數(shù)字存儲示波器是2010年泰克公司針對中國市場推出的具備更多功能和更多性能的入門機型,截止2012年6月,TDS數(shù)字存儲示波器系列憑借其在數(shù)字實時采樣方面的性能表現(xiàn),加上所具備的多樣的分析功能和簡潔直觀的操作獲得"全球zui受歡迎的示波器"稱號,更累積銷量達到15萬臺。
數(shù)字存儲示波器定義
數(shù)字存儲示波器(Digital Storage oscilloscopes-DSO),所謂數(shù)字存儲就是在示波器中以數(shù)字編碼的形式來儲存信號。一般具有以下數(shù)字存儲示波器特點:
1.可以顯示大量的預(yù)觸發(fā)信息
2.可以通過使用光標(biāo)和不使用光標(biāo)的方法進行全自動測量
3.可以長期存儲波形
4.可以將波形傳送到計算機進行儲存或供進一步的分析之用
5.可以在打印機或繪圖儀上制作硬考貝以供編制文件之用
6.可以把新采集的波形和操作人員手工或示波器全自動采集的參考波形進行比較
7.可以按通過/不通過的原則進行判斷
8.波形信息可以用數(shù)學(xué)方法進行處理
數(shù)字存儲示波器工作原理
數(shù)字存儲示波器有別于一般的模擬示波器,它是將采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,由內(nèi)部微機進行分析、處理、存儲、顯示或打印等操作。這類示波器通常具有程控和遙控能力,通過GPIB接口還可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C等外部設(shè)備進行分析處理。
其工作過程一般分為存儲和顯示兩個階段,在存儲階段,首先對被測模擬信號進行采樣和量化,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后,依次存入RAM中,當(dāng)采樣頻率足夠高時,就可以實現(xiàn)信號的不失真存儲。當(dāng)需要觀察這些信息時,只要以合適的頻率把這些信息從存儲器RAM中按原順序取出,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和LPE濾波后送至示波器就可以觀察的還原后的波形。
普通模擬示波器 CRT 上的 P31 熒光物質(zhì)的余輝時間小于 1ms。在有些情況下,使用 P7 熒光物質(zhì)的 CRT 能給出大約 300ms 的余輝時間。只要有信號照射熒光物質(zhì),CRT 就將不斷顯示信號波形。而當(dāng)信號去掉以后使用 P31 材料的 CRT 上的掃跡迅速變暗,而使用 P7 材料的 CRT 上的掃跡停留時間稍長一些。
那么,如果信號在一秒鐘內(nèi)只有幾次,或者信號的周期僅為數(shù)秒,甚至信號只猝發(fā)一次,那又將會怎么樣呢?在這種情況下,使用我們上面介紹過的模擬示波器幾乎乃至于完全不能觀察到這些信號。
所謂數(shù)字存儲就是在示波器中以數(shù)字編碼的形式來貯存信號。當(dāng)信號進入數(shù)字存儲示波器,或稱 DSO 以后,在信號到達CRT 的偏轉(zhuǎn)電路之前,示波器將按一定的時間間隔對信號電壓進行采樣。然后用一個模/數(shù)變換器(ADC)對這些采樣值進行變換從而生成代表每一個采樣電壓的二進制字。這個過程稱為數(shù)字化。
獲得的二進制數(shù)值貯存在存儲器中。對輸入信號進行采樣的速率稱為采樣速率。采樣速率由采樣時鐘控制。對于一般使用情況來說,采樣速率的范圍從每秒 20 兆次(20MS/s)到 200MS/s。存儲器中貯存的數(shù)據(jù)用來在示波器的屏幕上重建信號波形。所以,在DSO中的輸入信號接頭和示波器 CRT 之間的電路不只是僅有模擬電路。輸入信號的波形在 CRT 上獲得顯示之前先要存貯到存儲器中,我們在示波器屏幕上看到的波形總是由所采集到數(shù)據(jù)重建的波形,而不是輸入連接端上所加信號的直接波形顯示。
