示波器按照信號的不同分類
模擬示波器采用的是模擬電路(示波管,其基礎是電子槍)電子槍向屏幕發射電子,發射的電子經聚焦形成電子束,并打到屏幕上。屏幕的內表面涂有熒光物質,這樣電子束打中的點就會發出光來。
數字示波器則是數據采集,A/D轉換,軟件編程等一系列的技術制造出來的高性能示波器。數字示波器的工作方式是通過模擬轉換器(ADC)把被測電壓轉換為數字信息。數字示波器捕獲的是波形的一系列樣值,并對樣值進行存儲,存儲限度是判斷累計的樣值是否能描繪出波形為止,隨后,數字示波器重構波形。數字示波器可以分為數字存儲示波器(DSO),數字熒光示波器(DPO)和采樣示波器。
模擬示波器要提高帶寬,需要示波管、垂直放大和水平掃描推進。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**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,大有取代模擬示波器之勢,模擬示波器的確從前臺退到后臺。
在數字電路實驗中,需要使用若干儀器、儀表觀察實驗現象和結果。常用的電子測試儀有萬用表、邏輯筆、普通示波器、存儲示波器、邏輯分析儀等。萬用表和邏輯筆使用方法比較簡單,而邏輯分析儀和存儲示波器目前在數字電路教學實驗中應用還不十分普遍。示波器是一種使用非常廣泛,且使用相對復雜的儀器。下面由科翔介紹一下示波器的原理。
1、示波器工作原理
示波器是利用電子示波管的特性,將人眼無法直接觀測的交變電信號轉換成圖像,顯示在熒光屏上以便測量的電子測試儀。它是觀察數字電路實驗現象、分析實驗中的問題、測量實驗結果必不可少的重要儀器。示波器由示波管和電源系統、同步系統、X軸偏轉系統、Y軸偏轉系統、延遲掃描系統、標準信號源組成。
1.1示波管
陰極射線管(CRT)簡稱示波管,是示波器的核心。它將電信號轉換為光信號。電子槍、偏轉系統和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內,構成了一個完整的示波管。
1.熒光屏
現在的示波管屏面通常是矩形平面,內表面沉積一層磷光材料構成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發鋁膜。高速電子穿過鋁膜,撞擊熒光粉而發光形成亮點。鋁膜具有內反射作用,有利于提高亮點的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。
當電子停止轟擊后,亮點不能立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10%所經過的時間叫做“余輝時間”。余輝時間短于10μs為較短余輝,10μs—1ms為短余輝,1ms—0.1s為中余輝,0.1s-1s為長余輝,大于1s為較長余輝。一般的示波器配備中余輝示波管,高頻示波器選用短余輝,低頻示波器選用長余輝。
由于所用磷光材料不同,熒光屏上能發出不同顏色的光。一般示波器多采用發綠光的示波管,以保護人的眼睛。
實時示波器和采樣示波器的區別是什么?
實時示波器包括觸發ASIC技術,允許用戶感興趣的事件,例如上升電壓閾值、建立和保持違規或碼型觸發。常規采集模式中,當示波器的觸發電路觀測到這個事件時,示波器將會捕獲并保存在觸發點附近的連續采樣點,并使用已捕獲數據更新顯示屏。實時示波器可工作在單次捕獲模式或連續捕獲模式。在單次模式下,示波器根據存儲器深度和采樣率設置,進行單次采集并顯示一組連續樣本。在示波器捕獲了單條軌跡之后,用戶能夠平移和縮放到任意感興趣的事件。在連續運行模式下,示波器連續采集并顯示每一個與觸發技術指標匹配的條件。可變余輝或無限余輝可使多個已捕獲信號覆蓋在初始信號上。連續模式允許用戶對被測器件進行實時查看。可在單次采集或連續重復采集模式中進行上升時間或脈寬測量、數學函數或FFT分析。大部分帶寬低于6GHz的實時示波器包括lMΩ和50MΩ輸入,可與多種探頭和電纜搭配使用。實時示波器有三個重要的技術指標定義,即:帶寬、采樣率和存儲器深度。在選擇實時示波器時,還需要考慮其它更重要的技術指標。
采樣示波器探頭專為捕獲、顯示與分析重復信號而設計。觸發能力同樣也是針對重復信號而設置。當滿足次觸發條件時,采樣示波器將會捕獲一組具有時間間隔的非鄰近樣本。示波器延遲這個觸發點并開始下一組捕獲,并將已捕獲的點與組樣本共同放在顯示屏中。在無限余輝模式中重復這項操作,可以創建一個波形,不必進行連續采集。觸發與是其中的技術要素,用于控制觸發之間的時間分辨率,以實現高測量精度。由于每次觸發僅會捕獲和處理幾個點,存儲器深度不屬于關鍵技術指標。采樣率也不是關鍵技術指標。但是,觸發條件和下一個觸發條件之間的時間間隔精度,這一點才是的。
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