教你如何正確選擇示波器

2020-12-01 電子產品世界
示波器自從問世以來,它一直是最重要、最常用的電子測試儀器之一。由於電子技術的發展,示波器的能力在不斷提升,其性能與價格也五花八門,市場參差不齊。示波器看似簡單,但如何選擇,也存在許多問題。本文根據多年的經驗,結合北京海洋興業科技有限公司選型指南,從幾個方面告知您在選擇示波器時應注意的問題:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201612/333781.htm

一、了解您需要測試的信號

您要知道用示波器觀察什麼?您要捕捉並觀察的信號其典型性能是什麼?您的信號是否有複雜的特性?您的信號是重複信號還是單次信號?您要測量的信號過渡過程的帶寬,或者上升時間是多大?您打算用何種信號特性來觸發短脈衝、脈衝寬度、窄脈衝等?您打算同時顯示多少信號?您對測試信號作何種處理?

二、選擇示波器的核心技術差異:模擬(DRT)、數字(DSO)、還是數模兼合(DPO)

傳統的觀點認為模擬示波器具有熟悉的控制面板,價格低廉,因而總覺得模擬示波器「使用方便」。但是隨著A/D轉換器速度逐年提高和價格不斷降低,以及數字示波器不斷增加的測量能力和實際上不受限制的測量功能,數字示波器已獨領風騷。但是數字示波器顯示具有三維的缺陷、處理連續性數據慢等缺點,需要具有數模兼合技術的示波器,例DPO數字螢光示波器。

三、確定測試信號帶寬

帶寬一般定義為正弦波輸入信號幅度衰減到-3dB時的頻率,即幅度的70.7%。帶寬決定示波器對信號的基本測量能力。如果沒有足夠的帶寬,示波器將無法測量高頻信號,幅度將出現失真,邊緣將會消失,細節數據將被丟失;如果沒有足夠的帶寬,得到的信號所有特性,包含響鈴和振鳴等都毫無意義。

一個決定您所需要的示波器帶寬有效經驗——「5倍經驗準則」:將您要測量的信號最高頻率分量乘以5,使測量結果獲得高於2%的精度。

在某些應用場合,您不知道你的感興趣的信號帶寬,但是您知道它的最快上升時間,這時頻率響應用下面的公式來計算關聯帶寬和儀器的上升時間:Bw=0.35/信號的最快上升時間。

數字示波器帶寬有兩種類型:重複(或等效時間)帶寬和實時(或單次)帶寬。重複帶寬只適用於重複的信號,顯示來自於多次信號採集期間的採樣。實時帶寬是示波器的單次採樣中所能捕捉的最高頻率,且當捕捉的事件不是經常出現或瞬變信號時就更為重要,實時帶寬與採樣速率緊密聯繫。

帶寬越高越好,但是更高的帶寬往往意味著更高的價格,因此應按照預算來選擇您要觀察的信號頻率成分。

四、A/D轉換器的採樣速率(或採樣速度)

單位為每秒採樣次數(S/s),指數字示波器對信號採樣的頻率。示波器的採樣速率越快,所顯示的波形的解析度和清晰度就高,重要信息和事件丟失的概率就越小。

如果需要觀測較長時間範圍內的慢變信號或低頻信號,最小採樣速率就發揮了作用,為了在顯示的波形記錄中保持固定的波形數,需要調整水平控制旋鈕,而所顯示的採樣速率也將隨著水平調節旋鈕的變化而變化。

如何計算採樣速率?計算方法取決於所測量的波形類型,以及示波器所採用的信號重建方式,例正弦插入法,矢量插入法等。為了準確地再現信號並避免混淆,奈奎斯定理規定:信號的採樣速率必須不小於其最高頻率成分的兩倍。然而,這個定理的前提是基於無限長時間和周期連續的信號。由於示波器不可能提供無限時間的記錄長度,而且從定義上看,低頻幹擾是不連續的,也不是周期的,所以採用兩倍於最高頻率成分的採樣速率通常是不夠的。

實際上,信號的準確再現取決於其採樣速率和信號採樣點間隙所採用的插值法,即波形重建。一些示波器會為操作者提供以下選擇:測量正弦信號的正弦插值法,以及測量矩形波、脈衝和其他信號類型的線性插值法。

有一個比較採樣速率和信號帶寬時很有用的經驗法則:如果您正在觀察的示波器有內插(通過篩選以便在取樣點間重新生成),則(採樣速率/信號帶寬)的比值至少應為4∶1;無正弦內插時,則應採取10∶1的比值。

