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示波器的基本結(jié)構(gòu)及選購指南

時間:2020-04-23    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     

示波器的基本結(jié)構(gòu)

  示波器的主要部分有示波管、帶衰減器的Y軸放大器、帶衰減器的X軸放大器、掃描發(fā)生器(鋸齒波發(fā)生器)、觸發(fā)同步和電源等,其結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。為了適應(yīng)各種測量的要求,示波器的電路組成是多樣而復(fù)雜的,這里僅就主要部分加以介紹:

  一、示波管
  如上圖所示,示波管主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分,全都密封在玻璃外殼內(nèi),里面抽成高真空。下面分別說明各部分的作用。
  1、熒光屏:它是示波器的顯示部分,當(dāng)加速聚焦后的電子打到熒光上時,屏上所涂的熒光物質(zhì)就會發(fā)光,從而顯示出電子束的位置。當(dāng)電子停止作用后,熒光劑的發(fā)光需經(jīng)一定時間才會停止,稱為余輝效應(yīng)。
  2、電子槍:由燈絲H、陰極K、控制柵極G、第一陽極A1、第二陽極A2五部分組成。燈絲通電后加熱陰極。陰極是一個表面涂有氧化物的金屬筒,被加熱后發(fā)射電子??刂茤艠O是一個頂端有小孔的圓筒,套在陰極外面。它的電位比陰極低,對陰極發(fā)射出來的電子起控制作用,只有初速度較大的電子才能穿過柵極頂端的小孔然后在陽極加速下奔向熒光屏。示波器面板上的“亮度”調(diào)整就是通過調(diào)節(jié)電位以控制射向熒光屏的電子流密度,從而改變了屏上的光斑亮度。陽極電位比陰極電位高很多,電子被它們之間的電場加速形成射線。當(dāng)控制柵極、第一陽極、第二陽極之間的電位調(diào)節(jié)合適時,電子槍內(nèi)的電場對電子射線有聚焦作用,所以第一陽極也稱聚焦陽極。第二陽極電位更高,又稱加速陽極。面板上的“聚焦”調(diào)節(jié),就是調(diào)第一陽極電位,使熒光屏上的光斑成為明亮、清晰的小圓點。有的示波器還有“輔助聚焦”,實際是調(diào)節(jié)第二陽極電位。
  3、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng):它由兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成,一對垂直偏轉(zhuǎn)板Y,一對水平偏轉(zhuǎn)板X。在偏轉(zhuǎn)板上加以適當(dāng)電壓,電子束通過時,其運動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),從而使電子束在熒光屏上的光斑位置也發(fā)生改變。
  容易證明,光點在熒光屏上偏移的距離與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓成正比,因而可將電壓的測量轉(zhuǎn)化為屏上光點偏移距離的測量,這就是示波器測量電壓的原理。
  二、信號放大器和衰減器
  示波管本身相當(dāng)于一個多量程電壓表,這一作用是靠信號放大器和衰減器實現(xiàn)的。由于示波管本身的X及Y軸偏轉(zhuǎn)板的靈敏度不高(約0.1—1mm/V),當(dāng)加在偏轉(zhuǎn)板的信號過小時,要預(yù)先將小的信號電壓加以放大后再加到偏轉(zhuǎn)板上。為此設(shè)置X軸及Y軸電壓放大器。衰減器的作用是使過大的輸入信號電壓變小以適應(yīng)放大器的要求,否則放大器不能正常工作,使輸入信號發(fā)生畸變,甚至使儀器受損。對一般示波器來說,X軸和Y軸都設(shè)置有衰減器,以滿足各種測量的需要。
  三、掃描系統(tǒng)
  掃描系統(tǒng)也稱時基電路,用來產(chǎn)生一個隨時間作線性變化的掃描電壓,這種掃描電壓隨時間變化的關(guān)系如同鋸齒,故稱鋸齒波電壓,這個電壓經(jīng)X軸放大器放大后加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上,使電子束產(chǎn)生水平掃描。這樣,屏上的水平坐標(biāo)變成時間坐標(biāo),Y軸輸入的被測信號波形就可以在時間軸上展開。掃描系統(tǒng)是示波器顯示被測電壓波形必需的重要組成部分。

