示波器原理主要是基于电子束在荧光屏上的偏转来显示信号波形。
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,产生细小的光点。当被测信号输入到示波器时,信号经过放大和处理后,作用于示波管的偏转板上。垂直放大器负责对电压信号进行放大,确保能够清晰地捕捉到信号的细微变化;而水平扫描器则控制电子束在荧光屏上以一定的速度从左向右扫描1。这样,电子束在垂直和水平两个方向的偏转综合作用下,就在荧光屏上描绘出被测信号的波形2。
具体来说,示波器内部电路的作用是获取输入信号并将其转化为一组提供给示波管的电压,以控制电子束的偏转,从而确定电子束显示的位置。示波器的主要部件包括阴极射线管(由电子枪、偏转系统和荧光屏组成)、垂直放大电路、水平放大电路、扫描与同步电路以及电源供给电路等3。
在模拟示波器中,当被测信号输入到垂直放大电路时,信号被放大并作用于示波管的垂直偏转板上,使电子束在垂直方向上根据信号幅度的大小产生相应的位移。同时,扫描发生器产生一个锯齿波信号,该信号经过水平放大电路放大后作用于示波管的水平偏转板,使电子束在水平方向上扫描。数字示波器的工作原理则稍有不同,它通过探头接收被测信号,然后经过前置放大器对信号进行放大和调理,再通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号,并存储在存储器中。后,通过数字信号处理技术对存储的数字信号进行处理,并将处理后的数字信号转换为图像信号,在显示屏上显示出被测信号的波形2。
示波器的检测方法主要包括以下几种:
一、电压测量法
电压测量法是示波器基本的应用之一。通过使用示波器的垂直档位调整,可以方便地测量电路中的电压值。在测量时,需将示波器的探头与待测电路并联,调整垂直档位和水平时间档位,观察波形并读取电压值。这种方法适用于直流和交流电压的测量,具有直观、准确的特点1。
二、时间测量法
时间测量法主要用于测量电路中的信号周期、频率、脉冲宽度等时间参数。示波器的时基功能使得时间测量变得简单而准确。通过观察示波器屏幕上的波形,可以轻松确定信号的时间特征1。
三、时域测量法
时域测量是常见的示波器测量方式。它以时间为基准,通过观察信号的波形来分析信号的特征。在示波器中,将电压信号作为垂直方向,时间作为水平方向,并在屏幕上显示出波形图。通过测量波形的振幅、周期、脉宽等参数,可以研究信号的频率、幅度、占空比等特性2。
四、频域测量法
频域测量是通过将信号转换到频率域进行分析的方法。示波器可以使用傅里叶变换等算法将时域信号转换为频域信号,并在屏幕上显示频谱图。频域测量可以提供信号的频率成分、幅度、相位等信息。通过观察频谱图,可以分析信号的频率分布和频带宽度等特征2。
五、瞬态测量法
瞬态测量是用于观察和分析信号瞬变过程的方法。瞬态测量通常用于捕捉和分析短暂的、快速变化的信号,例如脉冲信号或突发事件。示波器可以通过高速采样和存储技术来捕捉瞬态信号,并在屏幕上显示出的波形图。通过观察和测量波形的上升时间、下降时间、峰值等参数,可以分析信号的瞬态响应特性2。
示波器的维修方法主要包括以下几个步骤:
,针对电源故障:
若示波器合上电源开关后指示灯不亮,应检查供电电源、保险丝、电源线以及电源变压器是否正常12。
其次,针对无扫描光迹的故障:
将垂直和水平位移居中,设置合适的Y方式、t/cm、扫描方式和X方式,并增加辉度,若仍无光迹,则进一步检查12。
拔掉机板上的Y输出插座和内部触发信号输出,并将其短接,若此时出现光迹,说明Z轴放大器正常,应检查Y输出放大器或X输出放大器;反之,则检查Z轴放大器12。
检查X输出放大器和产生锯齿波的扫描发生器是否正常12。
对于位移异常的故障:
若Y位移不正常,短路延迟线,观察光迹线或光点能否回到屏中心,若能回到屏中心,则检查Y前置放大器和延迟线电路;若不能回到屏中心,则检查Z输出放大器12。
若水平位移不正常,应检查X输出放大器
示波器的进口品牌主要包括以下几个:
1. 泰克(Tektronix)
泰克是美国的品牌,成立于1946年,是全球的测试、测量和监测解决方案提供商。其示波器以、著称,大带宽可达70G,非常适合处理高频信号和快速脉冲12。
2. 是德(Keysight)
是德同样来自美国,其历史可以追溯到1999年,当时惠普公司的电子测量集团重组成为安捷伦科技,后来再次分拆上市并取名为是德科技。是德的示波器具有更高的带宽,大可达110G,适用于需要更和更大容量数据分析的场合12。
3. 罗德与施瓦茨(Rohde&Schwarz)
罗德与施瓦茨是德国的品牌,成立于1933年,是全球的无线通信以及移动网络测试服务企业。其示波器在测试测量领域广泛应用,尤其擅长信号分析和测量,虽然带宽相对较低(大16G),但在特定应用下有着的测量能力12。
4. 力科(Lecroy)
力科是美国的品牌,专注于研发生产各类数字示波器。其示波器往往拥有多通道和高带宽(大100G,80通道),多通道性能使得同时捕获多个信号成为可能,对于复杂系统的分析有着较强的优势1。
示波器的度一般在2%\~3%左右,示波器可达到1%,而精度示波器甚至能达到0.1%或更高。
示波器的度是指示波器所显示信号波形与实际信号波形之间的差异程度,这一精度通常由示波器的测量误差和校正精度决定。在实际应用中,示波器的度会受到多种因素的影响,如增益误差、时间误差、采样率、带宽等。增益误差主要源于示波器的放大倍数,而时间误差则与示波器的时钟稳定性和触发精度有关。采样率和带宽则限制了示波器能够准确测量的信号频率范围和波形细节,从而影响测量的度1。
为了提高示波器的度,用户需要选择合适的示波器型号和配置,如示波器、高采样率示波器等。同时,在使用示波器进行测量时,还需要注意探头的选择和使用、示波器的校准和参数设置等因素,以确保测量结果的准确性
示波器常见型号包括但不限于以下几种:
DS1052E:便携式示波器,带宽为50MHz,具有2个通道和1GSa/s的采样率1。
DSOX2024A:台式示波器,带宽为200MHz,具有4个通道和2GSa/s的采样率1。
MSO4054B:台式示波器,带宽高达500MHz,配备4个通道和5GSa/s的采样率1。
SDS1204X-E:台式示波器,带宽为200MHz,具有4个通道和1.25GSa/s的采样率1。
FNIRSI2C53P:双通道平板数字示波器,支持同时监测两个信号源,具有测量和信号发生器功能2。
DS1054Z、DS1074Z Plus、DS1104Z Plus等:这些示波器的带宽范围在50 MHz至100 MHz之间,适用于入门级应用3。
RIGOL普源 MSO5104:四通道数字示波器,带宽为100MHz,采样率高达8GSa/s,适合多任务处理和高速信号分析4。
RIGOL普源 DHO924S:四通道数字示波器,带宽从100MHz到300MHz可调,具有12bit高分辨率和内置信号源功能4。