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示波器在使用中需要注意的問題

發(fā)布時(shí)間:2011-12-12

中心議題:


本文介紹示波器在使用過程中需要注意的十九個(gè)問題,包括示波器指標(biāo)中的帶寬、采樣速率、等效時(shí)間采樣的理解,及示波器波形的分析等問題,對(duì)工程師正確使用示波器非常有幫助。

一、 請(qǐng)問帶寬和采樣頻率之間有什么固定關(guān)系?
采樣率理論上需要滿足農(nóng)效香采樣定律,即被測(cè)信號(hào)的最高頻率信號(hào)的每個(gè)周期理論上至少需要采2個(gè)點(diǎn),否則會(huì)造成混疊。但是在實(shí)際上還取決于很多其它的因素,比如波形的重構(gòu)算法等,Siglent系列示波器采用先進(jìn)的波形重構(gòu)算法,同時(shí)配備有插值算法,精確重構(gòu)波形。一般來說采樣率是帶寬的4-5倍就可以比較準(zhǔn)確地再現(xiàn)波形。

二、 示波器指標(biāo)中的帶寬如何理解?
帶寬是示波器的基本指標(biāo),和放大器帶寬的定義一樣,是所謂的-3dB點(diǎn),即,在示波器的輸入加正弦波,幅度衰減為實(shí)際幅度的70.7%時(shí)的頻率點(diǎn)稱為帶寬。也就是說,使用100MHz帶寬的示波器測(cè)量1V,100MHz的正弦波,得到的幅度只有0.707V。這還只是正弦波的情形。因此,我們?cè)谶x擇示波器的時(shí)候,為達(dá)到一定的測(cè)量精度,應(yīng)該選擇信號(hào)最高頻率5倍的帶寬。Siglent的ADS1000CE示波器提供300MHz帶寬、2GSa/a的實(shí)時(shí)采樣率,領(lǐng)先國內(nèi)同行水平。

三、 在帶寬一定的條件下,采樣頻率太大是否也沒有太大的意義?
帶寬是限制被測(cè)信號(hào)高頻分量被捕獲的基本條件。由于Siglent示波器采用先進(jìn)的波形重構(gòu)算法,并配備有插值算法顯示,同時(shí)提供最低500MS/s的實(shí)時(shí)采樣率,保證對(duì)觸發(fā)信號(hào)的完美捕獲并真實(shí)量化,最終能對(duì)采集信號(hào)的精確重現(xiàn)。

四、 影響示波器工作速度的因素有哪些?
簡(jiǎn)單地來說示波器的原理都差不多,前端是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),后端是計(jì)算機(jī)處理。影響示波器速度主要有兩方面,一是從前端數(shù)采到后端處理的數(shù)據(jù)傳輸,一般都是用總線傳輸,另一個(gè)是后端的處理方式。Siglent示波器采用成熟的高速硬件架構(gòu),配合DSP數(shù)字處理能有效解決這些瓶頸,大大提升示波器的性能。

五、 在使用示波器時(shí)如何消除毛刺?
如果毛刺是信號(hào)本身固有的,而且想用邊沿觸發(fā)同步該信號(hào)(如正弦信號(hào)),可以用高頻抑制觸發(fā)方式,通常可同步該信號(hào)。如果信號(hào)本身有毛刺,但想讓示波器慮除該毛刺,不顯示毛刺,通常很難做到??梢栽囍褂孟拗茙挼姆椒ǎ恍⌒目赡芤矔?huì)把信號(hào)本身慮掉一部分信息。

六、 在選擇示波器時(shí),一般考慮的多的是帶寬。那么,在什么情況下要考慮采樣速率?
取決于被測(cè)對(duì)象,在帶寬滿足的前提下,希望最小采樣間隔(采樣率的倒數(shù))能夠捕捉到您需要的信號(hào)細(xì)節(jié)。業(yè)界也有些關(guān)于采樣速率經(jīng)驗(yàn)公式,但基本上都是針對(duì)示波器帶寬得出的,實(shí)際應(yīng)用中,最好不用示波器測(cè)帶寬頻率的信號(hào)。若你在選型,對(duì)正弦波,選擇示波器帶寬是被測(cè)正弦信號(hào)頻率的3倍以上,采樣率是帶寬的4到5倍,實(shí)際上是信號(hào)的12到15倍,若是其它波形,要保證采樣率足以捕獲信號(hào)細(xì)節(jié)。若你正在使用示波器,可透過以下方法驗(yàn)證采樣率是否夠用:將波形停下來,放大波形,若發(fā)現(xiàn)波形有變化(如某些幅值),采樣率就不夠,否則無是滿足測(cè)量精度的。也可用點(diǎn)顯示來分析,采樣率是否夠用。專業(yè)的Siglent系列示波器很好地解決了帶寬與采樣率的問題。

