術(shù)語的解釋其實十分困難,雖然本身的目的就是為了讓不懂此領(lǐng)域的新人快速入門,但往往術(shù)語解釋中又包含各種術(shù)語,令學習者頭疼。本文在講述示波器性能相關(guān)術(shù)語時,將盡可能的簡潔明了,讓剛學習示波器的人,能夠有大致的了解,幫助新人快速地接受這些術(shù)語。
示波器的波形相關(guān)術(shù)語
具有時空周期性的事物就可以稱之為波,波動是時間和空間的雙重周期運動。例如,聲波,水波,腦電波,電磁波等。而示波器測量的是電壓的波動。一個波的周期,就是波數(shù)次重復的其中一次所花的時間。波形就是波的圖像表達模型。電壓波形展示的就是電壓(Y軸)隨時間(X軸)的變化。
從這個波形中我們可以得出改信號的大量信息。從波形高度的改變,你得知電壓的改變。
如果波形的其中一段出現(xiàn)一條直線,你就知道在該段時間內(nèi),電壓沒有變化。一條筆直的斜線,表明電壓上升或下降的速率穩(wěn)定(電壓加速度為0)。而波形上的銳角意味著電壓的突變。下面是一些常見的電壓波形圖和常見的波形源。
常見電壓波形圖
常見波形源
示波器的波形種類
大多數(shù)的波形,都可以歸類為下面幾種:正弦波、方波和矩形波、鋸齒波和三角波、沿和脈沖。
正弦波是一種基本的波形,我們家里墻上的插座輸出的電壓波形就是正弦波,由信號發(fā)生器的振蕩器產(chǎn)生的測試信號通常也是正弦波。大多數(shù)交流電源都會產(chǎn)生正弦波。
阻尼振蕩波形是一種特殊的情況,在一個振蕩的電路中,電壓隨著時間的流逝逐漸減弱。
矩形波是另一種常見的波形。簡單的講,矩形波就是直流電壓有規(guī)律間斷性地開和關(guān)。這是測試放大器的標準波形,高質(zhì)量的放大器方波的失真度就越低。電視,廣播和計算機電路經(jīng)常使用方波作為定時信號。
矩形波和方波類似,方波的正負脈寬相同,而矩形波可以是任意的。這點在數(shù)字電路測量中尤為重要。
鋸齒波和三角波是由設(shè)計用于線性控制電壓的電路產(chǎn)生的,例如模擬示波器的水平掃描或電視的光柵掃描。這些波的電壓以恒定速率變化。
沿和脈沖:
電壓的瞬間變化就會在波形中形成沿,電壓由低到高會形成上升沿,比如你打開電源開關(guān)的時候,由高到低就會形成下降沿,比如你關(guān)閉電源開關(guān)的時候。而整個打開然后過了一會關(guān)閉的動作下來,就會形成一個脈沖。它可能代表計算機電路傳輸?shù)囊稽c信息,也可能是電路中的故障或缺陷。
一整排連續(xù)的脈沖就叫脈沖序列,計算機中的數(shù)字組件使用脈沖相互通信。脈沖在X射線和通信設(shè)備中也很常見。
示波器的常用波形測量項
周期和頻率:
如果一個信號是重復的,則它便具有頻率。頻率以赫茲(Hz)為單位,等于信號在一秒鐘內(nèi)重復自身的次數(shù)。具有重復性的信號也就有了周期,它指代信號在多次重復的過程中其中一次所花的時間。
因此,周期和頻率互為倒數(shù)。下面的例子中是一個正弦波,它的頻率是3HZ,周期是1/3秒。
電壓:
電壓是指電路中兩點之間的電位或信號強度。一般來說其中一個點是接地點(0V),但也并非一直如此。要測量波形從最大峰值到最小峰值的電壓,這稱為峰峰值電壓。幅值通常指從接地點測得的信號的最大電壓。下面的例子所示的波形幅值為1V,峰峰值電壓為2V。
相位:
觀察正弦波可以很好的解釋相位的概念。一個圓有360°,正弦波的電壓呈循環(huán)運動。所以一個正弦波的周期也可以有360°。如上圖所示。當你想描述一個波形的周期經(jīng)過多少量時,您可以使用度來描述正弦波的相角。相移描述了兩個類似信號之間的定時差。如下圖所示,電壓的波形相對于電流的波形的相位是90°,因為這兩個波型在周期中到達同一個點的距離是一個周期的1/4(360°/4=90°)。相移在電子器件中十分常見。
