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5分钟读懂示波器的工作原理

菜鸟
2018-09-27 17:29:22    评分

示波器是我们电子工程师的左膀右臂,把示波器玩好玩精是我们的必备技能之一。而古人早就教育我们不仅要知其然,更要知其所以然。因此仅仅会玩是不够的,弄清楚示波器的工作原理对于更好地使用示波器来说更是尤为重要。如果你还不明白示波器的工作原理到底是咋样的,就抓紧跟着小编一起来学习一下吧~

首先示波器从设计原理上分为模拟示波器和数字示波器两种,这个想必大家都清楚。最早出现的示波器为模拟示波器,而今由于带宽等问题,模拟示波器已经渐渐被淘汰。那模拟示波器的原理是怎么样的呢?下面这张图就可以很好的说明:

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模拟示波器内部会产生周期性的锯齿波信号来控制银光平电子枪的水平偏转,被测的电压信号经过放大后控制荧光屏电子枪的垂直偏转。这样一来,光斑或者亮线就清楚的显示在荧光屏上了,就是波形嘛。

是不是很简单?从设计理念上来分析,模拟示波器有许多不可比拟的好处,例如信号波形不会丢失、不存在死区时间等。而数字示波器虽然一开始会存在这些问题,但随着现在电子技术的大力发展,这种瑕疵已经变得越来越小。那数字示波器的设计原理又是怎么样的呢?

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波形首先要通过探头,经由前端的放大器进行放大,之后由模数转换单元进行转换,进而存储到采集内存中,然后显示到显示器上。

在这一整个过程中,你不难发现,波形并不是实时呈现在屏幕上的,而是经过采集内存之后又呈现在波形上的。因此如果整个采样和转换时间较长的话,就会产生较大的死区时间,所以在死区时间内的波形就无法观察到了。这也就是为什么很多人至今仍然坚持认为数字示波器不如模拟示波器好的原因所在。

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模拟示波器的优点毋庸赘述,实时性好、原理简单、价格便宜。但是本身的仪器原理也包含了终将会被时代抛弃的硬伤。大抵有以下几条:

一、带宽有限:这绝对是致命硬伤。前面已经提到,模拟示波器的输入信号是放大后直接控制CRT显示屏的电子枪偏转。虽然放大器的带宽可以越来预高,但是CRT电子枪的偏转速度是有限的,对于高频信号,电子枪的速度跟不上信号变化。因此,当前模拟示波器带宽真的很难做上去。  

二、无法存储和分析:很多老工程师非常清楚,用模拟示波器保存波形是要拿相机拍照的,如果要测幅度、周期、上升时间,只能手动去搞。要是想测相位差、功率这些,对于数字示波器这种只是勾选一下就能完成的事情,对于模拟示波器简直是体力活。  

三、触发能力太弱:基本只能边沿触发吧。想脉宽触发?斜率触发?根本不可能!更不要开个图形来做模板触发这种脑洞大开的触发方式了。 四、性能不稳定:毕竟是大量的模拟器件,时间长了之后指标就不稳了,温漂也要比数字示波器严重的多。

20世纪80年代开始,数字示波器逐渐崭露头角。特别是随着高速ADC芯片和数字处理技术的发展,数字示波器在带宽、触发、分析、显示方面全面超越了模拟示波器。现在市面上在售的示波器基本全都是数字示波器了。

这里要强调的一点仍然是死区时间,这依赖的是数字示波器后面的处理和显示速度。虽然在现有的技术水平下仍然无法做到实时处理,但是处理的速度越快,丢失的波形就越少,有关这方面性能是指标叫做——波形刷新率。对于200MHz带宽示波器来说,几乎所有的品牌都会配1G的采样率,但是波形刷新率是更为重要的参数之一。波形刷新率越高,波形观测的死区时间就小了好多。

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不管怎么说,数字示波器取代模拟示波器都是大势所趋。在电子技术飞速发展的阶段,相信模拟示波器的价格优势也会慢慢消失殆尽。

转帖自网络



管理员
2018-09-28 09:16:51    评分
2楼

谢谢楼主分享


专家
2018-10-06 22:51:16    评分
3楼

学习了,谢谢楼主分享。


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