五、屏幕刷新率也稱為波形更新速度

所有的示波器都會閃爍,示波器每秒鐘以特定的次數捕獲信號,在這些測量點之間將不再進行測量,這就是波形捕獲速率,也稱屏幕刷新率,表示為波形數每秒(wfms/s)。一定要區分波形捕獲速率與A/D採樣速率的區別。採樣速率表示示波器在一個波形或周期內A/D採樣輸入信號的頻率;波形捕獲速率則是指示波器採集波形的速度。波形捕獲速率取決於示波器的類型和性能級別,且有著很大的變化範圍。高波形捕獲速率的示波器將會提供更多的重要信號特性,並能極大地增加示波器快速捕獲瞬時的異常情況,如抖動、矮脈衝、低頻幹擾和瞬時誤差的概率。

一般來講,模擬示波器由於電路簡單,其屏幕刷新率較高,而數字存儲示波器(DSO)使用串行處理結構每秒鐘可以捕獲10到5000個波形。為了改變數字示波器屏幕刷新率低的問題,數字螢光示波器採用並行處理結構,可以提供更高的波形捕獲速率,有的高達每秒數百萬個波形,大大提高了捕獲間歇和難以捕捉事件的可能性,並能讓您更快地發現信號存在的問題。

六、選用適當的存儲深度,也稱記錄長度

存儲深度是示波器所能存儲的採樣點多少的量度。如果您需要不間斷的捕捉一個脈衝串,則要求示波器有足夠的存儲器以便捕捉整個事件。將所要捕捉的時間長度除以精確重現信號所須的採樣速率,可以計算出所要求的存儲深度。

存儲深度與採樣速率密切相關。您所需要的存儲深度取決於要測量的總時間跨度和所要求的時間解析度。

現代的示波器允許用戶選擇記錄長度,以便對一些操作中的細節進行優化。分析一個十分穩定的正弦信號,只需要500點的記錄長度;但如果要解析一個複雜的數字數據流,則需要有一百萬個點或更多點的記錄長度。

在正確位置上捕捉信號的有效觸發,通常可以減小示波器實際需要的存儲量。

七、根據需要選擇不同的觸發功能

示波器的觸發能使信號在正確的位置點同步水平掃描,使信號特性清晰。

觸發控制按鈕可以穩定重複的波形並捕獲單次波形。

大多數用示波器的用戶只採用邊沿觸發方式,如果擁有其它觸發能力在某些應用上是非常有用的,特別是對新設計產品的故障查尋,先進的觸發方式可將所關心的事件分離出來,找出您關心的非正常問題,從而最有效地利用採樣速率和存儲深度。

現今有很多示波器,具有先進的觸發能力。觸發能力主要圍繞三個方面:①有關垂直方向的幅度,例瞬態尖峰觸發、過脈衝或短脈衝觸發等;②有關水平方向的與時間有關的觸發,例脈衝寬度、窄脈衝、建立/保持時間等設定時間寬度的觸發形式;③擴展和常規觸發功能的組合能力,例對視頻信號或其它難以捕捉的信號,通過時間和幅度組合設置觸發條件進行觸發。觸發能力的提高,可以大提高測試過程的靈活性,並簡化工作,尤其現今的示波器對數據總線的觸發能力大大提高,例CAN,I2C等。

八、通道能力,包括通道數量和通道對地的懸浮能力和通道之間的隔離能力

您需要的通道數取決於您的應用,對於通常的經濟型故障查尋應用,需要的是雙通道示波器,然而要求觀察若干個模擬信號的相互關係,將需要一臺4通道示波器,許多工作於模擬與數字兩種信號的系統工程師可以選擇混合信號示波器(MSO),它將邏輯分析儀的通道計數及觸發能力與示波器的較高解析度綜合到具有時間相關顯示的單一儀器中。如果您測量三相電,可控矽等有源器件或線路,兩端之間沒有絕對的零點,即所謂的浮地信號,這時候從操作安全和精度出發,應選用隔離通道示波器;如果比較多通道的時序和相移,應選用兩通道以上示波器,這時通道之間的隔離更顯重要。

九、對異常現象的捕獲

三個主要因素影響著示波器顯示日常測試與調試中所遇到的未知和複雜信號的能力:屏幕刷新速率、波形捕獲方式和觸發能力。波形捕獲模式有:採樣模式、峰值檢測模式、高解析度模式、包絡模式、平均值模式等。屏幕刷新速率指給您關於示波器對信號和控制的變化反應快慢,使用峰值檢測有助於在較慢的信號中捕捉快速信號的峰值。

十、示波器的性能和指標

示波器的指標有很多:如垂直靈敏度、掃描速度、垂直精度、時間基準、垂直解析度等等。示波器的性能取決品牌的質量,關鍵在於質量、穩定性和校準服務等。

十一、分析功能有助於您事半功倍

數字示波器的最大優點是它們能得到的數據進行測量,且按一下按鈕即可實現各種分析功能。雖然可利用的功能因廠家和型號而異,但它們一般包括頻率、上升時間、脈衝寬度等測量,有些示波器還提供很多分析模塊,例FFT、功率分析、高級數學運算等超常功能。

