示波器的构成
现代数字示波器的前面板大致可以分为几个区域:通道输入、显示屏、水平控制、垂直控制以及触发控制,如下图所示:
示波器探头通过通道输入中的接头把信号连接到示波器中,显示屏用来显示这些信号。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)。触发控制是对示波器进行设置,确定在何种条件下示波器执行采集任务。
各控制区域简介
垂直控制
示波器的垂直控制按钮通常集中在一个标示为 Vertical 的区域内,这些控制按钮可以调整显示屏的垂直刻度。例如,其中有一个控制按钮可以指定显示屏网格的 y 轴上的每格(刻度)电压,通过降低每格电压来放大显示波形,或提高每格电压来缩小显示波形。另外还有一个控制按钮可以调整波形的垂直偏置,它可以让整个波形在显示屏上向上或向下平移。
水平控制
示波器的水平控制按钮通常集中在前面板上标示为 Horizontal 的区域。这些控制按钮可以调整显示屏的水平刻度。其中有一个控制按钮可以指定x轴的每格时间。同样,只要减少每格时间,就可以放大显示较窄时间范围内的波形。另外还有一个控制按钮可调整水平时延(偏置),它可以控制扫描一个时间范围。
触发控制
触发保证每次时基扫描时,都从触发点开始,使每次扫描的波形同步,从而显示稳定的波形,如下图为不正常触发和正常触发的情况:
作为数字示波器来说,触发实际上参与了确定波形的存储起点。在信号上进行触发有助于显示一个稳定、可用的波形,并可以同步需要关注的波形部分。通过触发控制可选择不同的触发功能,如触发类型、触发源等。常见的触发类型包括边沿触发、毛刺触发、脉冲宽度触发等,其中边沿触发是最常见的一种触发类型,是指当电压越过某个设定阈值时,触发就会发生。
输入控制
示波器通常提供 2 或 4 个模拟通道。这些通道会加以编号,而且每个通道一般会对应一个相关的按键,供打开或关闭通道使用。
数字示波器支持很多种常用的波形测量,如周期、频率、峰峰值电压、上升时间、脉冲宽度等。上升时间是计算信号从低电压上升到高电压所花的时间,通常是波形从峰峰值电压的 10% 变到 90% 所花的时间。
探头是用来连接被测信号与示波器的设备,没有一个探头能够完美的复制信号,因为当探头连接到电路上时,探头就会变成该电路的一部分,变成了电路中的一个负载,探头的负载共有三种,包括:电阻、电容与电感。
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电阻负载会造成显示的信号出现错误的幅度值,探头的电阻最好比信号源电阻大 10 倍以上,以便使幅度偏差降低到 10% 以下。
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电容负载会导致上升(下降)时间变慢,并使带宽变小。为了减少电容负载,探头的带宽至少应是信号带宽的 5 倍。
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电感负载在信号中会以振荡的形式出现,它是由探头接地导线的电感效应引起的,因此应尽可能选用短的导线。
为了缓解探头的影响,示波器都自带了探头的补偿功能。