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示波器八大常見(jiàn)問(wèn)題詳解
2012-03-20
時(shí)下社會(huì)已經(jīng)全面進(jìn)入電子信息時(shí)代，電子工程師或者正步入電子工程師行業(yè)的準(zhǔn)電子工程師隨處可見(jiàn)，而示波器是工程師必須接觸的分析儀器，相當(dāng)于工程師的另外一雙眼睛，長(zhǎng)沙艾克塞普儀器公司首席應(yīng)用工程師Tony.Li 誠(chéng)意編輯了示波器八大常見(jiàn)問(wèn)題詳解，希望能夠給這些對(duì)于示波器操作或者理解還不夠深入的人們給予幫助。
伴隨著計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體和通信技術(shù)的發(fā)展，一直是我們?cè)O(shè)計(jì)、調(diào)試產(chǎn)品好幫手的示波器在電子方面的應(yīng)用也就越來(lái)越廣泛，那對(duì)于示波器的使用中如果要想準(zhǔn)確快速地對(duì)系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行分析，那在測(cè)量時(shí)還有很多新的因素是必須要考慮的：例如儀器速度能否跟上被測(cè)信號(hào)的變化、帶寬是否足夠、測(cè)量方法會(huì)不會(huì)引入干擾，甚至還有所使用的探頭是否合適等等。這些都是示波器使用中常見(jiàn)的一些問(wèn)題，那我們碰到這些問(wèn)題的時(shí)候該如何處理呢？下面就來(lái)給大家說(shuō)示波器常見(jiàn)問(wèn)題的處理：
問(wèn)題1：在選擇示波器時(shí)，一般考慮最多的是帶寬，那么在什么情況下要對(duì)采樣速率有所考慮呢?
答：帶寬是取決于被測(cè)對(duì)象的。在帶寬滿足的前提下，希望最小采樣間隔(采樣率的倒數(shù))能夠捕捉到您需要的信號(hào)細(xì)節(jié)。業(yè)界有些關(guān)于采樣速率經(jīng)驗(yàn)公式，但基本上都是針對(duì)示波器帶寬得出的，實(shí)際應(yīng)用中，最好不用示波器測(cè)相同頻率的信號(hào)。若在選型時(shí)，對(duì)正弦波選擇示波器帶寬應(yīng)是被測(cè)正弦信號(hào)頻率的3倍以上，采樣率是帶寬的4到5倍，也即實(shí)際上是信號(hào)的12到15倍;若是其它波形，要保證采樣率足以捕獲信號(hào)細(xì)節(jié)。若您正在使用示波器，可通過(guò)以下方法驗(yàn)證采樣率是否夠用：將波形停下來(lái)，放大波形，若發(fā)現(xiàn)波形有變化(如某些幅值)就說(shuō)明采樣率不夠，否則無(wú)礙。另外也可用點(diǎn)顯示來(lái)分析采樣率是否夠用。
問(wèn)題2：為什么我的示波器有時(shí)候抓不到經(jīng)過(guò)放大后的電流信號(hào)呢?
答：如果信號(hào)的確存在，但示波器有時(shí)能抓到有時(shí)抓不到，這就可能和示波器的設(shè)置有關(guān)系。通?？蓪⑹静ㄆ饔|發(fā)模式設(shè)置成Normal，觸發(fā)條件設(shè)置成邊沿觸發(fā)，并將觸發(fā)電平調(diào)到適當(dāng)值，然后將掃描方式設(shè)置成單次方式。如果這種方式還不行，那就可能是儀器出了問(wèn)題。
問(wèn)題3：有些瞬時(shí)信號(hào)稍縱即失，如何捕捉并使其重現(xiàn)?
答：將示波器設(shè)置成單次采集方式(觸發(fā)模式設(shè)置成Normal，觸發(fā)條件設(shè)置成邊沿觸發(fā)，并將觸發(fā)電平調(diào)到適當(dāng)值，然后將掃描方式設(shè)置成單次方式)，注意示波器的存儲(chǔ)深度將決定您能采集信號(hào)的時(shí)間以及能用到的最大采樣速率。
問(wèn)題4：如何測(cè)量電源紋波?
