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如何正確的使用示波器（上） |
| 作者：南方聯(lián)合 欄目：測控之家 |
正確選用示波器<上> 由于你日復一日的依賴于示波器，所以選用恰能滿足你要求的示波器的確是一重要任務。對不同廠商提供的示波器技術指標及特點進行期比較不僅費時而且容易混淆。本文所列出的諸項步驟可以幫助你加加快選擇的過程并克服某些共同錯誤。不論你考慮哪一種品牌的示波器，下述步驟可以能幫助你客觀評價儀器的性能。 在讀完下面列出的十個步驟之后，你將獲得你可能選擇到并且能滿足你應用要求的最好示波器的有關信息。 在開始選擇示波器之初，你心中已大概有一價格范圍。示波器的價格取決于多方面因素，包括帶寬、采樣率、通道數(shù)以及存儲深度等。如果你只以價格為依據來購買，最終你有可能買不到你所需要的性能。所以如果僅考慮價格因素，你可以考慮租用一臺示波器或者買一臺二手設備。 1、確定你需要模擬還是數(shù)字示波器？ 數(shù)字示波器和模擬示波器各有其優(yōu)缺點。現(xiàn)代技術的發(fā)展使數(shù)字正確選用示波器的十個步驟示波器功能更強，響應更快而且價格也逐漸降低。這些優(yōu)勢使得模擬示波器很難與先進的數(shù)字示波器相匹敵。 模擬示波器的優(yōu)點： ※ 操作控制均很熟悉 ※ 對實時調整即時更新顯示 ※ 對諸如垂直靈敏度，時基掃描速度，跟蹤位置以及觸發(fā)電平等常用調接可以進行直接專門控制 ※ 價格低 模擬示波器的缺點： ※ 精度低 ※ 顯示閃爍并且/或者顯示模糊 ※ 無預觸發(fā)觀測能力 ※ 帶寬局限于一定范圍之內 ※ 測量能力較弱 數(shù)字示波器的優(yōu)點： ※ 顯示可存儲 ※ 測量精度高 ※ 亮度高，在任何虛擬水平掃速下聚集都很好 ※ 有預觸發(fā)觀測能力 ※ 峰值，毛刺檢測 ※ 自動測量 ※ 可與計算機、打印機、繪圖儀連接 ※ 具有波形運算能力，波形數(shù)學函數(shù)運算功能 ※ 有平均和無限余輝顯示模式 ※ 自校準 數(shù)字示波器的缺點： ※ 價格可能比較高 ※ 操作可能不太直觀；（因為功能比較多） 針對你的應用要求，對模擬及數(shù)串示波器缺點進行權衡比較，如果你覺得只有數(shù)字示波器才能提供你所需要的能力，請繼續(xù)閱下面的各個步驟！ 2、確定你對帶寬的要求 測量交流波形的儀器通常都一頻率上限，如果波形的頻率在此之上則測量精度會變差。這頻率上限就是儀器的帶寬。 通常用儀器響應降低3bB處的頻率來定義，你所需儀器帶寬的數(shù)值取決于被測信號的特征以及你希望得到的測量精度。 示波器有兩重類型的寬度，即重復（或模擬）帶寬及實時帶寬。很多數(shù)字示波器提供的模擬帶寬比其基本采樣率要高。這一點是可能的，如果一信 號重復出現(xiàn)，示波器并不一定要在一次完成所有的采集，而可以通過在每—次觸發(fā)發(fā)生時獲取波形的一部分，在多次循環(huán)觸發(fā)之后構成顯示波形 。(這過程通常很快，以致你不會注意到它的發(fā)生)，重復帶寬指標獨立于示波器的采樣速率。事實上，這一指標通常用來衡量示波器模擬放大器部分的帶寬。 實時帶寬適用于非重復或單次信號。示波器在一次觸發(fā)過程中完成數(shù)字化，所以實時帶寬取決于示波器的采樣率，采樣率與帶寬之間的比值不是固定的。如果示波器有數(shù)字重構能力，這比值接近于4：1，如果沒有重構，這比值通常是10：l。 有關采樣速率部分可以參考第四個步驟。很多波形中包含的重要頻率成分比波形的基頻高出很多倍。例如，方波中包含個少比信號基頻高出十倍的頻率。高帶寬示波器能使你更精確地觀測這些高頻成分。 下面圖示的屏幕圖形說明了50 MHz的方波在不同的四種示波器上進行觀測的結果： 500MHz的示波器精確地顯示了其中的高頻成分，并且最好地表示了上升時間。150 MHz示波器的顯示中則丟失了高頻信號 通常的細節(jié)，顯示的上升時間較真實值慢了很多，100 MHz的示波器則使上升時間看起來變得更慢。