基础示波器通常用作排除电路故障或检查信号质量时的信号窗口。它们一般与 50-200 兆赫的带宽相结合,几乎可用于所有的设计实验室、教育实验室、服务中心和制造环境中。
数字存储示波器
示波器对于任何设计、生产或维修电子设备的人员必不可少。
数字存储示波器(简称为 DSO,本文将重点介绍)获取并存储波形。波形可显示出信号的电压和频率、信号是否失真、信号之间的定时、信噪比等大量信息。
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带宽
系统带宽决定了示波器测量模拟信号的能力。具体来说,它决定了仪器可以准确测量的最大频率。带宽也是决定价格的重要因素。
确定合适的示波器 – 遵循“五倍准则”
例如,100 MHz 示波器在 100 MHz 时的衰减通常小于 30%。为确保获得大于 2% 的振幅精度,输入频率应低于 20 MHz。
对于数字信号而言,测量上升和下降时间是关键。带宽和采样率决定了示波器能够测量的最小上升时间。
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探头和示波器组成具有总带宽的测量系统。使用低带宽的探头会降低总带宽,因此请确保使用与示波器匹配的探头。
采样率
示波器的采样率与电影摄像机的帧速率相当。它决定了示波器能够捕捉到多少波形细节。
确定合适的示波器 – 遵循“五倍准则”
采样率(每秒采样数,S/s)是指示波器捕捉信号的频率。同样,我们倾向于提倡“五倍准则”:使用的采样率至少是电路最高频率分量的 5 倍。
大多数基础示波器的(最大)采样率为 1-2 GS/s。请记住,基础示波器具有高达 200 MHz 的带宽,因此示波器设计师通常在最大带宽下设置 5-10 倍的过采样。
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采样越快,遗漏的信息就越少,示波器显示的测试信号越出色。但是,存储器填充的速度也越快,这会限制捕捉时间。
通道密度
数字示波器对模拟通道进行采样,然后加以存储和显示。一般来说,通道越多越好,尽管通道越多,价格越贵。
确定合适的示波器
无论选择两个还是四个模拟通道都取决于您的应用要求。例如,双通道可用于对比组件的输入和输出。而四个模拟通道可对比更多的信号,并为以数学方式组合通道(例如,相乘可获得倍率信号,相减可获得差分信号)提供更高的灵活性。
混合信号示波器增加了数字定时通道,这些通道可显示高或低状态,并可组合显示总线波形。无论您选择什么,所有通道都应具有合适的范围、线性、增益精确度、平坦度和抗静电放电性。
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有的仪器在通道之间共用采样系统以降低成本。但请注意:如果打开的通道数量增多,采样率将相应缩减。
兼容的探头
精确测量始于探头尖端。示波器和探头是一个整体的工作系统,因此在选择示波器时应务必考虑探头。在测量过程中,探头实际上成为电路的一部分,会引入电阻性、电容性和电感性负载,这些都会影响测量结果。为了尽可能减小影响,最好使用专为示波器设计的探头。应选择具有足够带宽的无源探头。探头的带宽应与示波器的带宽相匹配。
如果有多种兼容探头,则示波器的应用范围较广。购买前应查看示波器的可用探头。
选用合适的探头
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无源探头
具有 10 倍衰减的无源探头意味着它在电路中的阻抗和电容可控,适用于大多数接地参考测量。大多数示波器都随附了这种探头,每个输入通道都需要一个。
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高电压差分探头
高电压差分探头使接地参考示波器实现安全、准确的浮动和差分测量。它是实验室必备工具!
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逻辑探头
逻辑探头向混合信号示波器的前端提供数字信号。它包含“跨线”和用于连接到电路板小测试点的附件。
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电流探头 增加电流探头使示波器能够测量电流,当然还能计算和显示瞬时功率。
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触发
确定合适的示波器
所有示波器均具有边缘触发功能,大多数示波器可实现脉冲宽度触发。
如需了解异常现象并充分利用示波器的记录长度,可寻找针对难采集信号提供高级触发功能的示波器。
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可获得的触发选项越多,示波器的用途越广(找到问题根本原因的速度越快!):
- 数字/脉冲触发器:脉冲宽度、矮脉冲、上升/下降时间、建立并保持
- 逻辑触发
- 串行数据触发器:嵌入式系统设计同时使用串行 (I2C、SPI、CAN/LIN……) 和并行总线。
- 视频触发
记录长度
记录长度是完整波形记录期间的总点数。示波器只能存储有限数量的样本,因此一般而言,记录长度越大越好。
确定合适的示波器
捕捉时间 = 记录长度/采样率。因此,如果记录长度为 1 M 个点,采样率为 250 MS/s,则示波器的捕捉时间为 4 ms。如今的示波器可选择记录长度,从而优化了具体应用所需的细节水平。
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一台优质的基础示波器可存储 2000 多个点,这足以记录稳定的正弦波信号(可能只需要 500 个点)。但是如需找出复杂数字数据流中计时异常的原因,则需要考虑 1 M 个点或更多点。
缩放和平移可用于放大您感兴趣的事件,并在时间轴上前后平移该区域。搜索和标记可用于搜索所有采样,并在每次发生用户指定事件时自动标记。
记录长度达到数百万点的示波器可以分屏显示信号活动,这一点对于检查复杂波形非常重要。
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