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示波器的原理和运用基础知识

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

示波器是一种图形显现设备,它描绘电信号的波形曲线。这一简略的波形能够阐明信号的许多特性:信号的时刻和电压值、振动信号的频率、信号所代表电路中“改变部分”信号的特定部分相关于其它部分的发生频率、是否存在毛病部件使信号发生失真、信号的直流成份(DC)和沟通成份(AC)、信号的噪声值和噪声随时刻改变的状况、比较多个波形信号等。

1、示波器的开展过程

初期主要为模仿示波器

廿世纪四十年代是电子示波器鼓起的年代,雷达和电视的开发需求功用杰出的波形调查东西,泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器,这是近代示波器的根底。五十年代半导体和电子核算机的面世,促进电子示波器的带宽到达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奉献,呈现带宽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。七十年代模仿式电子示波器到达顶峰,行谱系列非常完好,带宽1GHz的多功用插件式示波器标志着其时科学技能的高水平,为测验数字电路又增加逻辑示波器和数字波形记载器。模仿示波器从此没有更大的开展,开端让坐落数字示波器,英国和法国乃至退出示波器商场,技能以美国抢先,中低档产品由日本出产。

模仿示波器要进步带宽,需求示波管、笔直放大和水平扫描全面推动。数字示波器要改善带宽只需求进步前端的A/D转换器的功用,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运用回忆、存储和处理,以及多种触发和预前触发才能。廿世纪八十年代数字示波器异军突起,效果累累,大有全面替代模仿示波器之势,模仿示波器逐步早年台退到后台。

但是在开展初期模仿示波器的某些特色,却是数字示波器所不具备的:

○ 操作简略:悉数操作都在面板上能够找到,波形反响及时,数字示波器往往要较长处理时刻。

○ 笔直分辨率高:接连而且无限级,数字示波器分辨率一般只要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。

○ 实时带宽和实时显现:接连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,取样率不高时需凭借内插核算,简略呈现混杂波形。

简而言之,模仿示波器为工程技能人员供给眼见为实的波形,在规则的带宽内可非常定心进行测验。人类五官中眼睛视觉神经非常活络,屏幕波形瞬间反映至大脑作出判别,纤细改变都可感知。因而,刚开端模仿示波器深受运用者的欢迎。

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,还有不少地方要改善,美国的TEK公司和HP公司都对数字示波器的开展作出奉献。它们后来停产模仿示波器,而且只出产功用好的数字示波器。进入九十年代,数字示波器除了进步带宽到1GHz以上,更重要的是它的全面功用逾越模仿示波器。呈现所谓数字示波器模仿化的现象,换句话说,尽量吸收模仿示波器的长处,使数字示波器更好用。

数字示波器首先在取样率上进步,从开始取样率等于两倍带宽,进步至五倍乃至十倍,相应对正弦波取样引进的失真也从100%下降至3%乃至1%。带宽1GHz的取样率便是5GHz/s,乃至10GHz/s。

其次,进步数字示波器的更新率,到达模仿示波器相同水平,最高可达每秒40万个波形,使调查偶发信号和捕捉毛刺脉冲的才能大为增强。

再次,选用多处理器加速信号处理才能,从多重菜单的烦琐丈量参数调理,改善为简略的旋钮调理,乃至彻底主动丈量,运用上与模仿示波器相同便利。

最终,数字示波器与模仿示波器相同具有屏幕的余辉方法显现,赋于波形的三维状况,即显现出信号的幅值、时刻以及幅值在时刻上的散布。具有这种功用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。

数字示波器要有模仿功用

模仿示波器用阴极射线管显现波形,示波管的带宽与模仿示波器的相同,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。运用荧光屏幕的亮度或灰度简略取得信号的第三维信息,如用屏幕笔直轴表明起伏,水平轴表明时刻,则屏幕亮度可表明信号起伏随时刻散布的改变。这种与时刻有关的荧光余辉(灰度定标)效应对调查混合波形和偶发波形非常有用,模仿存储示波器便是这种专用示波器的代表产品,最高的功用到达800MHz带宽,可记载到1ns左右的快速瞬变偶发事件.

数字示波器短少余辉显现功用,因为它是数字处理,只要两个状况,非高即低,原则上波形也是“有”和“无”两个显现。为到达模仿示波器那样的多层次亮度改变,有必要选用专用图象处理芯片,例如TEK公司选用DPX型处理器芯片,具有数据收集、图象处理和存储等多项功用,DPX芯片由130万个晶体管组成,选用0.65μm的CMOS工艺,并行流水结构,取样率高。它既是数据收集芯片,一起也是光栅扫描器,模仿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单色或五颜六色显现屏上,每1/30秒更新一次。因为模仿存储示波器只能依托照相底片记载波形,对数据保存并不便利,而数字荧光示波器是数字处理的显现,数据记载、处理、保存都非常便利。例如用赤色表明呈现几率最高的波形,兰色表明呈现几率最低的波形,到达一望而知。因为数字示波器现已到达4GHz以上带宽的水平,合作荧光显现特性,总的功用优于模仿存储示波器。

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,能实时显现、存贮和剖析杂乱信号的三维信号信息:起伏、时刻和整个时刻的起伏散布。

DSO选用串行处理的体系结构捕获、显现和剖析信号;相对而言,DPO为完结这些功用选用的是并行体系结构,如图一、二所示。并行结构和根据ASIC硬件的处理技能,使数字荧光示波器能够捕捉到当今杂乱的动态信号中的悉数细节和异常状况,并以人类的眼睛的承受速度显现出来。

一般数字示波器要调查偶发事件需求运用长时刻记载,然后作信号处理,这种办法会漏掉非周期性呈现的信号和不能显现出信号的动态特性。数字荧光示波器能够显现杂乱波形中的微细不同,以及呈现的频频程度。例如调查电视信号,既有行扫描、帧扫描、视频信号和伴音信号,还要记载电视信号中的异常现象,关于专业人员和修理人员都是相同重要的。

例.TEK公司的TDS3000系列数字荧光示波器供给多种测验模块,能够早年面板右上角刺进六种模块。例如触发模块可作逻辑状况、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)波形记载;快速傅里叶变换(FFT)模块可快速显现信号的频率成分和频谱散布,既可剖析脉冲响应,亦可剖析谐波散布,而且辨认和定位噪声和搅扰来历。还有高档剖析模块和极限测验模块。

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