如(rú)何在測(cè)試(shì)中選(xuǎn)擇(zé)數字(zì)示波器
數字(zì)示(shì)波器是一種通用測(cè)試(shì)儀表(biǎo)，本質上是(shì)一種圖形(xíng)顯示設備，相(xiāng)當於(yú)具有圖形(xíng)顯示的電壓(yā)表或(huò)萬用表(biǎo)，能(néng)在屏幕(mù)上(shàng)直觀的顯(xiǎn)示(shì)信(xìn)號隨(suí)時間變化的波形，並對(duì)波(bō)形(xíng)的周期，電(diàn)壓，頻率(shuài)等(děng)參數進行(háng)測(cè)量(liáng)和(hé)分析(xī)，廣泛應(yīng)用(yòng)於科研，生(shēng)產等各個(gè)領域(yù)，是工(gōng)程師設(shè)計，調(tiáo)試，維(wéi)修產品時的(dí)主要(yào)測試儀表，對(duì)測(cè)試工作起著舉(jǔ)足輕重(zhòng)的(dí)作(zuò)用。
很多(duō)工程師(shī)在使用(yòng)數(shù)字示(shì)波器(qì)時，都會(huì)遇到這(zhè)樣(yàng)一些(xiē)問(wèn)題：用(yòng)計量合格(gé)的數(shù)字示波器測得的信號幅度(dù)和頻率(shuài)等數(shù)據有(yǒu)時會與(yǔ)信(xìn)號本身(shēn)設計(jì)值(zhí)相差(chà)很遠，於(yú)是(shì)就去(qù)找(zhǎo)電(diàn)路(lù)的(dí)問(wèn)題，但(dàn)費時費力後(hòu)，卻(què)一無所(suǒ)獲，不知(zhī)問(wèn)題出(chū)在(zài)哪(nǎ)裏。此外，對(duì)於(yú)同(tóng)一信號(hào)，使用不同數(shù)字(zì)示波器測(cè)得的(dí)結果卻不相(xiāng)同。
產生這(zhè)些(xiē)問(wèn)題(tí)的原因與數(shù)字示(shì)波(bō)器的選擇有直接(jiē)的關係(xì)。
1，數字示(shì)波(bō)器的主要(yào)性能(néng)指(zhǐ)標
在選擇(zé)數字(zì)示波(bō)器(qì)時，我們主要考(kǎo)慮(lǜ)其是(shì)否能(néng)夠真(zhēn)實(shí)地(dì)顯(xiǎn)示被(bèi)測信號，即顯示(shì)信號(hào)與(yǔ)被測(cè)信號的一致性(xìng)。
數字(zì)示波(bō)器(qì)的性能(néng)很(hěn)大(dà)程度上影響到其實(shí)現(xiàn)信號(hào)完(wán)整(zhěng)性(xìng)的(dí)能力(lì)，下麵根(gēn)據其主要(yào)性(xìng)能指標(biāo)進行詳(xiáng)細分析(xī)。
(1)帶寬
如(rú)圖1所(suǒ)示，數(shù)字示(shì)波(bō)器帶(dài)寬(kuān)指輸入(rù)不同(tóng)頻率(shuài)的等幅正(zhèng)弦波信號，當(dāng)輸(shū)出波(bō)形的幅(fú)度隨頻率變化下降到實際幅(fú)度的70.7％時(shí)的(dí)頻率值(zhí)(即(jí)f-3dB)。帶(dài)寬(kuān)決(jué)定了數字示(shì)波器對(duì)信號的基本測(cè)量(liáng)能力。隨著(zhuó)信號頻(pín)率(shuài)的增加(jiā)，數字示(shì)波器對(duì)信(xìn)號(hào)的(dí)準確(què)顯示(shì)能(néng)力下降。實(shí)際測(cè)試中我們(mén)會發現，當被測信(xìn)號(hào)的頻(pín)率與數(shù)字(zì)示(shì)波(bō)器帶寬(kuān)相近時，數字示波器(qì)將無法(fǎ)分辨(biàn)信(xìn)號的高(gāo)頻(pín)變化(huà)，顯示信(xìn)號出現(xiàn)失(shī)真(zhēn)。