答：可以先用示波器將整個(gè)波形捕獲，然后將關(guān)心的紋波部分放大來(lái)觀察和測(cè)量(自動(dòng)測(cè)量或光標(biāo)測(cè)量均可)，同時(shí)還要利用示波器的FFT功能從頻域進(jìn)行分析。
問(wèn)題5：關(guān)于模擬和數(shù)字示波器比較的問(wèn)題：1、模擬和數(shù)字示波器在觀察波形的細(xì)部時(shí)，哪個(gè)更有優(yōu)勢(shì)(例如在過(guò)零點(diǎn)和峰值時(shí)，觀察1%以下寄生波形)?2、數(shù)字示波器一般提供在線顯示均方根值，它的精度一般是多少?
答：1)觀察1%以下寄生波形，無(wú)論是模擬示波器還是數(shù)字示波器，觀察精度都不是很好。模擬示波器的垂直精度未必比數(shù)字示波器更高，如某500MHz帶寬的模擬示波器垂直精度是±3%，這并不比數(shù)字示波器
(通常精度為1～2%)更具優(yōu)勢(shì)，而且對(duì)細(xì)節(jié)，數(shù)字示波器的自動(dòng)測(cè)量功能比模擬示波器的人工測(cè)量更精確。
2)對(duì)于示波器的幅值測(cè)量精度，很多人用A/D位數(shù)來(lái)衡量。實(shí)際上，隨著您所用的示波器帶寬、實(shí)際采樣率設(shè)置等，它會(huì)有所變化。若帶寬不夠，本身帶來(lái)的幅值測(cè)量誤差就很大，若帶寬夠了，采樣設(shè)置很高，實(shí)際的幅值測(cè)量精度也不如采樣率低時(shí)候的精度(您有時(shí)可參考示波器的用戶手冊(cè)，它可能會(huì)給出不同采樣率下，示波器的A/D實(shí)際有效位數(shù))?？偟膩?lái)講，示波器測(cè)量幅值，包括均方根值的精度往往不如萬(wàn)用表，同理，測(cè)量頻率它不如頻率計(jì)數(shù)器。
問(wèn)題6：每臺(tái)示波器都有一個(gè)頻率范圍，比如10M、60M、100M...我手頭用的示波器標(biāo)稱為60MHz，是不是可以理解為它最大可以測(cè)到60MHz?可我用它測(cè)4.1943MHz的方波時(shí)都測(cè)不到，這是什么原因?
答：60MHz帶寬示波器，并不意味著可以很好地測(cè)量60MHz的信號(hào)。根據(jù)示波器帶寬的定義，若輸入峰峰值為1V的60MHz正弦波到60MHz帶寬示波器上，您在示波器上將看到0.707V的信號(hào)(30%幅值測(cè)量誤差)。如果測(cè)試方波，選擇示波器的參考標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是信號(hào)上升時(shí)間，示波器帶寬=0.35/信號(hào)上升時(shí)間×3，此時(shí)您的上升時(shí)間測(cè)量誤差為5.4%左右。測(cè)量誤差為5.4%左右。
示波器的探頭帶寬也很重要，若使用的示波器探頭包括其前端附件構(gòu)成的系統(tǒng)帶寬很低，將會(huì)使示波器帶寬大大下降。如若使用20MHz帶寬的探頭，則能實(shí)現(xiàn)的最大帶寬是20MHz，如果在探頭前端使用連接導(dǎo)線，將會(huì)進(jìn)一步降低探頭性能，但對(duì)4MHz左右方波不應(yīng)有太大影響，因?yàn)樗俣炔皇呛芸臁?br /> 另外還要看一下示波器使用手冊(cè)，有的60MHz示波器在1:1設(shè)置下，其實(shí)際帶寬將銳減到6MHz以下，對(duì)于4MHz左右的方波，其三次諧波是12MHz，五次諧波是20MHz，若帶寬降到6MHz，對(duì)信號(hào)幅值衰減很大，即使能看到信號(hào)也絕對(duì)不是方波，而是幅值被衰減了的正弦波。當(dāng)然，測(cè)不出信號(hào)的原因可能有多種，如探頭接觸不好(該現(xiàn)象很容易排除)，建議用BNC電纜連接一函數(shù)發(fā)生器，檢驗(yàn)該示波器本身有沒(méi)有問(wèn)題，探頭有沒(méi)有問(wèn)題，如有問(wèn)題，可和廠家直接聯(lián)系。
問(wèn)題7：有些瞬時(shí)信號(hào)稍縱即失，如何捕捉并使其重現(xiàn)?
