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为什么要用稳压器
1.波管对灯丝电压特别敏感,电压的较小波动都对示波管的寿命有较大影响,而绝大多数仪器的灯丝电源都直接取自电源变压器。
2.有的仪器的高压直接来自电源变压器,如ST16,BT3,BT3C,BT3G等,其变压器损坏率高,且基本都是由于电压高导致高压绕组坏。
3.有些仪器工作电压很宽,如TEK2235为90-260V,但这些仪器的电源部分故障率很高,大多是电源太高或电源中的干扰引起的。

示波器的选购与使用
如果说万用表是电子工作者的两条腿,那么可以毫不夸张地说,示波器就是电子工作者的一双眼睛!也许有些“高手”会说,那么多年了,我没有示波器也过来了啊!没错,我们闭上眼睛,可以从厨房走到卧室,也可以穿越街区。但很显然,如果睁开眼睛去走,则速度要快得多,而且可以少走一些弯路。
万用表在直流电路中身手不凡,但是在其他电路中却经常英雄无用武之地。特别是现在的电路越来越复杂,数字电路越来越多,频率越来越高,没有示波器常常寸步难行。而示波器的发展速度很快,特别是现在的数字示波器的价格已经下降到模拟示波器的水平,甚至于某些种类还低于模拟的。有些人在选购时不知道该买哪一种。本文就来谈一下示波器的选购与使用。
示波器简单介绍
示波器从使用者的角度可以分为五种:
一、模拟示波器(为节约文字,本文简称ASO,尽管有人称之为ART示波器)
二、 数字示波器(DSO)
三、 数字荧光示波器(DPO)
四、 虚拟示波器
五、 示波表.
模拟示波器(ASO)是传统示波器,也是目前拥有量最大的示波器。主要元件是阴极射线管。管内有电子枪,水平、垂直偏转板及荧光屏。扫描电路产生的锯齿波电压加到水平偏转板,就会使光点在水平方向左右移动,达到一定速度就成了扫描线。再在垂直偏转板加入放大后的被测信号,调节扫描速度和同步,就可以在荧光屏上显示波形。
数字示波器(DSO)与ASO不同,DSO能够持久地保留信号,可以对波形进行各种处理。水平扫描电路在固定的时间间隔产生采样脉冲,对这个时段的垂直信号电压进行模数转换,采样位置的信号电压转换为数字值,这些数字值称为采样点数值。该处理过程称为信号数字化。水平系统的采样时钟决定模数转换器(ADC)的采样的频度。该速率称为采样速率,表示为样值每秒(S/s)。
经过模数转换器(ADC)得到的数字信息,被存储器存储下来,存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止。随后,数字示波器重构波形。对重复的信号而言,数字示波器的带宽是指示波器的前端部件的模拟带宽,一般称之为-3dB点。对于单脉冲和瞬态事件,例如脉冲和阶跃波,带宽局限于示波器采样率之内,但是最多是采样率的一半。
DSO信号通道中包括微处理器,被测信号在显示之前要通过微处理器处理。微处理器处理信号,调整显示运行,管理前面板调节装置,等等。信号通过显存,最后显示到示波器屏幕中。
数字荧光示波器(DPO): DSO使用串行处理的结构来捕获、显示和分析信号;相对而言,DPO为完成这些功能采纳的是并行的体系结构。ASO依靠化学荧光物质,与此不同,DPO使用完全的电子数字荧光,其实质是不断更新的数据库。针对示波器显示屏幕的每一个点,数据库中都有独立的“单元(cell)”。一旦采集到波形(即示波器一触发),波形就映射到数字荧光数据库的单元组内。每一个单元代表着屏幕中的某位置。当波形涉及到该单元,单元内部就加入亮度信息;没有涉及到则不加入。因此,如果波形经常扫过的地方,亮度信息在单元内会逐步累积。当数字荧光数据库传送到示波器的显示屏幕后,根据各点发生的信号频率的比例,显示屏展示加入亮度形式的波形区域,这与ASO的亮度级特性非常类似。DPO也可以显示不断变化的发生频率的信息,显示屏对不同的信息呈现不同的颜色,这一点与ASO不同。利用DPO,可以比较由不同触发器产生的波形之间的异同,DPO突破ASO和DSO技术之间的障碍。它同时适合观察高频和低频信号、重复波形,以及实时的信号变化。只有DPO实时提供Z(亮度)轴,常规的DSO已经丧失了这一功能。
