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      示波器,手持示波器,虛擬示波器選購指南

      2016年04月12日

      模擬示波器, 數字示波器, 手持示波器, 虛擬示波器, 手持示波表, 虛擬儀器

      示波器是一種圖形顯示設備,它描繪電信號的波形曲線。這一簡單的波形能夠說明信號的許多特性:信號的時間和電壓值、振蕩信號的頻率、信號所代表電路中“變化部分”信號的特定部分相對于其它部分的發生頻率、是否存在故障部件使信號產生失真、信號的直流成份(DC)和交流成份(AC)、信號的噪聲值和噪聲隨時間變化的情況、比較多個波形信號等。
      示波器種類:
      一、 模擬示波器.
      二、 數字示波器.

      三、 數字熒光示波器.
      四、 基于PC的數字示波器
      五、 手持數字示波器.
      1、示波器的發展過程
        初期主要為模擬示波器
        廿世紀四十年代是電子示波器興起的時代,雷達和電視的開發需要性能良好的波形觀察工具,泰克成功開發帶寬10MHz的同步示波器,這是近代示波器的基礎。五十年代半導體和電子計算機的問世,促進電子示波器的帶寬達到100MHz。六十年代美國、日本、英國、法國在電子示波器開發方面各有不同的貢獻,出現帶寬6GHz的取樣示波器、帶寬4GHz的行波示波管、1GHz的存儲示波管;便攜式、插件式示波器成為系列產品。七十年代模擬式電子示波器達到高峰,行譜系列非常完整,帶寬1GHz的多功能插件式示波器標志著當時科學技術的高水平,為測試數字電路又增添邏輯示波器和數字波形記錄器。模擬示波器從此沒有更大的進展,開始讓位于數字示波器,英國和法國甚至退出示波器市場,技術以美國領先,中低檔產品由日本生產。
        模擬示波器要提高帶寬,需要示波管、垂直放大和水平掃描全面推進。數字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉換器的性能,對示波管和掃描電路沒有特殊要求。加上數字示波管能充分利用記憶、存儲和處理,以及多種觸發和預前觸發能力。廿世紀八十年代數字示波器異軍突起,成果累累,大有全面取代模擬示波器之勢,模擬示波器逐漸從前臺退到后臺。
        但是在發展初期模擬示波器的某些特點,卻是數字示波器所不具備的:
        ○ 操作簡單:全部操作都在面板上可以找到,波形反應及時,數字示波器往往要較長處理時間。
        ○ 垂直分辨率高:連續而且無限級,數字示波器分辨率一般只有8位至10位。
        ○ 數據更新快:每秒捕捉幾十萬個波形,數字示波器每秒捕捉幾十個波形。
        ○ 實時帶寬和實時顯示:連續波形與單次波形的帶寬相同,數字示波器的帶寬與取樣率密切相關,取樣率不高時需借助內插計算,容易出現混淆波形。
        簡而言之,模擬示波器為工程技術人員提供眼見為實的波形,在規定的帶寬內可非常放心進行測試。人類五官中眼睛視覺神經十分靈敏,屏幕波形瞬間反映至大腦作出判斷,細微變化都可感知。因此,剛開始模擬示波器深受使用者的歡迎。
        中期數字示波器獨領風騷
        八十年代的數字示波器處在轉型階段,還有不少地方要改進,美國的TEK公司和HP公司都對數字示波器的發展作出貢獻。它們后來停產模擬示波器,并且只生產性能好的數字示波器。進入九十年代,數字示波器除了提高帶寬到1GHz以上,更重要的是它的全面性能超越模擬示波器。出現所謂數字示波器模擬化的現象,換句話說,盡量吸收模擬示波器的優點,使數字示波器更好用。
        數字示波器首先在取樣率上提高,從最初取樣率等于兩倍帶寬,提高至五倍甚至十倍,相應對正弦波取樣引入的失真也從100%降低至3%甚至1%。帶寬1GHz的取樣率就是5GHz/s,甚至10GHz/s。