例如：頻(pín)率為(wéi)100MHz，電壓幅(fú)度為1V的(dí)信(xìn)號(hào)用帶(dài)寬為100MHz的數字(zì)示波器(qì)測試，其(qí)顯(xiǎn)示的(dí)電壓隻(zhī)有0.7V左(zuǒ)右。圖2為同(tóng)一階(jiē)躍信號用帶(dài)寬分別(bié)為(wéi)4GHz，1.5GHz和300MHz的(dí)數(shù)字(zì)示(shì)波(bō)器測量(liáng)所得的結果。從圖中可以看出(chū)，數(shù)字示波(bō)器的(dí)帶寬越高，信號的上升(shēng)沿(yán)越(yuè)陡，顯(xiǎn)示的高(gāo)頻分量成(chéng)分(fēn)越多，再(zài)現的信(xìn)號越準(zhǔn)確。實(shí)際應(yīng)用(yòng)中考慮(lǜ)到(dào)價格(gé)因(yīn)素(sù)(數字示波器帶寬(kuān)越高(gāo)價格(gé)越貴(guì))，經過實踐經驗(yàn)的(dí)積(jī)累(léi)，我們(mén)發現隻(zhī)要(yào)數字示(shì)波(bō)器帶寬為被測信號*高(gāo)頻率的3-5倍，即可(kě)獲得(dé)±3%到±2%的(dí)精度，滿足一般的測(cè)試需(xū)求(qiú)。
(2)上(shàng)升(shēng)時間(jiān)。
上(shàng)升(shēng)時(shí)間的定(dìng)義為脈衝幅(fú)度(dù)從10％上(shàng)升到(dào)90％的這段(duàn)時間(如圖3所示)，它反映(yìng)了數(shù)字示波(bō)器(qì)垂直係(xì)統的(dí)瞬態(tài)特(tè)性。數字示(shì)波(bō)器必須要有足(zú)夠快的上升時間(jiān)，才(cái)能準(zhǔn)確地捕獲快速(sù)變換(huàn)的信號(hào)細(xì)節(jié)。數(shù)字(zì)示波器的上升(shēng)時間越(yuè)快，對信號(hào)的(dí)快速(sù)變換(huàn)的捕(bǔ)獲(huò)也就越(yuè)準確(què)。
一般數(shù)字示(shì)波(bō)器(qì)的上(shàng)升(shēng)時間(jiān)和帶(dài)寬滿(mǎn)足以下公(gōng)式：
其中，tr為上(shàng)升時(shí)間，f-3dB為頻帶(dài)寬度(dù)，k為介於(yú)0.35-0.45之間(jiān)的(dí)常(cháng)數(shù)(不同型號(hào)的數字示(shì)波器(qì)取(qǔ)值不同，可(kě)以查閱(yuè)相應的說明書)。通過計算，並參考帶寬的選(xuǎn)取(qǔ)原則(zé)，可以得(dé)出：隻(zhī)要(yào)數字(zì)示波(bō)器(qì)的上升(shēng)時間(jiān)小於(yú)被測信號(hào)的三(sān)分之(zhī)一(yī)到(dào)五分之一，就(jiù)能滿足一(yī)般的(dí)測試(shì)需求。
(3)頻率(shuài)響應。
頻率響應為(wéi)當輸入(rù)不(bù)同頻(pín)率(shuài)的(dí)等幅(fú)正弦(xián)波信(xìn)號時(shí)的響應性能(néng)，它包含從直(zhí)流或(huò)交流低頻(pín)幾赫(hè)茲(zī)的正弦(xián)信(xìn)號(hào)一(yī)直(zhí)到無法(fǎ)顯示(shì)幅度的頻(pín)率(shuài)為止(zhǐ)的全(quán)部頻率範圍內的幅度響應(yīng)。