虚拟示波器可以看成是没有显示屏的数字示波器,要通过电脑帮忙才能得到示波器这个名分。其他方面同普通的DSO没有区别。
示波表其实就是掌上型示波器,相当于小型化的DSO,功能也和DSO没有区别,示波表大多同时还带有万用表功能。
如何选购示波器
用途定位
首先确定必备的工作和示波器的用途。您要知道您是做什么工作的,是搞维修还是搞设计?用示波器观察什么?即要捕捉并观察的信号其典型性能是什么?信号是否有复杂的特性?是重复信号还是单次信号?测量的信号过渡过程带宽,或者上升时间是多大?打算用何种信号特性来触发?需要用短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等特殊触发吗?需要同时显示多少路信号?
带宽
带宽一般定义为正弦输入信号幅度衰减到-3dB时的频率,即70.7%,带宽决定示波器对信号的基本测量能力。随着信号频率的增加,示波器对信号的准确显示能力将下降,如果没有足够的带宽,示波器将无法分辨高频变化。幅度将出现失真,边缘将会消失,细节数据将被丢失。带宽的选择还同您的工作性质有关。如果您是搞维修的,带宽同您工作中遇到的最高带宽一样就行了;但您如果是搞研究的,一个决定您所需要的示波器带宽有效的经验法则是“5倍准则”;即将您要测量的信号最高频率分量乘以5。这将会使您在测量中获得高于2%的精度。在某些应用场合,您不知道你的感兴趣的信号带宽,但是您知道它的最快上升时间,大多数字示波器的频率响应用下面的公式来计算关联带宽和仪器的上升时间:BW=0.35/信号的最快上升时间。
带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值,而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽,数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关(数字实时带宽=最高数字化速率/K),一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出,模拟带宽只适合重复周期信号的测量,而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆,实际上指的是模拟带宽,数字实时带宽是要低于这个值的。所以在测量单次信号时,一定要参考数字示波器的数字实时带宽,否则会给测量带来意想不到的误差。
采样速率
采样速率也称为数字化速率,是指单位时间内,对模拟输入信号的采样次数,常以MS/s表示。指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样速率越快,所显示的波形的分辨率和清晰度就高,重要信息和事件丢失的概率就越小。采样速率是数字示波器的一项重要指标。
如果需要观测较长时间范围内的慢变信号,则最小采样速率就变得较为重要。为了在显示的波形记录中保持固定的波形数,需要调整水平控制按钮,而所显示的采样速率也将随着水平调节按钮的调节而变化。
如果采样速率不够,容易出现混迭现象,为了准确地再现信号并避免混淆,奈奎斯定理规定:信号的采样速率必须不小于其最高频率成分的两倍。然而,这个定理的前提是基于无限长时间和连续的信号。由于没有示波器可以提供无限时间的记录长度,而且,从定义上看,低频干扰是不连续的,所以采用两倍于最高频率成分的采样速率通常是不够的。