用示波器測量信號頻率的方法很多,下面介紹常用的兩種基本方法?! ?、周期法 對于任何周期信號,可用前述的時間間隔的測量方法,先測定其每個周期的時間T,再用下式求出頻率f:f=1/T 例如示波器上顯示的被測波形,一周期為8div,“t/div”開關(guān)置“1μs”位置,其“微調(diào)”置“校準”位置。則其周期和頻率計算如下: T=1us/div&TImes;8div=8us f=1/8us=125kHz 所以,被測波形的頻率為125kHz?! ?、李沙育圖形法測頻率 將示波器置X-Y工作方式,被測信號輸入Y軸,標(biāo)準頻率信號輸入“X外接”,慢慢改變標(biāo)準頻率,使這兩個信號頻率成整數(shù)倍時,例如fx: fy=1:2,則在熒光屏上會形成穩(wěn)定的李沙育圖形?! ±钌秤龍D形的形狀不但與兩個偏轉(zhuǎn)電壓的相位有關(guān),而且與兩個偏轉(zhuǎn)電壓的頻率也有關(guān)。用描跡法可以畫出ux與uy的各種頻率比、不同相位差時的李沙育圖形。 利用李沙育圖形與頻率的關(guān)系,可進行準確的頻率比較來測定被測信號的頻率。其方法是分別通過李沙育圖形引水平線和垂直線,所引的水平線垂直線不要通過圖形的交叉點或與其相切。若水平線與圖形的交點數(shù)為m,垂直線與圖形的交點數(shù)n,則fy/fx=m/n 當(dāng)標(biāo)準頻率fx(或fy)為已知時,由上式可以求出被測信號頻率fy(或fx)。顯然,在實際測試工作中,用李沙育圖形進行頻率測試時,為了使測試簡便正確,在條件許可的情況下,通常盡可能調(diào)節(jié)已知頻率信號的頻率,使熒光屏上顯示的圖形為圓或橢圓。這時被測信號頻率等于已知信號頻率。 由于加到示波器上的兩個電壓相位不同,熒光屏上圖形會有不同的形狀,但這對確定未知頻率并無影響?! ±钌秤龍D形法測量頻率是相當(dāng)準確的,但操作較費時。同時,它只適用于測量頻率較低的信號。
1、獲得基線: 當(dāng)操作者在使用無使用說明書的示波器時,首先要獲得一條最細的水平基線,其具體方法如下:(1)預(yù)置面板各開關(guān)、旋鈕。亮度置適中,聚焦和輔助聚焦置適中,垂直輸入耦合置“AC’’,垂直電壓量程選擇置"5mv/div",垂直工作方式選擇置“CHl”,垂直靈敏度微調(diào)校準位置置“CAL",垂直通道同步源選擇置中間位置,垂直位置置中間位置,A和B掃描時間因數(shù)一起預(yù)置在“0、5ms/div",A掃描時間微調(diào)置校準位置“CAL’’,水平位移置中間位置,掃描工作方式置“A”,觸發(fā)同步方式置“AUTO",斜率開關(guān)置“+”,觸發(fā)耦合開關(guān)置“AC’’,觸發(fā)源選擇置"INT"。(2)按下電源開關(guān),電源指示燈點亮。(3)調(diào)節(jié)A亮度聚焦等有關(guān)控制旋鈕,可出現(xiàn)纖細明亮的掃描基線,調(diào)節(jié)基線使其位置于屏幕中間與水平坐標(biāo)刻度基本重合。(4)調(diào)節(jié)軌跡平行度控制使基線與水平坐標(biāo)平行?! ?、顯示信號: 一般情況下,示波器本身均有一個0、5Vp—p標(biāo)準方波信號輸出口,當(dāng)獲得基線后,即可將探頭接到此處,此時屏幕應(yīng)有一串方波信號,調(diào)節(jié)電壓量程和掃描時間因數(shù)旋鈕,方波的幅度和寬窄應(yīng)變化,至此說明示波器基本調(diào)整完畢可以投入使用?! ?、測量信號: 將測試線接在CHl或CH2輸入插座,測試探頭觸及測試點,即可在示波器上觀察到波形。如果波形幅度太大或太小,可調(diào)整電壓量程旋鈕;如果波形周期顯示不適合,可調(diào)整掃描速度旋鈕?! ?、選擇Y軸耦合方式: 根據(jù)被測信號頻率的高低,將Y軸輸入耦合方式選擇“AC-地-DC”開關(guān)置于AC或DC?! ?、選擇Y軸靈敏度: 根據(jù)被測信號的大約峰-峰值(如果采用衰減探頭,應(yīng)除以衰減倍數(shù);在耦合方式取DC檔時,還要考慮疊加的直流電壓值),將Y軸靈敏度選擇V/div開關(guān)(或Y軸衰減開關(guān))置于適當(dāng)檔級。實際使用中如不需讀測電壓值,則可適當(dāng)調(diào)節(jié)Y軸靈敏度微調(diào)(或Y軸增益)旋鈕,使屏幕上顯現(xiàn)所需要高度的波形?! ?、選擇觸發(fā)(或同步)信號來源與極性: 通常將觸發(fā)(或同步)信號極性開關(guān)置于“+”或“-”檔?! ?、選擇掃描速度: 根據(jù)被測信號周期(或頻率)的大約值,將X軸掃描速度t/div(或掃描范圍)開關(guān)置于適當(dāng)檔級。實際使用中如不需讀測時間值,則可適當(dāng)調(diào)節(jié)掃速t/div微調(diào)(或掃描微調(diào))旋鈕,使屏幕上顯示測試所需周期數(shù)的波形。如果需要觀察的是信號的邊沿部分,則掃速t/div開關(guān)應(yīng)置于較快掃速檔?! ?、輸入被測信號: 被測信號由探頭衰減后(或由同軸電纜不衰減直接輸入,但此時的輸入阻抗降低、輸入電容增大),通過Y軸輸入端輸入示波器。