答：將示波器設(shè)置成單次采集方式(觸發(fā)模式設(shè)置成Normal，觸發(fā)條件設(shè)置成邊沿觸發(fā)，并將觸發(fā)電平調(diào)到適當(dāng)值，然后將掃描方式設(shè)置成單次方式)，注意示波器的存儲(chǔ)深度將決定您能采集信號(hào)的時(shí)間以及能用到的最大采樣速率。
問(wèn)題8：如何理解“考核波形采樣率夠不夠時(shí)，將波形停下來(lái)，放大波形，若發(fā)現(xiàn)波形有變化(如某些幅值)就說(shuō)明采樣率就不夠，否則無(wú)礙。也可用點(diǎn)顯示來(lái)分析采樣率是否夠用。”?
答：曾經(jīng)有幸給用戶做過(guò)實(shí)測(cè)，曾親歷這種現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)被測(cè)對(duì)象是一種看上去很隨機(jī)且高速變化的信號(hào)，用戶將觸發(fā)電平設(shè)在-13V左右。波形采集下來(lái)后想放大測(cè)量細(xì)節(jié)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)改變示波器時(shí)基(SEC/DIV)設(shè)置時(shí)，信號(hào)幅值突然變小，我當(dāng)時(shí)將示波器改成點(diǎn)顯示，發(fā)現(xiàn)好像是點(diǎn)數(shù)(存儲(chǔ)深度)不夠，但我比較點(diǎn)顯示和矢量顯示后，發(fā)現(xiàn)若矢量顯示有一定可信性，那么就是當(dāng)前的兩個(gè)采樣間隔(采樣率的倒數(shù))中信號(hào)有突變，但未能被采集到(采樣間隔不夠細(xì)，即采樣率不夠高)。我換了一臺(tái)同樣存儲(chǔ)深度但采樣率較高的示波器，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題消失了。
存儲(chǔ)深度也會(huì)影響示波器能用到的實(shí)際最大采樣率。存儲(chǔ)深度太淺可能是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榇鎯?chǔ)深度可能限制能實(shí)際用到的最大采樣速率，但實(shí)質(zhì)上是采樣率不夠，丟失了信號(hào)細(xì)節(jié)。存儲(chǔ)深度不夠深，可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)際采樣率不高，這一點(diǎn)跟廠家提供的指標(biāo)關(guān)系不大。
伴隨著計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體和通信技術(shù)的發(fā)展，一直是我們?cè)O(shè)計(jì)、調(diào)試產(chǎn)品好幫手的示波器在電子方面的應(yīng)用也就越來(lái)越廣泛，那對(duì)于示波器的使用中如果要想準(zhǔn)確快速地對(duì)系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行分析，那在測(cè)量時(shí)還有很多新的因素是必須要考慮的：例如儀器速度能否跟上被測(cè)信號(hào)的變化、帶寬是否足夠、測(cè)量方法會(huì)不會(huì)引入干擾，甚至還有所使用的探頭是否合適等等。這些都是示波器使用中常見(jiàn)的一些問(wèn)題，那我們碰到這些問(wèn)題的時(shí)候該如何處理呢？下面就來(lái)給大家說(shuō)示波器常見(jiàn)問(wèn)題的處理：
問(wèn)題1：在選擇示波器時(shí)，一般考慮最多的是帶寬，那么在什么情況下要對(duì)采樣速率有所考慮呢?
答：帶寬是取決于被測(cè)對(duì)象的。在帶寬滿足的前提下，希望最小采樣間隔(采樣率的倒數(shù))能夠捕捉到您需要的信號(hào)細(xì)節(jié)。業(yè)界有些關(guān)于采樣速率經(jīng)驗(yàn)公式，但基本上都是針對(duì)示波器帶寬得出的，實(shí)際應(yīng)用中，最好不用示波器測(cè)相同頻率的信號(hào)。若在選型時(shí)，對(duì)正弦波選擇示波器帶寬應(yīng)是被測(cè)正弦信號(hào)頻率的3倍以上，采樣率是帶寬的4到5倍，也即實(shí)際上是信號(hào)的12到15倍;若是其它波形，要保證采樣率足以捕獲信號(hào)細(xì)節(jié)。若您正在使用示波器，可通過(guò)以下方法驗(yàn)證采樣率是否夠用：將波形停下來(lái)，放大波形，若發(fā)現(xiàn)波形有變化(如某些幅值)就說(shuō)明采樣率不夠，否則無(wú)礙。另外也可用點(diǎn)顯示來(lái)分析采樣率是否夠用。
問(wèn)題2：為什么我的示波器有時(shí)候抓不到經(jīng)過(guò)放大后的電流信號(hào)呢?