采样速率的计算方法取决于所测量的波形的类型,以及示波器所采用的信号重建方式。实际上,信号的准确再现还取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法,简称内插。一些示波器会为操作者提供以下选择:测量正弦信号的正弦插值法,以及测量矩形波、脉冲和其他信号类型的线性插值法。
有一个在比较取样速率和信号带宽时很有用的经验法则:如果您正在观察的示波器有内插,则(取样速率/信号带宽)的比值至少应为4∶1。无正弦内插时,则应采取10∶1的比值。
屏幕刷新率
所有的示波器都会闪烁。也就是说,示波器每秒钟以特定的次数捕获信号,在这些测量点之间将不再进行测量。这就是波形捕获速率,也称屏幕刷新率,表示为波形数每秒(wfms/s)。采样速率表示的是示波器在一个波形或周期内,采样输入信号的频率; 波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别,且有着很大的变化范围。高波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性,并能极大地增加示波器快速捕获瞬时的异常情况,如抖动、矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率。
数字存储示波器(DSO)使用串行处理结构每秒钟可以捕获10到5000个波形。DPO数字荧光示波器采用并行处理结构,可以提供更高的波形捕获速率,有的高达每秒数百万个波形,大大提高了捕获间歇和难以捕捉事件的可能性。
存储深度
存储深度是示波器所能存储的采样点多少的量度。如果我们需要不间断的捕捉一个脉冲串,则要求示波器有足够的存储器以便捕捉整个事件。将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的取样速度,可以计算出所要求的存储深度,也称记录长度。
现代的示波器允许用户选择记录长度,以便对一些操作中的细节进行优化。分析一个十分稳定的正弦信号,只需要500点的记录长度;但如果要解析一个复杂的数字数据流,则需要有一百万个点或更多点的记录长度。
触发类型
示波器的触发能使信号在正确的位置点同步水平扫描,决定着信号特性是否清晰。触发控制按钮可以稳定重复的波形并捕获单次波形。
多数情况下我们只采用边沿触发方式,但是在有些场合我们可能需要其他触发方式才能同步波形。比如,观察视频信号需要用视频触发。对DSO来说,先进的触发方式可将所关心的事件分离出来,从而最有效地利用取样速度和存储深度。
现今很多示波器都具有先进的触发能力:能根据由幅度定义的脉冲(如短脉冲),由时间限定的脉冲(脉冲宽度、窄脉冲、转换率、建立/保持时间)和由逻辑状态或图形描述的脉冲(逻辑触发)进行触发。扩展和常规的触发功能组合也帮助显示视频和其它难以捕捉的信号,如此先进的触发能力,在设置测试过程时提供了很大程度的灵活性,而且能大大地简化工作。
如果您是搞家电维修的,或者其他需要测量视频信号的人员,建议购买具有视频触发功能的示波器,如果是高数字电路设计的,建议购买带有脉冲和逻辑触发的示波器。
通道数量
通道数量取决于应用场合。观测一个信号,可选用简易示波器;同时观测、比较两个信号,可选用双通道示波器。如果要求观察若干个信号的相互关系,将需要一台4通道示波器。随着被观测系统数字成分的增加,传统的双通道示波器或四通道示波器已难以满足同时捕获足够通道数量被测信号的要求。这时,应将示波器和逻辑分析仪等组合起来使用,或者使用一台将几种仪器组合在同一台机箱内的组合示波器(如将16通道的分析仪集成在DSO中的混合信号示波器),利用逻辑分析仪的触发能力帮助示波器采集数据,同时测量不同类型和不同速度的信号。
示波器的指标精度
示波器的指标有很多:如垂直灵敏度、带宽、扫描速度、增益精度、时间基准、垂直分辨率等。如果您仅仅是一般的维修人员,也许只要关心一下带宽和灵敏度就够了。如果是设计工程师,最好还要关心一下其他参数,比如上升时间。
测量和分析特性
