学习一样新事物总会带来很多新的专业名词。在学习新事物之前先大致了解一下相关的专业术语,可以帮助我们在学习的过程中事半功倍,不至于在游览一些相关文章的时候看地一头雾水。学习示波器也一样。下面我们将和大家认识一些示波器的常用术语。
术语的解释其实十分困难,虽然本身的目的就是为了让不懂此领域的新人快速入门,但往往术语解释中又包含各种术语,令学习者头疼。本文在讲述示波器性能相关术语时,将尽可能的简洁明了,让刚学习示波器的人,能够有大致的了解,帮助新人快速地接受这些术语。
示波器的波形相关术语
具有时空周期性的事物就可以称之为波,波动是时间和空间的双重周期运动。例如,声波,水波,脑电波,电磁波等。而示波器测量的是电压的波动。一个波的周期,就是波数次重复的其中一次所花的时间。波形就是波的图像表达模型。电压波形展示的就是电压(Y 轴)随时间(X 轴)的变化。
从这个波形中我们可以得出改信号的大量信息。从波形高度的改变,你得知电压的改变。
如果波形的其中一段出现一条直线,你就知道在该段时间内,电压没有变化。一条笔直的斜线,表明电压上升或下降的速率稳定(电压加速度为 0)。而波形上的锐角意味着电压的突变。下面是一些常见的电压波形图和常见的波形源。
常见电压波形图
常见波形源
示波器的波形种类
大多数的波形,都可以归类为下面几种:正弦波、方波和矩形波、锯齿波和三角波、沿和脉冲。
正弦波是一种基本的波形,我们家里墙上的插座输出的电压波形就是正弦波,由信号发生器的振荡器产生的测试信号通常也是正弦波。大多数交流电源都会产生正弦波。
阻尼振荡波形是一种特殊的情况,在一个振荡的电路中,电压随着时间的流逝逐渐减弱。
矩形波是另一种常见的波形。简单的讲,矩形波就是直流电压有规律间断性地开和关。这是测试放大器的标准波形,高质量的放大器方波的失真度就越低。电视,广播和计算机电路经常使用方波作为定时信号。
矩形波和方波类似,方波的正负脉宽相同,而矩形波可以是任意的。这点在数字电路测量中尤为重要。
锯齿波和三角波是由设计用于线性控制电压的电路产生的,例如模拟示波器的水平扫描或电视的光栅扫描。这些波的电压以恒定速率变化。
沿和脉冲:
电压的瞬间变化就会在波形中形成沿,电压由低到高会形成上升沿,比如你打开电源开关的时候,由高到低就会形成下降沿,比如你关闭电源开关的时候。而整个打开然后过了一会关闭的动作下来,就会形成一个脉冲。它可能代表计算机电路传输的一点信息,也可能是电路中的故障或缺陷。
一整排连续的脉冲就叫脉冲序列,计算机中的数字组件使用脉冲相互通信。脉冲在 X 射线和通信设备中也很常见。
示波器的常用波形测量项
周期和频率:
如果一个信号是重复的,则它便具有频率。频率以赫兹(Hz)为单位,等于信号在一秒钟内重复自身的次数。具有重复性的信号也就有了周期,它指代信号在多次重复的过程中其中一次所花的时间。
因此,周期和频率互为倒数。下面的例子中是一个正弦波,它的频率是 3HZ,周期是 1/3 秒。
电压:
电压是指电路中两点之间的电位或信号强度。一般来说其中一个点是接地点(0V),但也并非一直如此。要测量波形从最大峰值到最小峰值的电压,这称为峰峰值电压。幅值通常指从接地点测得的信号的最大电压。下面的例子所示的波形幅值为 1V,峰峰值电压为 2V。
相位:
观察正弦波可以很好的解释相位的概念。一个圆有 360°,正弦波的电压呈循环运动。所以一个正弦波的周期也可以有 360°。如上图所示。当你想描述一个波形的周期经过多少量时,您可以使用度来描述正弦波的相角。相移描述了两个类似信号之间的定时差。如下图所示,电压的波形相对于电流的波形的相位是 90°,因为这两个波型在周期中到达同一个点的距离是一个周期的 1/4(360°/4=90°)。相移在电子器件中十分常见。