答：如果信號(hào)的確存在，但示波器有時(shí)能抓到有時(shí)抓不到，這就可能和示波器的設(shè)置有關(guān)系。通?？蓪⑹静ㄆ饔|發(fā)模式設(shè)置成Normal，觸發(fā)條件設(shè)置成邊沿觸發(fā)，并將觸發(fā)電平調(diào)到適當(dāng)值，然后將掃描方式設(shè)置成單次方式。如果這種方式還不行，那就可能是儀器出了問(wèn)題。
問(wèn)題3：有些瞬時(shí)信號(hào)稍縱即失，如何捕捉并使其重現(xiàn)?
答：將示波器設(shè)置成單次采集方式(觸發(fā)模式設(shè)置成Normal，觸發(fā)條件設(shè)置成邊沿觸發(fā)，并將觸發(fā)電平調(diào)到適當(dāng)值，然后將掃描方式設(shè)置成單次方式)，注意示波器的存儲(chǔ)深度將決定您能采集信號(hào)的時(shí)間以及能用到的最大采樣速率。
問(wèn)題4：如何測(cè)量電源紋波?
答：可以先用示波器將整個(gè)波形捕獲，然后將關(guān)心的紋波部分放大來(lái)觀察和測(cè)量(自動(dòng)測(cè)量或光標(biāo)測(cè)量均可)，同時(shí)還要利用示波器的FFT功能從頻域進(jìn)行分析。
問(wèn)題5：關(guān)于模擬和數(shù)字示波器比較的問(wèn)題：1、模擬和數(shù)字示波器在觀察波形的細(xì)部時(shí)，哪個(gè)更有優(yōu)勢(shì)(例如在過(guò)零點(diǎn)和峰值時(shí)，觀察1%以下寄生波形)?2、數(shù)字示波器一般提供在線顯示均方根值，它的精度一般是多少?
答：1)觀察1%以下寄生波形，無(wú)論是模擬示波器還是數(shù)字示波器，觀察精度都不是很好。模擬示波器的垂直精度未必比數(shù)字示波器更高，如某500MHz帶寬的模擬示波器垂直精度是±3%，這并不比數(shù)字示波器
(通常精度為1～2%)更具優(yōu)勢(shì)，而且對(duì)細(xì)節(jié)，數(shù)字示波器的自動(dòng)測(cè)量功能比模擬示波器的人工測(cè)量更精確。
2)對(duì)于示波器的幅值測(cè)量精度，很多人用A/D位數(shù)來(lái)衡量。實(shí)際上，隨著您所用的示波器帶寬、實(shí)際采樣率設(shè)置等，它會(huì)有所變化。若帶寬不夠，本身帶來(lái)的幅值測(cè)量誤差就很大，若帶寬夠了，采樣設(shè)置很高，實(shí)際的幅值測(cè)量精度也不如采樣率低時(shí)候的精度(您有時(shí)可參考示波器的用戶手冊(cè)，它可能會(huì)給出不同采樣率下，示波器的A/D實(shí)際有效位數(shù))?？偟膩?lái)講，示波器測(cè)量幅值，包括均方根值的精度往往不如萬(wàn)用表，同理，測(cè)量頻率它不如頻率計(jì)數(shù)器。
問(wèn)題6：每臺(tái)示波器都有一個(gè)頻率范圍，比如10M、60M、100M...我手頭用的示波器標(biāo)稱為60MHz，是不是可以理解為它最大可以測(cè)到60MHz?可我用它測(cè)4.1943MHz的方波時(shí)都測(cè)不到，這是什么原因?