同時，你還以看到幅值的衰減。示波器帶寬方波信號的基頻還要低的時候，顯示的波形已面日個非。 作為一基本準則，你所使用示波器的帶寬應至少高出被測信號中的最高頻率三倍。 如果你需要更高的精度，那么要求的帶寬將更高。雖然精確的幅值測量并不完全取決于頻率響應，但是仍要求示波器的帶寬高出被測信號頻率十倍。 對于典型測量，上升時間與帶寬之間的關系可以近似為：Tr：0．35／3dB帶寬對于定時測量，信號上升時間與示波器上升時間的比值越高，則測量誤差越小。具體數(shù)據可以參照下表信號上升時間／示波器上升時間 1:1 41．4％ 3:1 5．4％ 5:1 2．0％ 10:1 0．5％ 簡言之，如果你擁有帶寬越高的示波器(上升時間越快)，那么你的測量結果也就越精確。 你應該牢記下面幾點： ※ 探頭將影響測量精度， ※ 某些示波器所列出的最高帶寬指標只局限于某一特定的電壓范圍，或者只在50歐姆輸入時才具有。 ※ 模擬示波器的帶寬很少能高于400 MHz，而某些數(shù)字示波器具有超過50GHz的帶寬。 3．確定你所需要的通道數(shù) 一般來講，你所需要的通道數(shù)取決于被測對象。目前以雙通道示波器最為流行。然而對大多數(shù)工程師來講，對于某些應用，四通道示波器更為有用。 下面幾點應該予以考慮： ※ 你需要在同一觸發(fā)事件捕獲多通道信號嗎?如果是這樣的話，請選用每個通道可以同時采樣或獨立A／D變換的示波器。如果你觀測的信號是重復信號，那么就不一定要求同時采集了。 ※ 某些示波器是2+2形式的，也就是說，其中兩個通道是全功能的，而另外兩個通道是衰減范圍受 限制的輔助通道。在這種情況下，兩個A／D變換器由四個通道共享。輔助通道在你觀測數(shù)字信號時可以提供額外的靈活性。 ※ 對于雙通道示波器，外觸發(fā)可能很有用處。它可以用一無需觀測的信號作為外觸發(fā)源，而不占用示波器的輸入通道。 ※ 如果你要進行數(shù)字定時測量，要求超過四個通道的示波器時，你不妨考慮使用邏輯分析儀。盡管此時你放棄了測量的垂直分辨率，但你獲得了多個通道以及額外的觸發(fā)及分析能力。 4．確定你所需要的采樣速率 對于單次信號測量，最關鍵的性能指標是采樣速率，即示波器對于輸入信號進行“快速拍照”的速率。高采樣速率可以產生高實時帶寬以及高的實時分辨率。 大多數(shù)示波器生產廠商采用采樣速率與實時帶寬為4：l(如果采用數(shù)字重構技術)或10：1(沒有數(shù)字重構)的比例來防止出現(xiàn)假波。 某些示波器提供了獨立控制采樣速率的功能，這樣你可以同時調節(jié)采樣速率和屏幕顯示的數(shù)據量(時基)，使二者設置不必互相牽制。這一特征可以使你保持你所希望的時間分辨率來觀測波形。 你應該牢記下面幾點： ※ 示波器的標稱采樣速率可能只適用于單通道采樣。某些示波器在多通道均處于工作狀態(tài)時采樣率將降低。這樣由于改變了示波器的采樣速率與信號帶寬之間的關系，所以增加了出現(xiàn)假波的可能性。 ※ 由于記錄長度的限制，大多數(shù)示波器只在最快水平掃速條件下才以最大速度采樣。在水平掃速變慢時，采樣速率將降低。 ※ 在捕捉單次事件時，應同時考慮存儲深度和采樣速率的重要性。如果你需要不間斷連續(xù)觀測，你需要擁有既可以保持很高的時間分辨率，又具有足夠的內存來存儲整個事件的示波器。 ※ 示波器的采樣速率與顯示更新速率無關。 5、確定你所需要的存儲深度 你所需要的示波器存儲深度取決于要求的總時間測量范圍以及要求的時間分辨率。如果你想以高分辨率存儲長時間段信號，那么你需要選擇深存儲示波器。這樣，你可以在水平掃描速度低的情況下，采用高采樣速率。由此將大大減少出現(xiàn)假波的機會，并且獲得更多的波形細節(jié)信息。 下列算式可以幫助你計算你所希望的存儲深度。 存儲深度＝時間范圍／分辨率 深存儲的缺點是由于示波器需要處理更多的數(shù)據，所以響應速度將變慢。
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