 可否预先设置限制参数(如测试时间,每次采样数)如何用泰克示波器实现对开关电源状态变换的测试。连接方式（可举例），示波器按键的设置，必要的注意事项。

85．在设计软开关PWM变换器时（如PWM半桥开关变换器），怎样用示波器观察MOSFET Vt/It 轨迹？

答：首先示波器要有通道间的时延校正功能，这样进行相关数学运算时才能保证基本的准确性。使用高压差分电压探头及电流探头测量。TEK推出的功率测试方案中就可以动态的观察MOSFET的整个工作过程。

86．输出电容和输出电感的选择应该根据负载的供电需求确定，那对于L和C值都应该按照datasheet上的确定的公式套用吗？如果按照公式推算出来的值在实际应用中出现了问题，那么我们应该根据什么来更换呢？

答：不同拓朴的输出扼流圈及输出滤波电容的计算公式是不同的，应该按自己所选的电路结构选择合适的计算公式。输出电容的大小主要由输出纹波电压要抑制为几毫伏决定。这就要计算出ESR,然后可按厂家提供的DATASHEET选择。但选电容时还要考虑负载的变化、电流变化范围、输出电感感量等等，因为它们会使电容特性改变。

87．目前，HID疝气灯已经广泛用在一些高档轿车大灯上，但在HID灯安定器的高压电路设计中，发现由于高压回收速度不够快，造成有时点灯不畅。如何解决？

答：HID疝气灯一般都有一个二次击穿的过程，然后大灯趋于稳定的工作状态；首先要对二次击穿进行有效的控制方可保证其稳定工作，量测二次击穿只需使用TDS5000的长记录长度，进行单次触发捕获其波形，然后分别测量一次击穿和二次击穿的峰值电压以及其脉冲宽度，再测量两次击穿脉冲间的时间即可，根据实际状况看看以上参数是否满足设计要求。

88．如果使用探头和虚拟仪器，可以在PC机上显示出波形。同时，各种各样的计算都可以轻松实现。TEK5000系列和虚拟仪器有何本质区别？

答：DS5000虽然是一台基于Windows 2000的示波器，但实际上它是分成两个重要部分的，首先他具有一个真正意义上的示波器采集和处理的部分，这部分的数据处理是通过示波器本身的一个专业处理器进行的，而Windows2000的计算机平台只是对示波器采集下来的数据（内部通过PCI总线通讯）进行一些后台分析计算处理，这部分与示波器本身的显示并无联系。

而所谓的虚拟仪器（大多为PC插卡式的），它通过一个数据采集卡（一般速度很慢）将外界的信号采入计算机内部，通过计算机自身的CPU对数据进行处理，它是一种廉价的解决方案，它的致命弱点是没有任何溯源性（它受计算机主机的影响太大，不同主机导致的测试结果有较大的误差），我们知道测试仪器的一致性是决定测试结果成败的关键。

示波器使用中常见故障

　　一、示波器电源故障造成的不开机　　示波器内部有独立的电源模块为主板和各功能模块供电，故需着重关注用电安全。使用中需注意的问题：　　1、使用示波器原装电源线；　　2、确认电网稳定。当电网中有大功率电器接入时，先关闭示波器，拔下电源线，待电网稳定后再使用；　　3、开机时：先插上AC电源线，再按开机键开机；关机时：先按关机键关闭示波器，再拔掉AC电源线；　　4、注意仪器使用环境，定期清理灰尘。　　二、示波器烧通道/烧采集板　　一般通道故障是由静电或接入过大信号造成的，严重的时候更会烧掉采集板和主控板。这种故障维修难度大、周期长、成本高，故使用中需特别注意：　　1、严禁用手或身体其他部位碰触示波器通道接口，防止静电损伤；　　2、使用前先估算信号幅度，使用合适衰减倍数的探头进行测试；　　3、测试时先将探头接好，再通入信号；测试完毕后先断开测试信号，再取下探头。　　三、示波器系统问题　　类似计算机，示波器也有一套自己的操作系统来管理和控制硬件和软件资源。常见的示波器系统问题有系统崩溃，驱动程序丢失，数据丢失，磁盘/内存损坏等等。使用中需注意的问题：　　1、定期清理系统，进行全盘杀毒，备份系统；　　2、不要对系统文件进行操作。对系统文件误操作可能会导致系统崩溃；　　3、注意开关机顺序，禁止直接拔电源线。

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