標(biāo)簽: 示波器
示波器 示波器的基本結(jié)構(gòu)_示波器

選擇示波器的要點

  選擇示波器,除了考慮帶寬、分辨率、采樣率外。還要關(guān)注觸發(fā)方式、時鐘周期、任意波形發(fā)生器、外部觸發(fā)輸入因素。

  一、觸發(fā)方式

  正確地觸發(fā)您的示波器可以讓您獲得更加有用的波形?;镜挠|發(fā)是一個“上升沿”或者“下降沿”,這個大部分人都會知道的。是否要選用一個更加高級的觸發(fā)方式,這個是根據(jù)使用方案和示波器的一下其他的特征來考慮的。如果你有一個非常長的緩存深度或者是快速記錄一系列波形的能力,你可能就能使用一些基本的觸發(fā),因為你可以輕易地將那些你不要的波形去除掉。如果你的緩存深度不夠,那你就需要選擇一個在確定的時間里的觸發(fā)。在我詳細(xì)地介紹其他的方式之前,我想要提示的是你有時候也可以利用外部的設(shè)備來觸發(fā)。比如說,你也許有一個擁有無比優(yōu)越的觸發(fā)機制的邏輯分析儀,當(dāng)這個邏輯分析儀有一個“外部觸發(fā)”,那你就可以用你的邏輯分析儀來觸發(fā)你的示波器。

  下面開始介紹其他的觸發(fā)方法。有很多辦法來尋找一些“異常的”脈沖,比如找一些比某些長度短的或者長的錯誤或者一個比規(guī)則的高度低的脈沖(也叫矮脈沖)。通過了解你的示波器的觸發(fā)和增加一些創(chuàng)意,你可以把更多的錯誤找出來并修正。比如說,在對一個嵌入式的控制器進(jìn)行檢錯并修正的時候,在一個任務(wù)進(jìn)行的時候你可以將它緊緊地與某一個I/O口相連接。在運用觸發(fā)來尋找“丟失脈沖”的時候,你可以在你的系統(tǒng)有沖擊的時候來觸發(fā)你的示波器,可以嘗試著看一看這個錯誤是否是一個電源引起的錯誤。

  如果你是在操作一個數(shù)字系統(tǒng),一定要看一些那些可以在很多協(xié)議上工作的觸發(fā)。比如,有些示波器就有這個性能,但是你將會需要一個附加的功能來對這些協(xié)議進(jìn)行解碼。事實上,大多數(shù)的臺式示波器看起來都有這個性能,你只需要付額外的錢來使用它。

  二、時鐘周期

  在實際的應(yīng)用中,你可能會需要跟外部設(shè)備同步采樣率。示波器將會有兩個功能去做這個。一個是將會從示波器輸出一個時鐘信號,另一個將會允許你把一個外部的時鐘添加到示波器中。一個常見的應(yīng)用是在多個示波器中同步捕獲的信號。你可以在任何你想要用一個同步捕獲辦法的應(yīng)用中使用這個。例如,當(dāng)你想要把示波器當(dāng)作是單數(shù)據(jù)速率的一部分的時候,你也許想要采樣的信號跟一個重新獲得的時鐘同步。這個輸入的時鐘的周期經(jīng)典值是10MHz,雖然一些設(shè)備會允許你在幾個可選的頻率中選擇。如果這個時鐘源是其他設(shè)備的任何東西,你也許不得不做一些時鐘條件去將它變成一個時鐘源邊緣。

  三、任意波形發(fā)生器(AWG)