實(shí)際(jì)測(cè)量(liáng)中隻考慮帶寬性能還(huán)不(bù)足以保(bǎo)證數(shù)字示波器(qì)能夠準(zhǔn)確重(zhòng)現原始(shǐ)信(xìn)號，在對(duì)數(shù)字(zì)示(shì)波器(qì)計量(liáng)工(gōng)作中，我(wǒ)們(mén)發現有的數(shù)字示(shì)波(bō)器(qì)頻(pín)率響應(yīng)曲(qū)綫(xiàn)在低(dī)頻(pín)段(duàn)並不(bù)平(píng)坦，會(huì)出(chū)現較(jiào)大(dà)的起(qǐ)伏(fú)，如(rú)果測(cè)試相(xiāng)應頻(pín)率的(dí)信號就會出現失真現(xiàn)象。此(cǐ)時，即使數(shù)字示波器的帶寬(kuān)比被測信號頻(pín)率高(gāo)出很多，也(yě)不(bù)能真實重(zhòng)現(xiàn)信號。因此，在選(xuǎn)擇(zé)數字(zì)示(shì)波器(qì)時，針(zhēn)對(duì)不同的被測(cè)信(xìn)號，其(qí)頻(pín)率響應(yīng)也是重點考慮的性(xìng)能(néng)指(zhǐ)標(biāo)之一。
(4)采(cǎi)樣(yàng)速率(shuài)。
數字(zì)示波器的采(cǎi)樣(yàng)速(sù)率(shuài)表(biǎo)示(shì)為樣點(diǎn)數(shù)每(měi)秒(S/s)。采(cǎi)樣速率(shuài)越快越能(néng)真實(shí)重現(xiàn)原(yuán)始(shǐ)信(xìn)號。根(gēn)據奈奎(kuí)斯特定(dìng)理(lǐ)，采樣(yàng)速率(shuài)要(yào)大(dà)於(yú)等(děng)於(yú)2倍(bèi)的被(bèi)測信號(hào)頻(pín)率(shuài)，才能不失真地還原(yuán)原始(shǐ)信(xìn)號。但這(zhè)個定理的(dí)前提是(shì)基(jī)於(yú)無限(xiàn)長的時間(jiān)和連續的信號，在實際測試中，數(shù)字示波器的技(jì)術無法滿(mǎn)足(zú)此(cǐ)條(tiáo)件(jiàn)。根據(jù)實踐(jiàn)經(jīng)驗的積累(léi)，數(shù)字示(shì)波器為(wéi)了準確地(dì)再現原(yuán)始信(xìn)號(hào)，采樣速(sù)率一般為(wéi)原始(shǐ)信號(hào)*高頻率的2.5-10倍(bèi)。
2，探頭對(duì)測試的影(yǐng)響(xiǎng)
在實際(jì)工(gōng)作中，還必須使用(yòng)探頭(tóu)係(xì)統(包括探頭(tóu)和(hé)探頭連接(jiē)附件(jiàn))把(bǎ)被測電路的信號引(yǐn)入(rù)到數(shù)字(zì)示波器內部，因此(cǐ)探頭係(xì)統的性能(néng)直接決定了(liǎo)引(yǐn)入到(dào)數字(zì)示(shì)波(bō)器(qì)的信號(hào)與被測信(xìn)號的一致性(xìng)程(chéng)度。
為獲得有效的測量(liáng)結果，為了真實(shí)地(dì)重現被測(cè)信號，選(xuǎn)擇(zé)探(tàn)頭係(xì)統時主要考慮的以(yǐ)下三個(gè)因素(sù)為：
物理連接，對(duì)電路操(cāo)作(zuò)的(dí)影響(xiǎng)*小以及(jí)與原(yuán)始信號的(dí)一致(zhì)性程(chéng)度。對於前兩個(gè)因素需(xū)正(zhèng)確選擇(zé)探頭(tóu)連接附件，*後(hòu)一個因素則需要正確選擇探(tàn)頭係統的(dí)帶(dài)寬。在(zài)整(zhěng)個測試(shì)係統中(zhōng)，帶寬是由(yóu)係(xì)統內帶(dài)寬(kuān)*低的(dí)部分(fēn)決定的，因此(cǐ)測(cè)試信號時探(tàn)頭(tóu)係(xì)統(tǒng)的帶寬也(yě)是(shì)必須考慮(lǜ)的因(yīn)素(sù)之(zhī)一(yī)。