什么是示波器?示波器的作用和原理是什么
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束,打在涂有荧光物质的屏面上,就可产生细小的光点(这是传统的模拟示波器的工作原理)。在被测信号的作用下,电子束就好像一支笔的笔尖,可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。
分类
按照信号的不同分类
模拟示波器采用的是模拟电路(示波管,其基础是电子枪)电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。
数字示波器则是数据采集,A/D转换,软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器的工作方式是通过模拟转换器(ADC)把被测电压转换为数字信息。数字示波器捕获的是波形的一系列样值,并对样值进行存储,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。数字示波器可以分为数字存储示波器(DSO),数字荧光示波器(DPO)和采样示波器。
是德科技提醒您,示波器的主要用途是精确地显示电子信号。因此,信号完整性显得非常重要。信号完整性是指示波器重建波形并且精确显示原始信号的能力。由于在示波器的波形不同于真实信号时,测试毫无意义,所以信号完整性低的示波器是没有价值的。但是,无论示波器的性能有多高也无法完全再现真实信号。这是因为当您将示波器连接到电路时,示波器就会变成电路的一部分。换言之会有一些负载效应产生。仪器制造商虽然尽力将负载效应降至最低,但就某种程度而言它们仍然会存在。
一般,现代示波器的外观与图 8 中的示波器相似。然而示波器种类繁多,您的示波器看起来或许会与之不尽相同。尽管如此,大多数示波器都具备一些基本特性。多数示波器的前面板大致可分为几个区域:通道输入、显示屏、水平控制、垂直控制以及触发控制。如果您的示波器未配备 Microsoft Windows 操作系统,那么它很可能会提供一组功能键,用于控制屏幕上的菜单。
您可以通过通道输入接头(即插入到探头的连接器)把信号发送到示波器中。显示屏是用来显示这些信号的屏幕。水平和垂直控制区域包含了一些旋钮和按键,可用于控制在显示屏上的信号的水平轴(通常表示时间)和垂直轴(通常表示电压)。触发控制支持您对示波器进行设置,确定在何种条件下时基可以执行采集任务。
示波器的后面板如图 9 所示。
如图所示,许多示波器都拥有与个人计算机相同的连通性,包括光盘驱动器、
CD-RW 驱动器、DVD-RW 驱动器、USB
端口、串行端口,以及外部监测器、鼠标和键盘输入等。
示波器是一种测试与测量仪器,可显示某个变量与另一个变量之间的关系。例如,它可以在显示屏上绘制一个电压(y 轴)—时间(x 轴)图。图 10 显示了一个图表示例。如果您需要测试某个电子器件是否正常工作,这项功能会很有用。如果您知道移除该器件之后信号的波形会发生什么变化,您就可以利用示波器来查看这个器件是否在输出正确的信号。
请注意,x 轴和 y 轴会以网格线分成一些格子。您可以利用这种网格线执行手动测量,但新型示波器能够自动执行大多数的测量,并且得到更精确的结果。
示波器的功用不只是绘制电压—时间图。示波器提供多个输入(也称通道),每个通道都能独立工作。因此,您可以将通道 1 连接到某个器件,并将通道 2 连接到另一个器件。随后,示波器可以绘出通道 1 与通道 2 分别测得的电压之间的比较图。该模式称为示波器的 XY 模式,适用于绘制 I-V 图或 Lissajous 图。根据 Lissajous 图的形状可以得知两个信号之间的相位差与频率比。图 11 显示了 Lissajous 图及其代表的相位差/频率比。