  這個嚴(yán)格上不是一個示波器必備的功能,但是一些包括發(fā)生器的示波器也是值得選擇的。這是一個標(biāo)準(zhǔn)的“信號發(fā)生器”,它可以生成例如正弦函數(shù)、方波和三角波等波形函數(shù)。一個更加優(yōu)越的叫做任意波形發(fā)生器的功能,讓你可以生成任何你想要的波形。以前有一個非常古老的示波器叫做HS801也有這樣的任意波形發(fā)生器的功能??刂栖浖梢宰屗浅]p易地生成正弦函數(shù)、方波和三角波,還有一些其他的波形。但是,生成任意波形的唯一的辦法是將你在其他的應(yīng)用中創(chuàng)造的波形文件下載下來,這就意味著我根本就沒有用到“任意”的這一部分的功能。所以這里就有一個經(jīng)驗是一旦你想要購買一個AWG的時候,請記住一定要確保它的軟件是可以使用功能的。AWG也許也有一些其他的不同的特殊的功能,比如尋找跟隨著采樣率變化的最大的模擬帶寬。請記住一個特殊的規(guī)律:一個200MS/s的數(shù)模轉(zhuǎn)換速率可以假定擁有一個100MHz的模擬帶寬,但是這個信號基本是沒有用的。你可以生成某個頻率的正弦信號,甚至你可以生成一個更低頻率的正弦波(比如10MHz),它看起來是完美的,因為DAC的濾波器對這樣的高頻率會有一個平滑的作用。

  更好的系統(tǒng)將會有一個低通濾波器去約束諧波,利用的是幾倍于輸出的濾波器平滑的DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣率。在pico的示波器6403D中,我使用了一個可以生成20MHz信號但是擁有200MS/s的數(shù)模轉(zhuǎn)換采樣率。相似的,也有HS5-530也有30MHz的信號帶寬,也相似地應(yīng)用了240MS/s的采樣率。一個5到10倍于模擬帶寬的采樣率看起來是比較標(biāo)準(zhǔn)的。

  在示波器上添加AWG功能開啟了一些其他的新的有用的功能。當(dāng)實行一系列的協(xié)議解碼的時候,你可能會想要知道當(dāng)波特率輕微的變化的時候發(fā)生了什么事。你可以快速地通過重復(fù)記錄在示波器上的一系列的從AWG復(fù)制過來的數(shù)據(jù)包找到這個測試,并且調(diào)整AWG的采樣率去讓波特率輕微地降低或者是增加。

  四、外部觸發(fā)輸入

  大多數(shù)的示波器也有一個“外部觸發(fā)輸入”。這個外部的輸入不會在顯示屏上顯示但是可以用來進(jìn)行觸發(fā)。特別是這個意味著你的觸發(fā)通道不會跟你的數(shù)模轉(zhuǎn)換通道沖突。所以當(dāng)你想要一個通道上的完整的采樣率但是又不想觸發(fā)其他通道的說,你可以用“外部輸入”作為你的觸發(fā)。

  大多數(shù)的示波器也有一個“外部觸發(fā)輸入”。這個外部的輸入不會在顯示屏上顯示但是可以用來進(jìn)行觸發(fā)。特別是這個意味著你的觸發(fā)通道不會跟你的數(shù)模轉(zhuǎn)換通道沖突。所以當(dāng)你想要一個通道上的完整的采樣率但是又不想觸發(fā)其他通道的說,你可以用“外部輸入”作為你的觸發(fā)。

標(biāo)簽: 示波器
示波器標(biāo)簽: 選擇示波器的要點_示波器組合標(biāo)題:

示波器的原理是怎樣的呢?

  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(zhuǎn)換成圖像,顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器


  它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象、分析實驗中的問題、測量實驗結(jié)果必不可少的重要儀器。


  示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號源組成。


  在數(shù)字電路實驗中,需要使用若干儀器、儀表觀察實驗現(xiàn)象和結(jié)果。常用的電子測量儀器有萬用表、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(shù)字電路教學(xué)實驗中應(yīng)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(fù)雜的儀器。本章從使用的角度介紹一下示波器的原理和使用方法。


  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(zhuǎn)換成圖像,顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。


  它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象、分析實驗中的問題、測量實驗結(jié)果必不可少的重要儀器。


  示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號源組成。

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