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示波器有關(guān)知識(shí)及選型方案

作者: 時(shí)間:2014-02-28 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
自從問(wèn)世以來(lái),它一直是最重要、最常用的電子測(cè)試儀器之一 。由于電子技術(shù)的發(fā)展,的能力在不斷提升,其性能與價(jià)格也五花八門(mén),市場(chǎng)參差不齊。看似簡(jiǎn)單,但如何選擇,也存在許多問(wèn)題。本文根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn),結(jié)合北京海洋興業(yè)科技有限公司選型指南,從幾個(gè)方面告知您在選擇示波器時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題:

  一、了解您需要測(cè)試的信號(hào)

  您要知道用示波器觀察什么?您要捕捉并觀察的信號(hào)其典型性能是什么?您的信號(hào)是否有復(fù)雜的特性?您的信號(hào)是重復(fù)信號(hào)還是單次信號(hào)?您要測(cè)量的信號(hào)過(guò)渡過(guò)程的帶寬,或者上升時(shí)間是多大?您打算用何種信號(hào)特性來(lái)觸發(fā)短脈沖、脈沖寬度、窄脈沖等?您打算同時(shí)顯示多少信號(hào)?您對(duì)測(cè)試信號(hào)作何種處理?

  二、選擇示波器的核心技術(shù)差異:模擬(DRT)、數(shù)字(DSO)、還是數(shù)模兼合(DPO)

  傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為模擬示波器具有熟悉的控制面板,價(jià)格低廉,因而總覺(jué)得模擬示波器 “ 使用方便 ” 。但是隨著 A/D 轉(zhuǎn)換器速度逐年提高和價(jià)格不斷降低,以及數(shù)字示波器不斷增加的測(cè)量能力和實(shí)際上不受限制的測(cè)量功能,數(shù)字示波器已獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。但是數(shù)字示波器顯示具有三維的缺陷、處理連續(xù)性數(shù)據(jù)慢等缺點(diǎn),需要具有數(shù)模兼合技術(shù)的示波器,例 DPO 數(shù)字熒光示波器。

  三、確定測(cè)試信號(hào)帶寬

  帶寬一般定義為正弦波輸入信號(hào)幅度衰減到 -3dB 時(shí)的頻率,即幅度的70.7% 。帶寬決定示波器對(duì)信號(hào)的基本測(cè)量能力。如果沒(méi)有足夠的帶寬,示波器將無(wú)法測(cè)量高頻信號(hào),幅度將出現(xiàn)失真,邊緣將會(huì)消失,細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)將被丟失;如果沒(méi)有足夠的帶寬,得到的信號(hào)所有特性,包含響鈴和振鳴等都毫無(wú)意義。

  一個(gè)決定您所需要的示波器帶寬有效經(jīng)驗(yàn)—— “5倍經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則”:將您要測(cè)量的信號(hào)最高頻率分量乘以5,使獲得高于2%的精度。

  在某些應(yīng)用場(chǎng)合,您不知道你的感興趣的信號(hào)帶寬,但是您知道它的最快上升時(shí)間,這時(shí)頻率響應(yīng)用下面的公式來(lái)計(jì)算關(guān)聯(lián)帶寬和儀器的上升時(shí)間: Bw=0.35/信號(hào)的最快上升時(shí)間。

數(shù)字示波器帶寬有兩種類型:重復(fù)(或等效時(shí)間)帶寬和實(shí)時(shí)(或單次)帶寬。重復(fù)帶寬只適用于重復(fù)的信號(hào),顯示來(lái)自于多次信號(hào)采集期間的采樣。實(shí)時(shí)帶寬是示波器的單次采樣中所能捕捉的最高頻率,且當(dāng)捕捉的事件不是經(jīng)常出現(xiàn)或瞬變信號(hào)時(shí)就更為重要,實(shí)時(shí)帶寬與采樣速率緊密聯(lián)系。

  帶寬越高越好,但是更高的帶寬往往意味著更高的價(jià)格,因此應(yīng)按照預(yù)算來(lái)選擇您要觀察的信號(hào)頻率成分。

  四、A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率(或采樣速度)