七、 模擬跟數(shù)字示波器在觀察波形的細(xì)部時(shí),那個(gè)更有優(yōu)勢(shì)?
早期我們使用的模擬示波器垂直精度一般都是+/-3%,而數(shù)字示波器的垂直精度高達(dá)+/-1%,這點(diǎn)來說數(shù)字示波器要具有極大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)Siglent數(shù)字示波器具有不同等級(jí)的輝度選擇,對(duì)于顯示信號(hào)細(xì)節(jié)更加方便直觀。

八、 如何捕捉并重現(xiàn)稍縱即失的瞬時(shí)信號(hào)?
要捕獲瞬時(shí)信號(hào)可參照如下設(shè)置:觸發(fā)類型選擇邊沿,觸發(fā)方式設(shè)置成單次方式,信號(hào)置為上升觸發(fā),并將觸發(fā)電平調(diào)到適當(dāng)值。另外Siglent示波器配備了EasyZoom窗口擴(kuò)展技術(shù),就是說,可在觀察信號(hào)全局的同時(shí),對(duì)局部細(xì)節(jié)進(jìn)行放大觀察。
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九、 選擇什么型號(hào)的示波器可有效提高設(shè)計(jì)效率?
示波器發(fā)展到現(xiàn)今,數(shù)據(jù)分析、處理得到了很大的提高。使用示波已不僅僅是在調(diào)試中觀察波形,更重要的是能很好的在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問題所在、分析計(jì)算器件參數(shù),幫助大家優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。選擇什么樣的示波器最適合要結(jié)合你所要觀察分析的信號(hào)決定。Siglent高性能示波器提供25M----300M帶寬,以及500MSa/s---2GSa/s的采樣率,滿足你不同的需求。

十、 示波器使用中探頭應(yīng)該注意些什么?
示波器的使用中探頭一般往往被大家忽略,無源探頭由于測(cè)量范圍寬,價(jià)格便宜,同時(shí)可以滿足大多的測(cè)量要求,因而得到廣泛的使用,無源探頭探頭的選擇應(yīng)該與所用示波器的帶寬一致。更換探頭,探頭交換通道的時(shí)候,必須進(jìn)行探頭補(bǔ)償調(diào)整,達(dá)到與輸入通道的匹配。調(diào)校探頭補(bǔ)償最簡(jiǎn)單直觀的是使用探頭波形來進(jìn)行。

十一、什么是示波器的實(shí)時(shí)采樣率?
實(shí)時(shí)采樣是指對(duì)波形進(jìn)行等時(shí)間間隔取樣,按照取樣先后的次序進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并存入存儲(chǔ)器中,實(shí)時(shí)取樣是最明顯和最直觀的取樣方式,這類取樣只需要簡(jiǎn)單地在時(shí)間上分布取樣點(diǎn),所有的取樣點(diǎn)是響應(yīng)示波器的一次觸發(fā)而獲得的。Siglent高性能示波器提供500MSa/s---2GSa/s的實(shí)時(shí)采樣率。

十二、什么是示波器的等效時(shí)間采樣?
等效時(shí)間采樣指的是示波器把多次采集(多次觸發(fā))采集到的波形拼湊成一個(gè)波形,每次采樣速率可能很慢,兩次采集觸發(fā)點(diǎn)有一定的偏移,最后形成的兩個(gè)點(diǎn)間的最小采樣間隔的倒數(shù)稱為等效采樣速率。其指標(biāo)可以達(dá)到很高,如1ps。Siglent高性能示波器等效采樣都高達(dá)50Sa/s