自动测量有助于信号检验和故障检测。很多示波器可以自动测量周期、频率、幅度。好一些的还可以测量平均值、峰峰值、均方根值、最大值、最小值、过冲、欠冲、上升时间、下降时间、正脉宽、负脉宽、正占空比、负占空比等。有些示波器还有更高级的分析能力,如FFT。一般的DSO都或多或少地有自动测量功能,而ASO具有这些功能的却不多,特别是一些早期产品,有这些功能的典型的ASO有V1065、V1565、TEK2245A、TEK2400系列、OS5100RA、OS5100RB、PM3082、SS7802、SS7810等。不过,现在生产的档次高一点的ASO几乎都具有自动测量功能。然而对于一般的维修人员来说,是否具有这些功能并不很重要,在我们可以熟练地使用示波器,并对被检测设备的一些常见工作点的波形形状、幅度及频率或者脉宽有了经验后,只要把示波器的灵敏度和扫描时间放在熟悉的档位就可以了。
二手示波器
如果预算有限,可以考虑二手示波器。市场上二手示波器占有可观份额。之所以有如此地位,是由于其一些显著的优点。首先当然是价格便宜,一般花原值10-50%的价钱就可以买到;其次是目前大部分二手仪器有图纸,这非常有用。现在新的示波器很少有图纸,特别是数字示波器,如果坏了,用户很难自己修好,而到厂家修又很昂贵;再次,电子产品不同于机械产品,除了开关和电位器,没有磨损的问题,因此很多二手示波器的性能几乎同新的一样,特别是有些进口的,无论是示波管亮度、寿命,还是整机性能,并不逊色于国产新机。最后,现在的高频的ASO价格要高于DSO,而二手的ASO很便宜,因此对于需要购买高频ASO的用户来说,也许二手是更好的选择。
模拟还是数字?
选购示波器要综合考虑自己的经济能力和用途,既要避免浪费又要能胜任自己的工作。
随着电子技术的飞速发展,DSO价格快速下降,目前已经降到了ASO的水平,100兆以上的高频示波器还低于ASO,很多人处于两难境地,不知该选择ASO还是DSO。实际上。ASO和DSO各有千秋,下面比较一下两类示波器的优缺点。
模拟示波器(ASO)的优点
ASO为我们提供眼见为实的波形,在规定的带宽内可非常放心进行测试。人类五官中眼睛视觉十分灵敏,屏幕波形瞬间微细变化都可感知。因此,模拟示波器深受使用者的欢迎。
1.ASO最大的优点在于分辨率高,DSO的垂直分辨率一般只有8位,而ASO可以看成无穷大。DSO的水平分辨率取决于采样速率,而ASO也是无穷大。因此ASO在扫描周期内不会丢失带宽范围内的任何信号,而DSO可能会遗漏细节。ASO对信号的测量是连续进行的,屏幕上的显示是当时正在发生的情况,因此,ASO比较适合测量调频、调幅、视频、噪声等信号,比较适合电子产品检测、调整和维修等应用,以及基础实验仪器教育使用。
2.相应速度快。ASO的显示可以说是实时的,而DSO需要经过采样处理,响应速度自然就慢了。
3.DSO有采样噪声,不但观察起来不爽,还会影响信号的波形。ASO则没有这个问题。
4.ASO亮度高。DSO一般用液晶显示器,亮度不高。而ASO的CRT显示器亮度要高得多,不但能适应不同的光线环境,看起来也更舒服。
5.ASO电路简单,维修方便。特别是目前市场上的ASO一般都有原理图,更加有利于修理。而DSO很少提供图纸。
6.ASO有灰度等级特性,可以丰富观察内容,而DSO没有灰度等级特性。
模拟示波器(ASO)的缺点
1.测量低频(低于100Hz)时闪动厉害,低于30Hz时只能看到移动的光点,要根据光点移动的轨迹来推测信号的波形。也不利于单次信号的测量,因为单次信号一闪而过,不能保持在屏幕上。虽然有一种记忆示波器,采用特殊的记忆示波管,可以把波形保存在屏幕上,但是显示效果不如普通示波管。记忆示波器典型的有TEK464、TEK466、HP1741、HP1746。
2.在释抑时段(形象地说叫逆程或者回扫时段)不能显示波形,如果是非周期性信号,这段时间内的信号将丢失,尽管有些示波器有延时线,可以显示触发前的信号,但是延时线的延时时间有限。