答：60MHz帶寬示波器，并不意味著可以很好地測(cè)量60MHz的信號(hào)。根據(jù)示波器帶寬的定義，若輸入峰峰值為1V的60MHz正弦波到60MHz帶寬示波器上，您在示波器上將看到0.707V的信號(hào)(30%幅值測(cè)量誤差)。如果測(cè)試方波，選擇示波器的參考標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是信號(hào)上升時(shí)間，示波器帶寬=0.35/信號(hào)上升時(shí)間×3，此時(shí)您的上升時(shí)間測(cè)量誤差為5.4%左右。測(cè)量誤差為5.4%左右。
示波器的探頭帶寬也很重要，若使用的示波器探頭包括其前端附件構(gòu)成的系統(tǒng)帶寬很低，將會(huì)使示波器帶寬大大下降。如若使用20MHz帶寬的探頭，則能實(shí)現(xiàn)的最大帶寬是20MHz，如果在探頭前端使用連接導(dǎo)線，將會(huì)進(jìn)一步降低探頭性能，但對(duì)4MHz左右方波不應(yīng)有太大影響，因?yàn)樗俣炔皇呛芸臁?br /> 另外還要看一下示波器使用手冊(cè)，有的60MHz示波器在1:1設(shè)置下，其實(shí)際帶寬將銳減到6MHz以下，對(duì)于4MHz左右的方波，其三次諧波是12MHz，五次諧波是20MHz，若帶寬降到6MHz，對(duì)信號(hào)幅值衰減很大，即使能看到信號(hào)也絕對(duì)不是方波，而是幅值被衰減了的正弦波。當(dāng)然，測(cè)不出信號(hào)的原因可能有多種，如探頭接觸不好(該現(xiàn)象很容易排除)，建議用BNC電纜連接一函數(shù)發(fā)生器，檢驗(yàn)該示波器本身有沒(méi)有問(wèn)題，探頭有沒(méi)有問(wèn)題，如有問(wèn)題，可和廠家直接聯(lián)系。
問(wèn)題7：有些瞬時(shí)信號(hào)稍縱即失，如何捕捉并使其重現(xiàn)?
答：將示波器設(shè)置成單次采集方式(觸發(fā)模式設(shè)置成Normal，觸發(fā)條件設(shè)置成邊沿觸發(fā)，并將觸發(fā)電平調(diào)到適當(dāng)值，然后將掃描方式設(shè)置成單次方式)，注意示波器的存儲(chǔ)深度將決定您能采集信號(hào)的時(shí)間以及能用到的最大采樣速率。
問(wèn)題8：如何理解“考核波形采樣率夠不夠時(shí)，將波形停下來(lái)，放大波形，若發(fā)現(xiàn)波形有變化(如某些幅值)就說(shuō)明采樣率就不夠，否則無(wú)礙。也可用點(diǎn)顯示來(lái)分析采樣率是否夠用。”?
答：曾經(jīng)有幸給用戶做過(guò)實(shí)測(cè)，曾親歷這種現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)被測(cè)對(duì)象是一種看上去很隨機(jī)且高速變化的信號(hào)，用戶將觸發(fā)電平設(shè)在-13V左右。波形采集下來(lái)后想放大測(cè)量細(xì)節(jié)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)改變示波器時(shí)基(SEC/DIV)設(shè)置時(shí)，信號(hào)幅值突然變小，我當(dāng)時(shí)將示波器改成點(diǎn)顯示，發(fā)現(xiàn)好像是點(diǎn)數(shù)(存儲(chǔ)深度)不夠，但我比較點(diǎn)顯示和矢量顯示后，發(fā)現(xiàn)若矢量顯示有一定可信性，那么就是當(dāng)前的兩個(gè)采樣間隔(采樣率的倒數(shù))中信號(hào)有突變，但未能被采集到(采樣間隔不夠細(xì)，即采樣率不夠高)。我換了一臺(tái)同樣存儲(chǔ)深度但采樣率較高的示波器，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題消失了。
存儲(chǔ)深度也會(huì)影響示波器能用到的實(shí)際最大采樣率。存儲(chǔ)深度太淺可能是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榇鎯?chǔ)深度可能限制能實(shí)際用到的最大采樣速率，但實(shí)質(zhì)上是采樣率不夠，丟失了信號(hào)細(xì)節(jié)。存儲(chǔ)深度不夠深，可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)際采樣率不高，這一點(diǎn)跟廠家提供的指標(biāo)關(guān)系不大。
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