  單位為每秒采樣次數(shù)( S/s ),指數(shù)字示波器對(duì)信號(hào)采樣的頻率。示波器的采樣速率越快,所顯示的波形的分辨率和清晰度就高,重要信息和事件丟失的概率就越小。

  如果需要觀測(cè)較長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的慢變信號(hào)或低頻信號(hào),最小采樣速率就發(fā)揮了作用,為了在顯示的波形記錄中保持固定的波形數(shù),需要調(diào)整水平控制旋鈕,而所顯示的采樣速率也將隨著水平調(diào)節(jié)旋鈕的變化而變化。

  如何計(jì)算采樣速率?計(jì)算方法取決于所測(cè)量的波形類型,以及示波器所采用的信號(hào)重建方式,例正弦插入法,矢量插入法等。為了準(zhǔn)確地再現(xiàn)信號(hào)并避免混淆,奈奎斯定理規(guī)定:信號(hào)的采樣速率必須不小于其最高頻率成分的兩倍。然而,這個(gè)定理的前提是基于無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間和周期連續(xù)的信號(hào)。由于示波器不可能提供無(wú)限時(shí)間的記錄長(zhǎng)度,而且從定義上看,低頻干擾是不連續(xù)的,也不是周期的,所以采用兩倍于最高頻率成分的采樣速率通常是不夠的。

  實(shí)際上,信號(hào)的準(zhǔn)確再現(xiàn)取決于其采樣速率和信號(hào)采樣點(diǎn)間隙所采用的插值法,即波形重建。一些示波器會(huì)為操作者提供以下選擇:測(cè)量正弦信號(hào)的正弦插值法,以及測(cè)量矩形波、脈沖和其他信號(hào)類型的線性插值法。

  有一個(gè)比較采樣速率和信號(hào)帶寬時(shí)很有用的經(jīng)驗(yàn)法則:如果您正在觀察的示波器有內(nèi)插(通過(guò)篩選以便在取樣點(diǎn)間重新生成),則(采樣速率 / 信號(hào)帶寬)的比值至少應(yīng)為 4∶1 ;無(wú)正弦內(nèi)插時(shí),則應(yīng)采取 10∶1 的比值。

  五、屏幕刷新率也稱為波形更新速度

  所有的示波器都會(huì)閃爍,示波器每秒鐘以特定的次數(shù)捕獲信號(hào),在這些測(cè)量點(diǎn)之間將不再進(jìn)行測(cè)量,這就是波形捕獲速率,也稱屏幕刷新率,表示為波形數(shù)每秒( wfms/s )。一定要區(qū)分波形捕獲速率與A/D采樣速率的區(qū)別。采樣速率表示示波器在一個(gè)波形或周期內(nèi)A/D采樣輸入信號(hào)的頻率 ; 波形捕獲速率則是指示波器采集波形的速度。波形捕獲速率取決于示波器的類型和性能級(jí)別,且有著很大的變化范圍。高波形捕獲速率的示波器將會(huì)提供更多的重要信號(hào)特性,并能極大地增加示波器快速捕獲瞬時(shí)的異常情況,如抖動(dòng)、矮脈沖、低頻干擾和瞬時(shí)誤差的概率。

一般來(lái)講,模擬示波器由于電路簡(jiǎn)單,其屏幕刷新率較高,而數(shù)字存儲(chǔ)示波器( DSO )使用串行處理結(jié)構(gòu)每秒鐘可以捕獲 10 到 5000 個(gè)波形。 為了改變數(shù)字示波器屏幕刷新率低的問(wèn)題, 數(shù)字熒光示波器采用并行處理結(jié)構(gòu),可以提供更高的波形捕獲速率,有的高達(dá)每秒數(shù)百萬(wàn)個(gè)波形,大大提高了捕獲間歇和難以捕捉事件的可能性,并能讓您更快地發(fā)現(xiàn)信號(hào)存在的問(wèn)題。


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