        其次,提高數字示波器的更新率,達到模擬示波器相同水平,最高可達每秒40萬個波形,使觀察偶發信號和捕捉毛刺脈沖的能力大為增強。
        再次,采用多處理器加快信號處理能力,從多重菜單的煩瑣測量參數調節,改進為簡單的旋鈕調節,甚至完全自動測量,使用上與模擬示波器同樣方便。
        最后,數字示波器與模擬示波器一樣具有屏幕的余輝方式顯示,賦于波形的三維狀態,即顯示出信號的幅值、時間以及幅值在時間上的分布。具有這種功能的數字示波器稱為數字熒光示波器或數字余輝示波器即數模兼合。
        數字示波器要有模擬功能
        模擬示波器用陰極射線管顯示波形,示波管的帶寬與模擬示波器的相同,亦即示波管內電子運動速度與信號頻率成正比,信號頻率越高電子速度越快,示波管屏幕的亮度與電子束的速度成反比,低頻波形的亮度高,高頻波形的亮度低。利用熒光屏幕的亮度或灰度容易獲得信號的第三維信息,如用屏幕垂直軸表示幅度,水平軸表示時間,則屏幕亮度可表示信號幅度隨時間分布的變化。這種與時間有關的熒光余輝(灰度定標)效應對觀察混合波形和偶發波形十分有效,模擬存儲示波器就是這種專用示波器的代表產品,最高的性能達到800MHz帶寬,可記錄到1ns左右的快速瞬變偶發事件.
        數字示波器缺少余輝顯示功能,因為它是數字處理,只有兩個狀態,非高即低,原則上波形也是“有”和“無”兩個顯示。為達到模擬示波器那樣的多層次亮度變化,必須采用專用圖象處理芯片,例如TEK公司采用DPX型處理器芯片,具有數據采集、圖象處理和存儲等多項功能,DPX芯片由130萬個晶體管組成,采用0.65μm的CMOS工藝,并行流水結構,取樣率高。它既是數據采集芯片,同時也是光柵掃描器,模擬示波管屏幕熒光體的發光特性,用16級亮度分級,將波形存儲在500×200像素的LCD單色或彩色顯示屏上,每1/30秒更新一次。由于模擬存儲示波器只能依靠照相底片記錄波形,對數據保存并不方便,而數字熒光示波器是數字處理的顯示,數據記錄、處理、保存都十分方便。例如用紅色表示出現幾率最高的波形,蘭色表示出現幾率最低的波形,達到一目了然。由于數字示波器已經達到4GHz以上帶寬的水平,配合熒光顯示特性,總的性能優于模擬存儲示波器。
        數字熒光示波器
        數字熒光示波器(DPO)為示波器系列增加了一種新的類型,能實時顯示、存貯和分析復雜信號的三維信號信息:幅度、時間和整個時間的幅度分布。
        DSO采用串行處理的體系結構捕獲、顯示和分析信號;相對而言,DPO為完成這些功能采用的是并行體系結構,如圖一、二所示。并行結構和基于ASIC硬件的處理技術,使數字熒光示波器能夠捕捉到當今復雜的動態信號中的全部細節和異常情況,并以人類的眼睛的接受速度顯示出來。
        普通數字示波器要觀察偶發事件需要使用長時間記錄,然后作信號處理,這種辦法會漏掉非周期性出現的信號和不能顯示出信號的動態特性。數字熒光示波器能夠顯示復雜波形中的微細差別,以及出現的頻繁程度。例如觀察電視信號,既有行掃描、幀掃描、視頻信號和伴音信號,還要記錄電視信號中的異,F象,對于專業人員和維修人員都是同樣重要的。
        例.TEK公司的TDS3000系列數字熒光示波器提供多種測試模塊,可以從前面板右上角插入六種模塊。例如觸發模塊可作邏輯狀態、邏輯圖形觸發,以及脈沖參數(上升、下降沿、寬度、周期等);電視模塊專用于多種制式的(NTSC、PAL和SECAM)波形記錄;快速傅里葉變換(FFT)模塊可快速顯示信號的頻率成分和頻譜分布,既可分析脈沖響應,亦可分析諧波分布,并且識別和定位噪聲和干擾來源。還有高級分析模塊和極限測試模塊。
        TDS3000系列示波器是便攜式的,重量不到7磅,可由電池供電,特別適于現場使用。
      手持示波器:

