新型低端示波器推荐_有没有你喜欢的

电子魔法师 发表于 2018-05-28 08:57:28 收藏 已收藏
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新型低端示波器推荐_有没有你喜欢的

电子魔法师 发表于 2018-05-28 08:57:28

  示波器的工作原理

  首先示波器从设计原理上分为模拟示波器和数字示波器两种,这个想必大家都清楚。最早出现的示波器为模拟示波器,而今由于带宽等问题,模拟示波器已经渐渐被淘汰。那模拟示波器的原理是怎么样的呢?下面这张图就可以很好的说明:

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  模拟示波器内部会产生周期性的锯齿波信号来控制银光平电子枪的水平偏转,被测的电压信号经过放大后控制荧光屏电子枪的垂直偏转。这样一来,光斑或者亮线就清楚的显示在荧光屏上了,就是波形嘛。

  是不是很简单?从设计理念上来分析,模拟示波器有许多不可比拟的好处,例如信号波形不会丢失、不存在死区时间等。而数字示波器虽然一开始会存在这些问题,但随着现在电子技术的大力发展,这种瑕疵已经变得越来越小。那数字示波器的设计原理又是怎么样的呢?

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  波形首先要通过探头,经由前端的放大器进行放大,之后由模数转换单元进行转换,进而存储到采集内存中,然后显示到显示器上。

  在这一整个过程中,你不难发现,波形并不是实时呈现在屏幕上的,而是经过采集内存之后又呈现在波形上的。因此如果整个采样和转换时间较长的话,就会产生较大的死区时间,所以在死区时间内的波形就无法观察到了。这也就是为什么很多人至今仍然坚持认为数字示波器不如模拟示波器好的原因所在。

  模拟示波器的优点毋庸赘述,实时性好、原理简单、价格便宜。但是本身的仪器原理也包含了终将会被时代抛弃的硬伤。大抵有以下几条:

  一、带宽有限:这绝对是致命硬伤。前面已经提到,模拟示波器的输入信号是放大后直接控制CRT显示屏的电子枪偏转。虽然放大器的带宽可以越来预高,但是CRT电子枪的偏转速度是有限的,对于高频信号,电子枪的速度跟不上信号变化。因此,当前模拟示波器带宽真的很难做上去。二、无法存储和分析:很多老工程师非常清楚,用模拟示波器保存波形是要拿相机拍照的,如果要测幅度、周期、上升时间,只能手动去搞。要是想测相位差、功率这些,对于数字示波器这种只是勾选一下就能完成的事情,对于模拟示波器简直是体力活。三、触发能力太弱:基本只能边沿触发吧。想脉宽触发?斜率触发?根本不可能!更不要开个图形来做模板触发这种脑洞大开的触发方式了。四、性能不稳定:毕竟是大量的模拟器件,时间长了之后指标就不稳了,温漂也要比数字示波器严重的多。在20世纪80年代开始,数字示波器逐渐崭露头角。特别是随着高速ADC芯片和数字处理技术的发展,数字示波器在带宽、触发、分析、显示方面全面超越了模拟示波器。现在市面上在售的示波器基本全都是数字示波器了。

  这里要强调的一点仍然是死区时间,这依赖的是数字示波器后面的处理和显示速度。虽然在现有的技术水平下仍然无法做到实时处理,但是处理的速度越快,丢失的波形就越少,有关这方面性能是指标叫做——波形刷新率。对于200MHz带宽示波器来说,几乎所有的品牌都会配1G的采样率,但是波形刷新率是更为重要的参数之一。波形刷新率越高,波形观测的死区时间就小了好多。

  不管怎么说,数字示波器取代模拟示波器都是大势所趋。在电子技术飞速发展的阶段,相信模拟示波器的价格优势也会慢慢消失殆尽。

  示波器作用

  示波器是用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器,由电子管放大器、扫描振荡器、阴极射线管等组成。除观测电流的波形外,还可以测定频率、电压强度等。凡可以变为电效应的周期性物理过程都可以用示波器进行观测。

  示波器的使用图解

  跟万用表类似,要使用示波器,首先也得把它和被测系统相连,用的是示波器探头,如图20-4所示。示波器一般都会有2个或4个通道(通常都会标有1~4的数字,而多余的那个探头插座是外部触发,一般用不到它),它们的低位是等同的,可以随便选择,把探头插到其中一个通道上,探头另一头的小夹子连接被测系统的参考地(这里一定要注意一个问题:示波器探头上的夹子是与大地即三插插头上的地线直接连通的,所以如果被测系统的参考地与大地之间存在电压差的话,将会导致示波器或被测系统的损坏),探针接触被测点,这样示波器就可以采集到该点的电压波形了(普通的探头不能用来测量电流,要测电流得选择专门的电流探头)。

  接下来就要通过调整示波器面板上的按钮,使被测波形以合适的大小显示在屏幕上了。只需要按照一个信号的两大要素——幅值和周期(频率与周期在概念上是等同的)来调整示波器的参数即可,如图2所示。

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  图2 示波器幅值、时间轴旋钮

  如上图,在每个通道插座上方的旋钮,就是调整该通道的幅值的,即波形垂直方向大小的调整。转动它们,就可以改变示波器屏幕上每个竖格所代表的电压值,所以可称其为“伏格”调整,如以下两幅对比图所示:左图是1V/grid,右图是500mV/grid,左图波形的幅值占了2.5个格,所以是2.5V,右图波形的幅值占了5个格,也是2.5V。推荐是将波形调整到右图这个样子,因为此时波形占了整个测量范围的较大空间,可以提高波形测量的精度,如图3所示。

