示波器包含四个不同的基本系统:垂直系统、水平系统、触发系统和显示系统。理解每一个系统的含义,有助于您更有效地应用示波器,完成特定的测量任务。请记住,示波器的每一个系统对精确地重构信号都大有裨益。
本小节简要描述模拟和数字示波器的基本的系统和调节控制。模拟和数字示波器的一些控制并不相同;也许您的示波器还有其他的控制,但并没有在这里提及。
示波器的前面板分为三个主要的区域,标注为垂直区、水平区和触发区。由于模式和类型(模拟或数字)不同,您的示波器也许还有其他的区域。参看图22,在阅读本小节过程中,看看您能否在图中以及在自己的示波器中找到前面板的各区域位置。当使用示波器时,为接纳输入信号,需要对以下 配置进行调整:
- 信号的衰减和放大值。通过控制伏特/格,可以把信号的幅度调整到期望测量范围内。
- 时基。通过控制秒/ 格,可以显示屏中每一水平刻度代表的时间量。
- 示波器触发。利用触发电平,可以稳定重复信号,或者触发单一的事件。
垂直系统和控制
波形垂直的位置和标度由垂直控制部分调控。垂直控制还能设置耦合方式和其他的信号条件,具体内容在本节的后面部分有讲解。通用垂直控制包括:
- 端接设备
1M 欧 50 欧
- 耦合方式
DC 直流 AC 交流 GND 地线
- 带宽限制
20 MHz 250 MHz 全带宽
- 位置
- 偏移
- 转置-开/关
- 标度
1-2-5 可变
- 缩放
位置和每刻度电压
垂直位置控制使您能按照需求准确地上下移动波形。调节每刻度电压值(通常记为volts/div,伏特/格),那么显示波形大小 会随之改变。较好的通用示波器可以精确显示信号电平范围大概是从4微伏到40 伏特。伏特/ 格是一个标度因数。假设分为八个主要的刻度格子,如果伏特/格设置为5伏特,则八个垂直格中的每一个都表示5伏特,那么从下到上整个屏幕可以显示40伏特。如果设置的是0.5 伏特/格,那么从下到上可以显示4伏特,依此类推。屏幕显示的最大电压是伏特/ 格乘上垂直刻度的数量。注意探头有1X 或10X,它也影响标度因数。如果示波器没有把伏特/ 格除以衰减系数,那么您自己应该留意。通常,伏特/格有可变的增益控制或精密增益控制,使显示的信号标度在数个合适的刻度内。利用这样的控制方式,方便对上升时间等的测量。
输入耦合
耦合指的是一个电路与另外一个电路中的电信号的连接方式。既然这样,那么输入耦合就指测试电路与示波器的连接。耦合方式可以设置为DC、AC或者地线。DC耦合会显示所有输入信号。而AC 耦合去除信号中的直流成分,结果是显示的波形始终以零电压为中心。图23 图解了两者的不同之处。当整个信号(振荡的电流+直接电流)大于伏特/ 格的设置时,AC 耦合非常适用。
地线
地线的设置不需要输入信号与垂直系统相连。观察地线,就可以知道屏幕中零电压的位置。如果使用的是地线输入耦合和自动触发模式,那么屏幕中就有一条表示零电压值的水平线。测试信号电压相对地的电平值的便捷方法为,把耦合从DC 转换到地,再重新转换回DC。
带宽限制
大多数示波器中存在限制示波器带宽的电路。限制带宽后,可以减少显示波形中不时出现的噪声,显示的波形会显得更为清晰。请注意,在消除噪声的同时,带宽限制同样会减少或消除高频信号成分。交替和断续显示模式模拟示波器显示多个信道时采用交替(alternate)或断续(chop)模式。(许多数字示波器可以同时表示多个信道,而不需要使用间隔和交替模式。)
交替模式轮流绘制每一通道:示波器首先完成通道1 的扫描,马上对通道2 进行扫描,接着又扫描通道1,如此循环。这一模式适用于中速到高速的信号,此时秒/ 格标度设置在0.5ms,甚至更快。断续模式是示波器前后变换着描绘信号中的一小段。变换的速度相当快,人眼难以注意到,波形看上去也是一个整体。典型地,捕获的扫描速度为1ms或者更低的慢速信号,可以采用这一模式。图24图解出两者的不同之处。有时为了得到最好的显示效果,需要在两种模式中作出选择。
水平系统和控制
示波器的水平系统与输入信号有更多的直接联系,采样速率和记录长度等需要在此设定。水平控制用来表示波形水平方向的位置和标度。通用的水平控制包括:
- 主时基
- 延迟时基
- XY 模式
标度 1-2-5
- 可变
- 波形踪迹区分
- 记录长度
- 分辨率
- 采样速率
- 触发位置
- 缩放
捕获控制
对数字示波器,用户可以控制捕获系统如何处理信号。在阅读下面的说明时,请察看您自己的示波器的捕获选项。图25 给出的是一个捕获菜单的例子。
捕获模式
捕获模式控制如何从采样点中产生出波形点。采样点是直接从模数转换器(ADC)中得到的数字值。采样间隔指的是相邻采样点的时间。波形点指的是存储在存储区内的数字值,它将重构显示波形。相邻波形点之间的时间差用波形间隔表示。 采样间隔和波形间隔可以一致,也可以不一样。由此产生出几种不同的实际捕获模式,其中一个波形点可以由数个捕获的采样点序列构成,另外有一种捕获模式,波形点是由若干捕获产生的采样点共同构成。随后将介绍最常用的捕获模式。
捕获模式的类型
采样模式:这是最简单的捕获模式。每一个波形间隔,示波器存储一个采样点的值,并做为波形的一个点。峰值检测模式:示波器将波形间隔内采样出来的采样点,选取其中的最小值和最大值,并把这些样值当作两个相关的波形点。采用峰值检测模式的示波器以非常高的采样速率运行ADC,即便设置的时基非常慢也是如此(慢时基等效为长的波形间隔)。采样模式不能捕获发生在波形点之间的快速变化的信号(参看图26),而峰值检测模式可以捕获到。利用峰值检测,非常有效地能观察到偶尔发生的窄脉冲(如图27 所示)。
高分辨率 (Hi Res) 模式:与峰值检测一样,当ADC采样快于时基的设置要求时,高分辨率模式是获取更多信息的一种方法。对于这种模式,在一个波形点时间间隔内,采多个样值,然后算出平均值,得到一个波形点。噪声会<
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