示波器夢(mèng)想之了解示波器

一、模擬示波器原理：

物理學(xué)理論可以證明，一端通過(guò)細繩固定的重物在作擺動(dòng)時(shí)，與中心垂線(xiàn)的距離滿(mǎn)足正弦波規律。沙漏實(shí)驗可以清晰地顯示這個(gè)隨時(shí)間變化的波形：用沙漏充當重物，并且在沙漏底下的桌面上平鋪一張紙，當沙漏開(kāi)始擺動(dòng)時(shí)，讓紙勻速移動(dòng)。這樣，沙漏中流出的細沙，就在紙上留下了一個(gè)正弦波痕跡，如圖1所示。利用這種設計思想，可以完成波形在平面上（對應于時(shí)間的流動(dòng)）的展開(kāi)。這種設計思想在波形記錄、顯示中被廣泛采用，比如心電圖機，就是用原地擺動(dòng)的電熱針，在勻速移動(dòng)的記錄紙帶上描記出心電波形。

利用心電圖機的結構，已經(jīng)可以記錄電壓信號，但是，示波器在大量的應用中，并不需要通過(guò)消耗紙張來(lái)記錄波形，而僅僅是觀(guān)察波形。因此，可以重復使用的熒光屏，被應用到示波器的設計中。

在一個(gè)封閉玻璃管顯示屏的內壁涂上熒光粉，當熒光粉被大量電子形成的電子束轟擊時(shí)，會(huì )發(fā)出熒光?？梢园l(fā)出電子束的設備稱(chēng)為電子*，它可以連續地發(fā)出集束性很強的電子。這些電子束在飛行過(guò)程中，如果遇到電場(chǎng)的作用，會(huì )因電場(chǎng)形成的力而改變運行方向，導致最終電子束落到熒光屏上的位置發(fā)生改變，也就是光點(diǎn)改變。根據這個(gè)原理制造的示波管，其結構如圖2.1.2所示。圖中電子*發(fā)出的電子束，經(jīng)過(guò)兩個(gè)偏轉板的作用，會(huì )在X、Y兩個(gè)方向上發(fā)生偏轉。

當在Y偏轉板上加入被測信號，而在X偏轉板上不加電壓，可以在示波管的熒光屏上看到光點(diǎn)隨著(zhù)被測電壓的變化而發(fā)生位置變化——電壓越大，光點(diǎn)位置越靠上方。

當在X偏轉板上加入一個(gè)鋸齒波，而在Y偏轉板上不加電壓，可以看到光點(diǎn)從熒光屏左邊出現，勻速移動(dòng)到右邊，然后又迅速在左邊重復出現。

當在X偏轉板上加入一個(gè)鋸齒波，而在Y偏轉板上加入一個(gè)正弦波，則可以看到，光點(diǎn)在勻速左移的同時(shí)，其Y方向位置出現了正弦變化的規律，也就是說(shuō)，光點(diǎn)的移動(dòng)軌跡是一個(gè)正弦波。

圖2 模擬示波器的顯示屏

模擬示波器把需觀(guān)測的兩個(gè)電信號加至示波管的X、Y通道以控制電子束的偏移，從而獲得熒光屏上關(guān)于這兩個(gè)電信號關(guān)系的顯示波形。

顯然，這種模擬示波器體積大、重量重、成本高、價(jià)格貴，并且不太適合用于對非周期的、單次信號的測量。

二、數字示波器簡(jiǎn)要原理

數字示波器的工作原理可以用圖3 來(lái)描述，當輸入被測信號從無(wú)源探頭進(jìn)入到數字示波器，首先通過(guò)的是示波器的前置放大模塊，由于后續的A/D模數轉換器對其測量電壓有一個(gè)規定的量程范圍，所以，示波器的前置放大模塊就是負責對輸入信號的預先處理，放大或者衰減到一定合適的幅度，然后才進(jìn)入ADC。A/D模數轉換器將輸入信號轉換為二進(jìn)制數據，傳送給存儲模塊。因為處理器的速度跟不上高速A/D模數轉換器的轉換速度，所以在兩者之間需要添加一個(gè)高速緩存器。圖2.2.1中還有一個(gè)觸發(fā)電路，觸發(fā)電路用來(lái)設定觸發(fā)事件，只有當輸入信號滿(mǎn)足用戶(hù)設定的觸發(fā)事件時(shí)，示波器才會(huì )采集數據，這部分工作也可以在軟件上實(shí)現。