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  图3 示波器伏格调整对比图

  除了图3通常上方的伏格旋钮外,通常还会在面板上找到一个大小相同的旋钮(不一定像图20-6所示的位置),这个旋钮是调整周期的,即波形水平方向大小的调整。转动它,就可以改变示波器屏幕上每个横格所代表的时间值,所以可称其为“秒格”调整,如以下两幅对比图所示:左图是500us/grid,右图是200us/grid,左图一个周期占2个格,周期是1ms,即频率为1KHz,右图一个周期占5个格,也是1ms,即1KHz。这里就没有哪个更合理的问题了,具体问题具体对待,它们都是很合理的,如图4所示。

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  图4 示波器秒格调整对比图

  很多时候只进行上述两项调整的话,是能看到一个波形,但这个波形却很不稳定,左右乱颤,相互重叠,导致看不清楚,如图5所示。

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  图5 示波器触发电平调整不当的示意图

  这就是因为示波器的触发没有调整好的缘故,那么什么是触发呢?简单点理解,所谓触发就是设定一个基准,让波形的采集和显示都围绕这个基准来。最常用的触发设置是基于电平的(也可基于时间等其它量,道理相同),大家看下上面的几张波形图,在左侧总有一个T和一个小箭头,T是触发的意思,这个小箭头指向的位置所对应的电压值就是当前的触发电平。示波器总是在波形经过这个电平的时候,把之前和之后的一部分存储并最终显示出来,于是就能看到图4、5所示的波形。如图6所示,我们可以看到,无论如何波形也不会经过T所指的位置,即用永远达不到触发电平,所以失去了基准的波形看上去就不稳定了。怎么调节这个触发电平的位置呢,在示波器面板上找一个标了Trigger的旋钮,如下图,转动这个旋钮就可以改变这个T的位置了。

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  图6 示波器触发旋钮

  除了可以改变触发电平的值以外,还可以设置触发的方式:比如选择上升沿还是下降沿触发,也就是选择让波形向上增加的时候经过触发电平还是向下减小的时候经过触发电平来完成触发,这些设置一般都是通过Trigger栏里的按钮和屏幕方便的菜单键来完成。

  只要经过上述的这三四步,你就可以把示波器的核心功能应用起来了,可以用它观察单片机系统的各个信号了。比如说上电后系统不运行,就用它来测一下晶振引脚的波形正常与否吧。需要注意的是,晶振引脚上的波形并不是方波,而是更像正弦波,而且晶振的两个脚上的波形是不一样的,一个幅值小一点的是作为输入的,一个幅值大一点的是作为输出的,如图7所示。

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  图7 示波器实测的晶振波形

  新型低端示波器推荐

  “无脸”示波器都是USB控制的。WiFi和蓝牙无线示波器如今在低端市场已经比较普遍。早先的无线示波器一般都是连接安卓设备,因为安卓系统比iOS设备更容易开发APP。我见到的最早的无线示波器是由Aubrey Kagan设计的,它就是连接到一个安卓平板电脑,但没有对外销售。

  我测试过另外一些低端无线示波器,比如由 LabNation和Aeroscope开发的型号。我也尝试过国家仪器(NI)的VirtualBench,售价1999美元,这不能算低端示波器了。

  RS Components的2通道RS Pro 2205A-20售价145英镑,具有200 Msamples/s的采样率,以及20 MHz的带宽,特别适合音频和低频应用。除了USB接口,它还带有UART (RS-232)、SPI、I2C、LIN和CAN接口,可以安装在汽车里、机器上,以及嵌入式系统中。

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  DS212袖珍式示波器自带显示屏,采用机械滑轮来调节垂直和水平分辨率。不太清楚它的实际制造商,在亚马逊上这种型号有两个不同的名称和标价:YKEY的标价为109.98美元,KEVWTECH的标价为178美元。它在一个叫做e-design的中文网站上也有售。

  DS212具有1MHz带宽和10Msamples/s采样率,输入电压范围为±40V。它内置电池,可以通过微型USB端口充电。据一个视频介绍,DS212只有一个探头,虽然它是两通道的型号。

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  IkaLogic的IkaScope示波器外形有点另类,具有30 MHz带宽和200 Msamples/s采样率,使用WiFi连接iOS和安卓设备,也可以连接桌面和笔记本电脑(Windows、Linux和MacOS),售价高达299欧元(约368美元)。而Aeroscope示波器的采样率为100 Msamples/s,带宽只有20 MHz,采用蓝牙连接iOS设备,售价为199美元。

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  接下来是Red Pitaya。据Aubrey Kagan介绍,这种示波器和波形发生器实际上就是一个FPGA板,带有两个模拟-数字转换器(ADC)和两个数字-模拟转换器(DAC)。

  我们从仪器的角度来看Red Pitaya,而不要只将其视作FPGA板。它有两个型号:14位和10位。其输入带宽为40 MHz,输出带宽为50 MHz,采样率不明。Red Pitaya不需要软件,因为它使用内部WEB服务器,通过以太网线与计算机相连。一个SD存储卡可以存储数据。其最低售价为239欧元(约294美元),根据外设不同价格略有差别。

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