而同(tóng)時，探頭(tóu)係(xì)統也成為了(liǎo)被測電路的(dí)一部分，有一定的負(fù)載(zǎi)效應(yīng)。探頭(tóu)係統的(dí)負(fù)載特性(xìng)表現在(zài)三個(gè)方(fāng)麵：探(tàn)頭係(xì)統(tǒng)的輸入電阻(zǔ)，電容(róng)和電感。與(yǔ)數字示(shì)波(bō)器(qì)配(pèi)對的(dí)理想的(dí)探頭係(xì)統(tǒng)將*小化(huà)這(zhè)種負載特性(xìng)，充分發揮數字(zì)示波器(qì)真(zhēn)實(shí)再(zài)現被(bèi)測信號的能(néng)力，特性和容限。因此(cǐ)選擇探頭(tóu)係(xì)統(tǒng)時(shí)，*好選(xuǎn)用(yòng)廠家(jiā)所推薦(jiàn)的探頭(tóu)型(xíng)號(hào)，並按(àn)功(gōng)能選(xuǎn)擇(zé)相(xiāng)應(yīng)的連接(jiē)附(fù)件。
如(rú)何(hé)在測(cè)試中選擇數(shù)字示(shì)波(bō)器
3，結語
綜上所述，實(shí)現信號完整性的能力(lì)是(shì)測試中(zhōng)選擇(zé)數(shù)字示(shì)波器(qì)的核(hé)心(xīn)衡量(liáng)標準，影(yǐng)響(xiǎng)數字示波(bō)器信號完整性的實(shí)現的幾(jī)個(gè)因素(sù)是：數字示波(bō)器(qì)的帶寬，上升(shēng)時(shí)間(jiān)，頻率響應(yīng)，采樣速(sù)率和(hé)探頭係(xì)統(tǒng)的(dí)帶(dài)寬和負(fù)載效(xiào)應(yīng)。在(zài)實際購買時，為了取(qǔ)得(dé)*優性(xìng)價(jià)比(bǐ)，可(kě)以(yǐ)遵循(xún)以(yǐ)下(xià)原則(zé)：數(shù)字(zì)示波器帶(dài)寬(kuān)為被(bèi)測信號(hào)*高頻率(shuài)的(dí)3-5倍(bèi)，上升時(shí)間小於被(bèi)測信(xìn)號(hào)的三分(fēn)之一(yī)到五(wǔ)分(fēn)之(zhī)一(yī)，頻率響應(yīng)曲(qū)綫(xiàn)平(píng)坦(tǎn)，采樣速率(shuài)為(wéi)被(bèi)測信號*高頻(pín)率的2.5-10倍，同時選擇(zé)廠家推(tuī)薦的(dí)探頭(tóu)係統，即可(kě)滿足(zú)一般的(dí)測試需求。
上(shàng)海(hǎi)麥聚(jù)瑞電子(zǐ)儀(yí)器有限公(gōng)司(sī)是一家(jiā)專(zhuān)業從(cóng)事生產(chǎn)，代(dài)理，經銷儀(yí)器儀表，電子工具，配(pèi)套(tào)設備的(dí)綜合性企(qǐ)業。 主(zhǔ)要銷售(shòu)：數字電(diàn)橋，數(shù)字(zì)示波器，扭力測試儀，耐壓(yā)測(cè)試儀，多效能信(xìn)號發生(shēng)器，數(shù)字存(cún)儲(chǔ)示波(bō)器，ROHS檢測(cè)等等測(cè)量儀器，工具等(děng)。（點擊(jī)關(guān)鍵(jiàn)詞(cí)可進入(rù)相(xiāng)關(guān)產品(pǐn)目(mù)錄）
選購(gòu)時(shí)如需保(bǎo)價(jià)，請(qǐng)致(zhì)電我(wǒ)們！
咨(zī)詢電話(huà)：
聯係(xì)人(rén)：馮(féng)小姐/景(jǐng)小姐(jiě)
公司地址：上海市北(běi)京(jīng)東(dōng)路668號科(kē)技(jì)京(jīng)城(chéng)東樓(lóu)25樓C座