数字示波器(DSO)的优点
1.体积小、重量轻,便于携带。现在的DSO基本都是液晶显示器,优点可以类比液晶彩电和CRT彩电。
2.可以长期贮存波形。并可以对存储的波形进行放大等多种操作和分析。
3.特别适合测量单次和低频信号。测量低频时没有ASO的闪烁现象。
4.更多的触发方式,除了ASO不具备的预触发,还有逻辑触发、脉冲宽度触发等。
5.可以通过GPIB、RS232、USB接口同计算机、打印机、绘图仪连接,可以打印、存档、分析文件。
6.有强大的波形处理能力,能自动测量很多参数。虽然不同厂家和型号提供的功能有所不同,但它们一般包括诸如频率、上升时间、脉冲宽度等等的测量。
数字示波器(DSO)的缺点
但是DSO的缺点也很多。除了上面谈到过的缺点,还有一些其他的缺点。
1.失真比较大。由于数字示波器是通过对波形采样来显示的,采样点数越少失真越大,通常在水平方向有512个采样点,受到最大采样速率的限制,在最快扫描速度及其附近采样点更少。因此,高速时失真更大。
2.可能出现假象和混淆波形。当采样时钟频率低于信号频率时,显示出的波形可能不是实际的频率和幅值。数字示波器的带宽与取样率密切相关,取样率不高时需借助内插计算,容易出现混淆波形。虽然有些数字示波器都有所谓自动设置功能,一旦输入信号连好以后,示波器就能自动地设置适当的偏转系数和时基值。这种自动设置功能也能帮助避免假象现象。但是在有些情况下,信号的频率变化得非常快,以至于在某一时刻选定的时基设置是正确的,而在另一时刻(或者对于信号的另一部分而言)示波器又显示出假象的波形。
3.测量复杂信号能力比较差。由于DSO的采样点数有限以及没有亮度的变化,使得很多波形细节信息无法显示出来,虽然有些DSO可能具有两个或多个亮度层次,但这只是相对意义上的区别,再加上示波器有限的显示分辨率,使它仍然不能重现模拟显示的效果。
就拿最常见的电视信号来说,DSO要远不如ASO。图1给出了使用模拟示波器显示视频信号的情况。请注意其中丰富的波形细节和亮度变化的情况。图2给出的是在DSO上显示相同信号的情况。

图2

图3
如果想兼顾ASO和DSO的优点,可以选购DPO,典型的如泰克的TDS3000系列、TDS5000系列、DPO系列。DPO能把数字化的波形数据进一步光栅化,存入荧光数据库中。存储到数据库中的信号图象直接送到显示系统。波形数据直接光栅化,以及直接把数据库数据拷贝到显存中,两者共同作用,改变了其他体系在数据处理方面的瓶颈。结果是增加了“使用时间”,增强显示更新能力。信号细节、间断事件和信号的动态特性都能实时采集。DPO微处理器与集成的捕获系统一道并行工作,完成显示管理、自动测量和设备调节控制工作,同时,又不影响示波器的捕获速度。DPO如实地仿真模拟示波器最好的显示属性,并在三维显示信号:时间、幅度和以时间为参变量的幅度变化,三者都是实时的。
对那些需要最好的通用设计和故障检测工具以适合大范围应用的人来说,DPO是一个理想工具。DPO典型应用有:通信模板测试,中断信号的数字调试,重复的数字设计和定时应用。
但是DPO的价格昂贵,有一种更经济的选择是使用数字模拟两用示波器,或者叫组合示波器。这种示波器既有ASO的优点又有DSO的优点。他是通过一个开关来选择ASO和DSO的。典型的如DSS5020、DSS5040、DSS6121、TEK2232、VC6145、PM3382、HM507等。
综上所述,对于绝大部分人来说,还是应该选择ASO,因为对他们来说,观察100Hz以下低频的概率非常低,即使偶尔观察,也可以通过光点的轨迹来判断;需要用到存储波功能的场合也很少。而ASO的优点又实在太多。对他们来说,除非DSO的价格远低于ASO,才能使他们加入DSO阵营。

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