十三、在示波器上看波形時(shí),用外觸發(fā)和自觸發(fā)來看有何區(qū)別?
示波器的通常觸發(fā)是邊沿觸發(fā),其觸發(fā)條件有2個(gè),觸發(fā)電平和觸發(fā)邊沿;即:信號(hào)的上升沿(或者下降沿)達(dá)到某一特定電平(觸發(fā)電平)時(shí),示波器觸發(fā)。示波器只有在信號(hào)自觸發(fā)有問題的時(shí)候才會(huì)使用外觸發(fā),沒有哪一個(gè)更好的問題。另外,信號(hào)比較復(fù)雜,有很多滿足觸發(fā)條件的點(diǎn),無法每次在同一位置觸發(fā),從而得到穩(wěn)定的顯示。這時(shí)就需要使用外觸發(fā)。Siglent ADS1000示波器提供提供標(biāo)準(zhǔn)的雙通道+一個(gè)外觸發(fā)通道

十四、測(cè)量系統(tǒng)的總帶寬如何獲得?
數(shù)字信號(hào)的測(cè)量時(shí),信號(hào)的上升時(shí)間決定系統(tǒng)的總帶寬,測(cè)量系統(tǒng)的總帶寬=0.35/上升時(shí)間

十五、測(cè)量中如何應(yīng)用觸發(fā)釋抑?有何作用?
觸發(fā)釋抑的含義是暫時(shí)將示波器的觸發(fā)電路封閉一段時(shí)間(即釋抑時(shí)間),在這段時(shí)間內(nèi),即使有滿足觸發(fā)條件的信號(hào)波形點(diǎn)示波器也不會(huì)觸發(fā),示波器的觸發(fā)部分的作用就是穩(wěn)定的顯示波形,觸發(fā)釋抑也是為了穩(wěn)定顯示波形而設(shè)置的功能。主要針對(duì)大周期重復(fù)而在大周期內(nèi)有很多滿足觸發(fā)條件的不重復(fù)的波形點(diǎn)而專門設(shè)置的。Siglent示波器提供100ns---1.5s的超長觸發(fā)釋抑時(shí)間。

十六、示波器正常,但是用示波器觀察被測(cè)信號(hào)時(shí),波形雜亂無章,該如果解決?
導(dǎo)致這樣的原因是:被測(cè)信號(hào)的接地端與示波器地線沒有共地。通常是利用示波器的自檢信號(hào)來檢查探頭和示波器是否正常,若示波器和探頭均正常,則是被測(cè)波形不正常。在測(cè)量幅度很小信號(hào)的時(shí)候,可把探頭的接地線拔掉(此時(shí)接地線相當(dāng)于天線,對(duì)小信號(hào)產(chǎn)生干擾),采用Siglent示波器配備的近地線連接地進(jìn)行測(cè)試,同時(shí)為了很好消除噪聲引起的誤觸發(fā),“獲取方式”可選擇“平均”。

十七、示波器正常,能看到到掃描線,但是觀察被測(cè)信號(hào)卻沒有信號(hào)波形產(chǎn)生?
三個(gè)原因?qū)е拢?、從通道1輸入信號(hào),但是不小心打開的卻是通道2;
2、信號(hào)耦合方式(AC-GND-DC)選擇接地位置上。
3、確認(rèn)信號(hào)已經(jīng)產(chǎn)生且正常輸入示波器BNC接口

十八、如何測(cè)量直流電壓?
首先需要設(shè)置耦合方式為直流,根據(jù)大概的范圍調(diào)節(jié)垂直檔位到一個(gè)合適的值,然后比較偏移線跟通道標(biāo)志的位移。Siglent系列示波器采用國內(nèi)唯一能識(shí)別直流的算法,自動(dòng)識(shí)別并測(cè)試直流電壓信號(hào)。使用中按”AUTO”自動(dòng)測(cè)量即可完成測(cè)試結(jié)果。

十九、為什么波形存儲(chǔ)已經(jīng)存儲(chǔ)了設(shè)置,還要存儲(chǔ)設(shè)置有什么用?
首先,兩者最主要的區(qū)別是波形存儲(chǔ)占據(jù)的存儲(chǔ)空間要比設(shè)置存儲(chǔ)空間要大的多,因此以存儲(chǔ)器的空間和成本考慮,就需將兩者分別保存。其次,兩者的調(diào)出上也存在差別。波形調(diào)出示波器處于STOP狀態(tài),設(shè)置調(diào)出時(shí)不改變保存的運(yùn)行狀態(tài),可方便直接觀測(cè)波形。

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