數字示波器的特殊用法

因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數據分析處理等獨特優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當，會(huì )產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。

區分模擬帶寬和數字實(shí)時(shí)帶寬

帶寬是示波器最重要的指標之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值，而數字示波器的帶寬有模擬帶寬和數字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數字示波器對重復信號采用順序采樣或隨機采樣技術(shù)所能達到的最高帶寬為示波器的數字實(shí)時(shí)帶寬，數字實(shí)時(shí)帶寬與最高數字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)(數字實(shí)時(shí)帶寬=最高數字化速率/K)，一般并不作為一項指標直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復周期信號的測量，而數字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復信號和單次信號的測量。廠(chǎng)家聲稱(chēng)示波器的帶寬能達到多少兆，實(shí)際上指的是模擬帶寬，數字實(shí)時(shí)帶寬是要低于這個(gè)值的。例如說(shuō)TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實(shí)際上是指其模擬帶寬為500MHz，而最高數字實(shí)時(shí)帶寬只能達到400MHz遠低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時(shí)，一定要參考數字示波器的數字實(shí)時(shí)帶寬，否則會(huì )給測量帶來(lái)意想不到的誤差 。

有關(guān)采樣速率

采樣速率也稱(chēng)為數字化速率，是指單位時(shí)間內，對模擬輸入信號的采樣次數，常以MS/s表示。采樣速率是數字示波器的一項重要指標 。

1.如果采樣速率不夠，容易出現混迭現象

如果示波器的輸人信號為一個(gè)100KHz的正弦信號，示波器顯示的卻是50KHz，這是怎么回事呢?這是因為示波器的采樣速率太慢，產(chǎn)生了混迭現象?；斓褪瞧聊簧巷@示的波形頻率低于信號的實(shí)際頻率，或者即使示波器上的觸發(fā)指示燈已經(jīng)亮了，而顯示的波形仍不穩定?；斓漠a(chǎn)生如圖1所示。那么，對于一個(gè)未知頻率的波形，如何判斷所顯示的波形是否已經(jīng)產(chǎn)生混迭呢?可以通過(guò)慢慢改變掃速t/div到較快的時(shí)基檔，看波形的頻率參數是否急劇改變，如果是，說(shuō)明波形混迭已經(jīng)發(fā)生;或者晃動(dòng)的波形在某個(gè)較快的時(shí)基檔穩定下來(lái)，也說(shuō)明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號高頻成分的2倍才不會(huì )發(fā)生混迭，如一個(gè)500MHz的信號，至少需要1GS/s的采樣速率 。有如下幾種方法可以簡(jiǎn)單地防止混迭發(fā)生：

·調整掃速;

·采用自動(dòng)設置(Autoset);

·試著(zhù)將收集方式切換到包絡(luò )方式或峰值檢測方式，因為包絡(luò )方式是在多個(gè)收集記錄中尋找極值，而峰值檢測方式則是在單個(gè)收集記錄中尋找最大最小值，這兩種方法都能檢測到較快的信號變化。

·如果示波器有InstaVu采集方式，可以選用，因為這種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類(lèi)似于用模擬示波器顯示的波形 。

2.采樣速率與t/div的關(guān)系

每臺數字示波器的最大采樣速率是一個(gè)定值。但是，在任意一個(gè)掃描時(shí)間t/div，采樣速率fs由下式給出：

fs=N/(t/div)N為每格采樣點(diǎn)

當采樣點(diǎn)數N為一定值時(shí)，fs與t/div成反比，掃速越大，采樣速率越低 。

綜上所述，使用數字示波器時(shí)，為了避免混迭，掃速檔最好置于掃速較快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，掃速檔則最好置于主掃速較慢的位置 。

數字示波器的上升時(shí)間

在模擬示波器中，上升時(shí)間是示波器的一項極其重要的指標。而在數字示波器中，上升時(shí)間甚至都不作為指標明確給出。由于數字示波器測量方法的原因，以致于自動(dòng)測量出的上升時(shí)間不僅與采樣點(diǎn)的位置相關(guān) 。

