數(shù)字示波器的特殊用法

　　數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲(chǔ)、顯示、測(cè)量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數(shù)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(dāng)，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，從而影響測(cè)試任務(wù)。

　　區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬

　　帶寬是示波器最重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數(shù)字示波器對(duì)重復(fù)信號(hào)采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)(數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬=最高數(shù)字化速率/K)，一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)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(fù)周期信號(hào)的測(cè)量，而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號(hào)和單次信號(hào)的測(cè)量。廠家聲稱示波器的帶寬能達(dá)到多少兆，實(shí)際上指的是模擬帶寬，數(shù)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(shù)字實(shí)時(shí)帶寬只能達(dá)到400MHz遠(yuǎn)低于模擬帶寬。所以在測(cè)量單次信號(hào)時(shí)，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，否則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)意想不到的誤差 。

　　有關(guān)采樣速率

　　采樣速率也稱為數(shù)字化速率，是指單位時(shí)間內(nèi)，對(duì)模擬輸入信號(hào)的采樣次數(shù)，常以MS/s表示。采樣速率是數(shù)字示波器的一項(xiàng)重要指標(biāo) 。

　　1.如果采樣速率不夠，容易出現(xiàn)混迭現(xiàn)象

　　如果示波器的輸人信號(hào)為一個(gè)100KHz的正弦信號(hào)，示波器顯示的信號(hào)頻率卻是50KHz，這是怎么回事呢?這是因?yàn)槭静ㄆ鞯牟蓸铀俾侍?，產(chǎn)生了混迭現(xiàn)象?；斓褪瞧聊簧巷@示的波形頻率低于信號(hào)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(wěn)定?；斓漠a(chǎn)生如圖1所示。那么，對(duì)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(shù)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(wěn)定下來(lái)，也說(shuō)明波形混迭已經(jīng)發(fā)生。根據(jù)奈奎斯特定理，采樣速率至少高于信號(hào)高頻成分的2倍才不會(huì)發(fā)生混迭，如一個(gè)500MHz的信號(hào)，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(diào)整掃速;

　　·采用自動(dòng)設(shè)置(Autoset);

　　·試著將收集方式切換到包絡(luò)方式或峰值檢測(cè)方式，因?yàn)榘j(luò)方式是在多個(gè)收集記錄中尋找極值，而峰值檢測(cè)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(cè)到較快的信號(hào)變化。

　　·如果示波器有InstaVu采集方式，可以選用，因?yàn)檫@種方式采集波形速度快，用這種方法顯示的波形類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(tái)數(shù)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(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)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(shù)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(shù)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(xiàng)極其重要的指標(biāo)。而在數(shù)字示波器中，上升時(shí)間甚至都不作為指標(biāo)明確給出。由于數(shù)字示波器測(cè)量方法的原因，以致于自動(dòng)測(cè)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(shù)字示波器測(cè)量出來(lái)的結(jié)果卻因?yàn)閽咚俨煌嗖钌踹h(yuǎn)。模擬示波器的上升時(shí)間與掃速無(wú)關(guān)，而數(shù)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(shù)字示波器時(shí)，我們不能象用模擬示波器那樣，根據(jù)測(cè)出的時(shí)間來(lái)反推出信號(hào)的上升時(shí)間 。

　　數(shù)字示波器還有一些更復(fù)雜的功能，如延遲掃描、觸發(fā)延遲、X-Y工作方式等，這里就不介紹了。示波器入門(mén)操作是容易的，像福祿克的手持示波器真正熟練則要在應(yīng)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(shù)字電路實(shí)驗(yàn)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(cè)量單脈沖脈寬時(shí)，用邏輯分析儀更好一些。 1.獲得基線：當(dāng)操作者在使用無(wú)使用說(shuō)明書(shū)的示波器時(shí)，首先要獲得一條最細(xì)的水平基線，然后才能用探頭進(jìn)行其他測(cè)量，其具體方法如下：

　　(1)預(yù)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(diào)校準(zhǔn)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(shù)一起預(yù)置在“0.5ms/div"，A掃描時(shí)間微調(diào)置校準(zhǔn)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(diào)節(jié)A亮度聚焦等有關(guān)控制旋鈕，可出現(xiàn)纖細(xì)明亮的掃描基線，調(diào)節(jié)基線使其位置于屏幕中間與水平坐標(biāo)刻度基本重合。

　　(4)調(diào)節(jié)軌跡平行度控制使基線與水平坐標(biāo)平行。

　　2.顯示信號(hào)：一般情況下，示波器本身均有一個(gè)0.5Vp—p標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)輸出口，當(dāng)獲得基線后，即可將探頭接到此處，此時(shí)屏幕應(yīng)有一串方波信號(hào)，調(diào)節(jié)電壓量程和掃描時(shí)間因數(shù)旋鈕，方波的幅度和寬窄應(yīng)變化，至此說(shuō)明示波器基本調(diào)整完畢可以投入使用。

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

　　特殊使用方法

　　1.交流峰值電壓測(cè)量

　　(1)獲得基線。

　　(2)調(diào)整V/div旋鈕，使波形在垂直方向顯示5div(即5格)。

　　(3)調(diào)節(jié)“A觸發(fā)電平”獲得穩(wěn)定顯示。

　　(4)用以下公式計(jì)算峰值電壓。

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

　　例如：測(cè)得上峰到下峰偏轉(zhuǎn)是5.6度，VOLTS/dir開(kāi)關(guān)置0.5，用x10探極衰減倍率，將數(shù)據(jù)代人：電壓二5.6X0.5 X 10二28 V。

　　2.上升時(shí)間測(cè)量

　　上升時(shí)間：水平距離(度)x時(shí)間/度(檔極)/擴(kuò)展系數(shù)。

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

　　3.相位差測(cè)量

　　相位差：水平差值(度)x水平刻度校準(zhǔn)值(度/度)。

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