實驗室數(shù)字存儲示波器的使用

摘 要：示波器是重要的測試儀器，數(shù)字存儲示波器具有強大的功能，使用方便，測量直觀。這里以DS-5062M系列數(shù)字存儲示波器為例，闡述現(xiàn)代數(shù)字示波器測量原理、技術特性、正確的使用方法和如何獲取測量參數(shù)。

關鍵詞：示波器 模式 參數(shù) 觸發(fā) 帶寬 取樣

中圖分類號:G642.423文獻標識碼:A 文章編號: 1673-1875(2009)02-113-01

隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，作為基礎儀器的示波器已從模擬時代步入數(shù)字時代，并且被廣泛應用在電子測量的各個領域。示波器是一種使用非常廣泛，但功能相對復雜的儀器。它是觀察電路實驗現(xiàn)象、分析實驗中的問題、顯示實驗結(jié)果必不可少的重要儀器。學生在初次接觸這種測量儀器時，經(jīng)常會出現(xiàn)操作失誤或損壞附件等現(xiàn)象，這樣會增加了儀器維護的難度。這里以DS-5062M系列數(shù)字存儲示波器為例，從使用的角度來介紹示波器的原理和使用方法，以供學生教師參考，減少操作失誤，提高實驗效率，更好地培養(yǎng)學生的動手能力。

模擬示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上，以便測量的電子測量儀器。它的基本組成框圖如圖所示，由示波管、電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標準信號源等組成。

數(shù)字示波器在模擬示波器基礎上采用先進的數(shù)字技術和計算機技術，如，采用液晶顯示系統(tǒng)和數(shù)學運算功能，在示波器內(nèi)裝有專用CPU和RAM，用專用DSP去快速運行某些計算，把輸入的模擬信號先轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)過內(nèi)部計算機的處理，通過專用圖像處理芯片，再顯示在屏幕上。尤其適合觀測多路信號波形，還可以存儲瞬態(tài)信號，并有多種觸發(fā)方式，同時提高抗干擾能力，以便于加速調(diào)整和測量。數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨特優(yōu)點，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當，會產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務。通常，在使用時，可以直接按AUTO按鈕，立即獲得合適的波形顯示和檔位設置，無需進行熒光屏輝度和聚焦、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、掃描速率與采樣速率等調(diào)整。同時按下MENU控制區(qū)的MEASURE按鈕，可進行自動測量，這里有20種自動測量功能，其中電壓參數(shù)測量10種、時間參數(shù)測量10種，通過菜單可獲得相應的測量值，并以數(shù)字形式顯示在屏幕上。

示波器使用時，首先要進行功能檢查，接通電源，接入信號，設置探頭衰減系數(shù)并進行探頭補償。如果檢查所顯示波形的形狀出現(xiàn)補償過渡或補償不足，要用非金屬質(zhì)地的改錐調(diào)整探頭上的可變電容，直到屏幕顯示的波形為標準方波，即為補償正確。被測信號接入通道，按下AUTO按鈕，示波器將自動設置垂直、水平和觸發(fā)控制。如需要，可手工調(diào)整這些控制按鈕，使波形顯示達到最佳。

觸發(fā)方式的使用，數(shù)字示波器裝有觸發(fā)器，決定了示波器何時開始采集數(shù)據(jù)和顯示波形。一旦觸發(fā)被正確設定，可以將穩(wěn)定的顯示轉(zhuǎn)換成有意義的波形，并且能夠區(qū)別變化率、毛刺和低脈沖。如果用于高速信號的處理，則可由快速事件觸發(fā)。當電路情況尚未清楚時，使用非?？焖俚挠|發(fā)并將數(shù)據(jù)全部存入顯示屏的長余輝圖形，能觀察到可能引起錯誤的事件類型，并設置觸發(fā)去捕獲這些事件。通過示波器操作面板的觸發(fā)控制區(qū)TRIGGER，設定需要的觸發(fā)方式，如：邊沿觸發(fā)、視頻觸發(fā)、脈寬觸發(fā)等。低頻抑制(LFR)觸發(fā)時，觸發(fā)信號經(jīng)過高通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的低頻成分被抑制；高頻抑制(HFR)觸發(fā)時，觸發(fā)信號通過低通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的高頻成分被抑制。當檢測到觸發(fā)后，示波器連續(xù)地采集足夠的數(shù)據(jù)以在觸發(fā)點的右方顯示出波形。如果知道正常信號應有的波形，只要在信號出現(xiàn)異常定時特性時觸發(fā)。

帶寬是示波器最重要的指標之一。模擬示波器的帶寬是一個固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實時帶寬兩種。數(shù)字示波器對重復信號采用順序采樣或隨機采樣技術，所能達到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實時帶寬。數(shù)字實時帶寬同時適合重復信號和單次信號的測量。示波器帶寬和取樣率對精確信號捕獲是重要的，對定時測量來說，兩種特性中取樣率通常更為重要。對于DS-5062M系列數(shù)字存儲示波器，每通道帶寬為60MHz，其實時采樣率為1GSa/s，等效采樣率為50GSa/s。所以在測量單次信號時，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實時帶寬，否則會給測量帶來意想不到的誤差。數(shù)字示波器在一個信號周期中最少應捕捉八個樣本，才能進行精確的定時測量。精密測量可能需要更高的比率。通過MENU控制區(qū)的ACQUIRE 按鈕調(diào)整采樣模式。一般，觀察單次信號時，選用實時采樣方式，觀察高頻周期信號時選用等效采樣方式，觀察低頻信號則采用滾動模式，等等。

數(shù)字存儲示波器擁有足夠的存儲器，在整個數(shù)據(jù)記錄上保持A/D轉(zhuǎn)換器的最高取樣率，便于處理復雜數(shù)據(jù)流的時鐘穩(wěn)定度和定時分析。如果存儲器不夠，則必需降低A/D轉(zhuǎn)換器的取樣率去捕捉整個信號，否則不能記錄整個信號。MENU控制區(qū)的STORAGE 按鈕為存儲系統(tǒng)的功能鍵，通過菜單控制按鈕設置存儲/調(diào)出波形或進行設置。波形存儲不但可以保存兩個通道的波形，而且同時可以存儲當前的狀態(tài)設置，DS-5062M系列數(shù)字存儲示波器可以永久保存10種設置，并可在任意時刻重新寫入設置。

當示波器進入快速觸發(fā)方式時，可以將數(shù)據(jù)顯示成余輝圖形，即可觀察到大量事件。示波器上的抖動跟蹤曲線是電路故障排除的極好工具。使用時可迅速確認被測信號的非正常部分的位置并深入尋找失效原因。

以上主要介紹數(shù)字示波器的原理、基本功能及操作，示波器還有一些更復雜的功能，如延遲掃描、觸發(fā)延遲、X-Y工作方式等。在具體的應用中，要根據(jù)測試電路和參數(shù)的情況，設置合適的模式，讓示波器捕獲到需要的波形和參數(shù)，以達到快捷高效準確地使用數(shù)字存儲示波器。每種模式各有自己的適用范圍，需在使用中去體會。