雖然波形的上升時(shí)間是一個(gè)定值，而用數字示波器測量出來(lái)的結果卻因為掃速不同而相差甚遠。模擬示波器的上升時(shí)間與掃速無(wú)關(guān)，而數字示波器的上升時(shí)間不僅與掃速有關(guān)，還與采樣點(diǎn)的位置有關(guān)，使用數字示波器時(shí)，我們不能象用模擬示波器那樣，根據測出的時(shí)間來(lái)反推出信號的上升時(shí)間 。

數字示波器還有一些更功能，如延遲掃描、觸發(fā)延遲、X-Y等，這里就不介紹了。示波器入門(mén)操作是容易的，像福祿克的真正熟練則要在應用中掌握。值得指出的是，示波器雖然功能較多，但許多情況下用其他儀器、儀表更好。例如，在數字電路實(shí)驗中，判斷一個(gè)脈寬較窄的單脈沖是否發(fā)生時(shí)，用邏輯筆就簡(jiǎn)單的多;測量單脈沖脈寬時(shí)，用邏輯更好一些。 1.獲得基線(xiàn)：當操作者在使用無(wú)的示波器時(shí)，首先要獲得一條最細的水平基線(xiàn)，然后才能用探頭進(jìn)行其他測量，其具體方法如下：

(1)預置面板各開(kāi)關(guān)、旋鈕。

亮度置適中，聚焦和輔助聚焦置適中，垂直輸入耦合置“AC，，，垂直電壓量程選擇置5mv/div，垂直工作方式選擇置“CHl”，垂直靈敏度微調校準位置置“CAL，垂直通道同步源選擇置中間位置，垂直位置置中間位置，A和B掃描時(shí)間因數一起預置在“0.5ms/div，A掃描時(shí)間微調置校準位置“CAL’’，水平位移置中間位置，掃描工作方式置“A”，觸發(fā)同步方式置“AUTO，斜率開(kāi)關(guān)置“+” ，觸發(fā)耦合開(kāi)關(guān)置“AC’’，觸發(fā)源選擇置INT。

(2)按下電源開(kāi)關(guān)，電源指示燈點(diǎn)亮。

(3)調節A亮度聚焦等有關(guān)控制旋鈕，可出現纖細明亮的掃描基線(xiàn)，調節基線(xiàn)使其位置于屏幕中間與水平坐標刻度基本重合。

(4)調節軌跡平行度控制使基線(xiàn)與水平坐標平行。

2.顯示信號：一般情況下，示波器本身均有一個(gè)0.5Vp—p標準方波信號輸出口，當獲得基線(xiàn)后，即可將探頭接到此處，此時(shí)屏幕應有一串方波信號，調節電壓量程和掃描時(shí)間因數旋鈕，方波的幅度和寬窄應變化，至此說(shuō)明示波器基本調整完畢可以投入使用。

3.測量信號：將測試線(xiàn)接在CHl或CH2輸入插座，測試探頭觸及測試點(diǎn)，即可在示波器上觀(guān)察到波形。如果波形幅度太大或太小，可調整電壓量程旋鈕;如果波形周期顯示不適合，可調整掃描速度旋鈕。

特殊

1.交流峰值電壓測量

(1)獲得基線(xiàn)。

(2)調整V/div旋鈕，使波形在垂直方向顯示5div(即5格)。

(3)調節“A觸發(fā)電平”獲得穩定顯示。

(4)用以下峰值電壓。

電壓(p—p)：垂直偏轉幅度/度x(VOLTS/div)/開(kāi)關(guān)檔極x探極衰減倍率。

例如：測得上峰到下峰偏轉是5.6度，VOLTS/dir開(kāi)關(guān)置0.5，用x10探極衰減倍率，將數據代人：電壓二5.6X0.5 X 10二28 V。

2.上升時(shí)間測量

上升時(shí)間：水平距離(度)x時(shí)間/度(檔極)/擴展系數。

例如：波形兩點(diǎn)間的距離為5度，時(shí)間/度檔級為1Us，x10擴展末擴展(即x1)，將給定值代人：上升時(shí)I司;5X1/1;51xs。

3.相位差測量

相位差：水平差值(度)x水平刻度校準值(度/度)。

例如：水平差值為0.6度，每度校準到45度，將給定值代人公式：相位差：0.6x45：27。