带宽:
带宽是示波器的首要指标,这个指标可以告诉我们示波器能准确测量信号的频率范围。当信号频率到达一定程度后,随着信号频率的增加,示波器准确测量信号的能力会减弱。
示波器的带宽是指在示波器的输入端加正弦波,幅度衰减至 -3dB(70.7%)时的频率点就是示波器的带宽。如果我们用 100MHz 带宽的示波器测量:幅值为 1V ,频率为 100MHz 的正弦波时,实际得到的幅值会不小于 0.707V。
示波器的带宽越高,实际测量也就越精确,当然价格和成本也会更高,那么我们需要多大带宽的示波器才合适呢?一般所测信号最大频率的 5 倍,就是最合适的带宽。
上升时间:
上升时间是描述示波器可测频率范围的另一种参数。当您期望测量脉冲和沿时,上升时间可能是更合适考虑的性能参数。当一个脉冲的上升时间快于示波器标称的上升时间时,该信号将无法被准确测量。
垂直档位:
垂直档位指代示波器纵坐标上每一格的电压值,也表示垂直放大器可以放大微弱信号的程度。通常用 mV/div 或 V/div 标识。一般示波器的最小垂直档位为 1mV 每格。
时基:
时基指代示波器横坐标上每一格的时间。
增益精度和垂直分辨率:
增益精度表示垂直系统衰减或放大信号的精度,通常用的示波器的增益精度在
垂直分辨率表示示波器模数转换器把输入电压转换成数字值的精度。垂直分辨率用位数表示,比如麦科信的 STO 系列示波器的垂直分辨率是 8 位。计算技术可以改善有效分辨率。
采样率:
示波器显示的波形其实都是由一个一个点组成的,采样率就代表了示波器每秒能捕获多少采样点的能力。示波器能捕获的采用点越多,波形就越接近信号本身,越不容易失真。大多数示波器标称的都是其最大采样率。如果你想观察一个长时间的波形,那么示波器的最小采样率就十分重要,因为采样率是基于示波器存储深度(记录长度),随波形记录时长而改变的。
存储深度(记录长度):
存储深度这个参数说明了示波器一屏幕最多能显示多少个波形点。一些示波器支持调节存储深度的大小。由于示波器能存储的采样点有限,因此在测试的时候,我们必须在波形细节和波形时长之间做出取舍。选择一个短时间的波形,但是能看到更多的波形细节。或选择记录一个长时间的波形,但是可能会导致波形失真。
波形捕获率:
示波器能将信号捕捉,然后通过计算显示在屏幕上。但是捕捉信号和计算显示信号这 2 个动作是无法同时进行的,也就是说,示波器在计算显示信号的时候,是不会捕获信号的,这部分信号就会丢失,也称之为死区时间。示波器每秒能捕获波形的次数,就是示波器的波形捕获率,用波形 / 秒(wfms/s)表示。采样率表明了示波器每秒捕获数据点数量的能力,波形捕获速率则是指示波器每秒采集波形的速度有多快。
波形捕获速率高的示波器可以更好地观察信号特点,大幅度提高示波器迅速捕获瞬态异常信号的概率,如抖动、欠幅脉冲、毛刺和跳变误差。
触发:
示波器的触发功能在正确的信号点同步扫描,可以稳定重复的波形或捕获单次波形。通过重复显示输入信号的同一部分,使重复的波形能够稳定地显示在示波器的屏幕上。如果每次扫描都从信号上不同位置开始,屏幕上出现的波形就会非常杂乱,很难观察计算。
没有触发的画面
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