自然界存在著各種形式的波,比如海浪、地震、聲波、爆破、空氣中傳播的聲音,或者身體運(yùn)轉(zhuǎn)的自然節(jié)律。物理世界里,能量、振動(dòng)粒子和不可見(jiàn)的力無(wú)處不在。 即使是光(波粒二象物質(zhì))也有自己的頻率,并因?yàn)轭l率的不同呈現(xiàn)出不同的顏色。
示波器是任何設(shè)計(jì)、制造或是維修電子設(shè)備的必備之物。當(dāng)今世界瞬時(shí)萬(wàn)變,工程師們需要的工具,快速而精確地解決測(cè)量疑難。
示波器的用途不僅僅局限于電子領(lǐng)域。示波器利用信號(hào)變換器,適用于各種各樣的物理現(xiàn)象。信號(hào)變換器能夠響應(yīng)各種物理激勵(lì)源,使之轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),包括聲音、機(jī)械應(yīng)力、壓力、光、熱。麥克風(fēng)屬于信號(hào)變換器,它實(shí)現(xiàn)把聲音轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。
什么是示波器,它是如何工作的?
示波器是一種形象地顯示信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形顯示儀器,是一種綜合的信號(hào)特性測(cè)試儀,是基本的電子測(cè)量?jī)x器,它描繪電信號(hào)的圖形曲線。在大多數(shù)應(yīng)用中,呈現(xiàn)的圖形能夠表明信號(hào)隨時(shí)間的變化過(guò)程:垂直(Y)軸表示電壓,水平(X)軸表示時(shí)間。有時(shí)稱(chēng)亮度為Z軸。
示波器的類(lèi)型
電子設(shè)備可以劃分為兩類(lèi):模擬設(shè)備和數(shù)字設(shè)備。模擬設(shè)備的電壓變化連續(xù),而數(shù)字設(shè)備處理的是代表電壓采樣的離散二元碼。傳統(tǒng)的電唱機(jī)是模擬設(shè)備,而CD播放器是屬于數(shù)字設(shè)備。
同樣,示波器也能分為模擬和數(shù)字類(lèi)型。模擬和數(shù)字示波器都能夠勝任大多數(shù)的應(yīng)用。但是,對(duì)于一些特定應(yīng)用,由于兩者具備的不同特性,每種類(lèi)型都有適合和不適合的地方。作進(jìn)步劃分, 數(shù)字示波器可以分為數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)、數(shù)字熒光示波器(DPO)和采樣示波器。
模擬示波器
在本質(zhì)上,模擬示波器工作方式是直接測(cè)量信號(hào)電壓,并通過(guò)從左到右穿過(guò)示波器屏幕的電子束在垂直方向描繪電壓。示波器屏幕通常是陰極射線管(CRT)。電子束投到熒幕的某處,屏幕后面總會(huì)有明亮的熒光物質(zhì)。當(dāng)電子束水平掃過(guò)顯示器時(shí),信號(hào)的電壓是電子束發(fā)生上下偏轉(zhuǎn),跟蹤波形直接反映到屏幕上。在屏幕同一位置電子束投射的頻度越大,顯示得也越亮。
CRT限制著模擬示波器顯示的頻率范圍。在頻率非常低的地方,信號(hào)呈現(xiàn)出明亮而緩慢移動(dòng)的點(diǎn), 而很難分辨出波形。在高頻處,起局限作用的是CRT的寫(xiě)速度,當(dāng)信號(hào)頻率超過(guò)CRT的寫(xiě)速度時(shí), 顯示出來(lái)的過(guò)于暗淡,難于觀察。模擬示波器的極限頻率約為1CHz.
當(dāng)把示波器探頭和電路連接到一起后,電壓信號(hào)通過(guò)探頭到達(dá)示波器的垂直系統(tǒng)。圖13描述模擬示波器是如何顯示被測(cè)信號(hào)。設(shè)置垂直標(biāo)度(對(duì)伏特/格進(jìn)行控制)后,衰減器能夠成小信號(hào)的電壓,而放大器可以增加信號(hào)電壓。隨后,信號(hào)直接到達(dá)CRT的垂直偏轉(zhuǎn)板。電壓作用于這些垂直偏轉(zhuǎn)板,引起亮點(diǎn)在屏幕中移動(dòng)。亮點(diǎn)是由打在CRT內(nèi)部熒光物質(zhì)上的電子束產(chǎn)生的。正電壓引起點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng),而負(fù)電壓引起點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)。
數(shù)字示波器
與模擬示波器不同,數(shù)字示波器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器( ADC)把被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。它捕獲的是波形的一系列樣值,并對(duì)樣值進(jìn)行存儲(chǔ),存儲(chǔ)限度是判斷累計(jì)的樣值是否能描繪出波形為止。隨后,數(shù)字示波器重構(gòu)波形。
數(shù)字示波器分為數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO) 、數(shù)字熒光示波器(DPO)和采樣示波器,
數(shù)字的手段則意味著,在示波器的顯示范圍內(nèi),可以穩(wěn)定、明亮和清晰地顯示任何頻率的波形。對(duì)重復(fù)的信號(hào)而言,數(shù)字示波器的帶寬是指示波器的前端部件的模擬帶寬,一般稱(chēng)之為3dB點(diǎn)。對(duì)于單脈沖和瞬態(tài)事件,例如脈沖和階躍波,帶寬局限于示波器采樣率之肉。