帶寬:
帶寬是示波器的首要指標,這個指標可以告訴我們示波器能準確測量信號的頻率范圍。當信號頻率到達一定程度后,隨著信號頻率的增加,示波器準確測量信號的能力會減弱。
示波器的帶寬是指在示波器的輸入端加正弦波,幅度衰減至-3dB(70.7%)時的頻率點就是示波器的帶寬。如果我們用100MHz帶寬的示波器測量:幅值為1V ,頻率為100MHz 的正弦波時,實際得到的幅值會不小于0.707V。
示波器的帶寬越高,實際測量也就越精確,當然價格和成本也會更高,那么我們需要多大帶寬的示波器才合適呢?一般所測信號最大頻率的5倍,就是最合適的帶寬。上升時間:
上升時間是描述示波器可測頻率范圍的另一種參數(shù)。當您期望測量脈沖和沿時,上升時間可能是更合適考慮的性能參數(shù)。當一個脈沖的上升時間快于示波器標稱的上升時間時,該信號將無法被準確測量。
垂直檔位:
垂直檔位指代示波器縱坐標上每一格的電壓值,也表示垂直放大器可以放大微弱信號的程度。通常用mV/div或V/div標識。一般示波器的最小垂直檔位為1mV每格。時基:
時基指代示波器橫坐標上每一格的時間。
增益精度和垂直分辨率:
增益精度表示垂直系統(tǒng)衰減或放大信號的精度,通常用的示波器的增益精度在<±2%。
垂直分辨率表示示波器模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值的精度。垂直分辨率用位數(shù)表示,比如麥科信的STO系列示波器的垂直分辨率是8位。計算技術(shù)可以改善有效分辨率。
采樣率:
示波器顯示的波形其實都是由一個一個點組成的,采樣率就代表了示波器每秒能捕獲多少采樣點的能力。示波器能捕獲的采用點越多,波形就越接近信號本身,越不容易失真。大多數(shù)示波器標稱的都是其最大采樣率。如果你想觀察一個長時間的波形,那么示波器的最小采樣率就十分重要,因為采樣率是基于示波器存儲深度(記錄長度),隨波形記錄時長而改變的。
存儲深度(記錄長度):
存儲深度這個參數(shù)說明了示波器一屏幕最多能顯示多少個波形點。一些示波器支持調(diào)節(jié)存儲深度的大小。由于示波器能存儲的采樣點有限,因此在測試的時候,我們必須在波形細節(jié)和波形時長之間做出取舍。選擇一個短時間的波形,但是能看到更多的波形細節(jié)?;蜻x擇記錄一個長時間的波形,但是可能會導致波形失真。
波形捕獲率:
示波器能將信號捕捉,然后通過計算顯示在屏幕上。但是捕捉信號和計算顯示信號這2個動作是無法同時進行的,也就是說,示波器在計算顯示信號的時候,是不會捕獲信號的,這部分信號就會丟失,也稱之為死區(qū)時間。示波器每秒能捕獲波形的次數(shù),就是示波器的波形捕獲率,用波形/秒(wfms/s)表示。采樣率表明了示波器每秒捕獲數(shù)據(jù)點數(shù)量的能力,波形捕獲速率則是指示波器每秒采集波形的速度有多快。
波形捕獲速率高的示波器可以更好地觀察信號特點,大幅度提高示波器迅速捕獲瞬態(tài)異常信號的概率,如抖動、欠幅脈沖、毛刺和跳變誤差。
觸發(fā):
示波器的觸發(fā)功能在正確的信號點同步掃描,可以穩(wěn)定重復的波形或捕獲單次波形。通過重復顯示輸入信號的同一部分,使重復的波形能夠穩(wěn)定地顯示在示波器的屏幕上。如果每次掃描都從信號上不同位置開始,屏幕上出現(xiàn)的波形就會非常雜亂,很難觀察計算。
沒有觸發(fā)的畫面
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