      手持式數字示波表,也叫手持式數字示波器,是集數字存儲示波器、數字萬用表、數字頻率計、有的還帶波形發生器、四者功能于一體,采用高效鋰電池供電,圖形液晶顯示,是電子測量領域里一類新型的實用儀器。本設計采用嵌入式設計技術,把微控制器、A/D 轉換器、LCD 控制器等核心部件嵌入該系統,并利用嵌入式操作系統、ASIC設計技術、LCD 圖形顯示技術及數字信號處理技術等綜合設計的嵌入式儀器系統。該儀器功能齊全,并且體積小、重量輕,攜帶和操作都十分方便,具有極高的技術含量、很強的實用性和巨大的市場潛力,代表了當代電子測量儀器的一種發展趨勢。
        2、如何選擇示波器
        自從示波器問世以來,它一直是最重要、最常用的電子測試工具之一 ;由于電子技術的發展,示波器的能力也在不斷提升,其性能與價格也五花八門,市場參差不齊,本文從多方面闡述您如何選擇示波器。
        了解您的信號?
        您要知道您用示波器觀察什么?既您要捕捉并觀察的信號其典型性能是什么?您的信號是否有復雜的特性?您的信號是重復信號還是單次信號?您要測量的信號過渡過程帶寬,或者上升時間是多大?您打算用何種信號特性來觸發短脈沖、脈沖寬度、窄脈沖等?您打算同時顯示多少信號?
        模擬還是數字?
        參見前面的《示波器發展》?傊,傳統的觀點認為模擬示波器具有熟悉的面板控制,價格低廉,因而總覺得模擬示波器“使用方便”。但是隨著A/D轉換器速度逐年提高和價格不斷降低,以及數字示波器不斷增加的測量能力和實際上不受限制的各種功能,數字示波器已獨領風騷。
        帶寬如何?
        帶寬一般定義為正弦輸入信號幅度衰減到-3dB時的頻率,即70.7%,帶寬決定示波器對信號的基本測量能力。隨著信號頻率的增加,示波器對信號的準確顯示能力將下降,如果沒有足夠的帶寬,示波器將無法分辨高頻變化。幅度將出現失真,邊緣將會消失,細節數據將被丟失。如果沒有足夠的帶寬,得到的關于信號的所有特性,響鈴和振鳴等都毫無意義。
        一個決定您所需要的示波器帶寬有效的經驗法則是“5倍準則”;即將您要測量的信號最高頻率分量乘以5。這將會使您在測量中獲得高于2%的精度。
        在某些應用場合,您不知道你的感興趣的信號帶寬,但是您知道它的最快上升時間,大多數字示波器的頻率響應用下面的公式來計算關聯帶寬和儀器的上升時間:Bw=0.35/信號的最快上升時間。
        帶寬有兩種類型:重復(或等效時間)帶寬和實時(或單次)帶寬。重復帶寬只適用于重復的信號,顯示來自于多次信號采集期間的采樣。實時帶寬是示波器的單次采樣中所能捕捉的最高頻率,且當捕捉的事件不是經常出現時要求相當苛刻。實時帶寬與采樣速率聯系在一起。
        由于更寬的帶寬往往意味著更高的價格,因此應對照你的預算來評定通常要觀察信號的頻率成分。
        采樣速率怎樣?
        定義為每秒采樣次數(S/s),指數字示波器對信號采樣的頻率。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。
        如果需要觀測較長時間范圍內的慢變信號,則最小采樣速率就變得較為重要。為了在顯示的波形記錄中保持固定的波形數,需要調整水平控制按鈕,而所顯示的采樣速率也將隨著水平調節按鈕的調節而變化。

      來源:天津固齊國際貿易有限公司
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