十二、相應配套的附件和探頭

容易忘記的一點是,當裝上探頭時,它就成為整個測試電路的一部分了,結果探頭將造成電阻性、電容性和電感性負載,使示波器呈現出與被測對象不同的測量結果。因此,針對不同應用配有相應的探頭,然後選擇其中一種,使負載效應最小,使信號得到最精確的復現。由於SMT元件的發展,連接更困難,使用不同的附件滿足特殊需要。

詳細見北京海洋興業科技有限公司專業文章「走向更好的測量,合理地選擇探頭和附件」。

十三、示波器的操作性能

很顯然,如果您不能訪問各種功能,或者要花很多時間去學習它們,那麼您的示波器將價值不大,適當的培訓和中文操作界面會使您突破使用上的障礙。

十四、示波器的數據管理和通訊能力

對測量結果的分析非常重要。將信息和測量結果在高速通信網絡中便捷地保存和共享變得日益重要。

示波器的互聯性提供對結果的高級分析能力並簡化結果的存檔和共享。示波器通過各種接口(GPIB、RS-232、USB或乙太網)和網絡通信模式提供一系列的功能和控制方式。

十五、示波器功能的擴展性

為了不斷適應需求變化。示波器功能最好可以隨機擴展:

○增加通道的內存以分析更長的記錄長度

○增加面對具體應用的測量功能

○有一整套兼容的探頭和模塊,加強示波器的能力

○同通用第三方的Windows兼容的分析軟體協同工作,例如OIscope示波器軟體。

○增加附件,如電池組和機架固定件等。

總之,示波器的選擇是一個看似簡單而又是您很難處理的問題,市場上產品很多,並且技術各有差異,有時很難讓您下決定。以上說明可能給您一些建議,採用上圖的選擇過程會對您更有益。根據多年經驗,選擇示波器有以下「經驗法則」:

•ART模擬示波器,選擇四要素:性價比(價格與產品質量品牌的比較優勢)、測試帶寬(5倍經驗法則)、通道數量(2或4)、供應商能力(售後是否得到保證)。

•DSO數字存儲示波器,在測試信號帶寬、示波器帶寬、示波器實時採樣率、示波器存儲深度之間找到平衡,有以下經驗可循:示波器帶寬最好是信號帶寬的5倍;示波器實時採樣速率≥4倍示波器帶寬;存儲深度≥採樣速率×要求最長保存時間。

•DPO數模兼合示波器,在基本指標要求上與DSO一致,但需要引入二個能力:屏幕刷新率、波形觸發與分析能力。

•特殊功能需求。①你如果需要到現場工作,並且需要電池供電,對儀器的體積要求很嚴,對儀器的功能除示波器測量外還需要其它測試(例萬用表功能),您這時最好選用手持示波表(HSO)。②如果您在隔離或懸浮時,安全不能得到保障,並且需要分析功率、相移時,請選用隔離示波器(DIO),尤其是多通道的DIO。③如果您需要多通道的模擬與數位訊號混合測試,您除了選用具有串行總線觸發功能的示波器外,您最好選用MSO混合示波器。

相關焦點

  • 大牛工程師教你如何玩轉示波器!
    大牛工程師教你如何玩轉示波器! 佚名 發表於 2014-12-25 09:36:38   本文作者是一位長期在一線使用示波器的有經驗的電源工程師。
  • 教你如何使用示波器的探頭(校準、夾子和接線)
    打開APP 教你如何使用示波器的探頭(校準、夾子和接線) 伍文輝 發表於 2017-11-09 12:34:00   1、探頭有一條地線和一條信號線,地線就是和示波器輸入端子外殼通的那一條,一般是夾子狀的,信號線一般帶有一個探頭鉤,連接的話你把示波器地線接到你設備的地,把信號線端子接到你的信號端,注意如果要測量的信號和市電沒有隔離,則不能直接測量。
  • 如何用示波器測晶振_示波器測量晶振正確方法
    打開APP 如何用示波器測晶振_示波器測量晶振正確方法 發表於 2018-01-15 08:40:29 示波器由示波管和電源系統、同步系統、X軸偏轉系統、Y軸偏轉系統、延遲掃描系統、標準信號源組成。 用來測量交流電或脈衝電流波的形狀的儀器,由電子管放大器、掃描振蕩器、陰極射線管等組成。除觀測電流的波形外,還可以測定頻率、電壓強度等。凡可以變為電效應的周期性物理過程都可以用示波器進行觀測。示波器如何正確測晶振呢?下文為大家帶來介紹。
  • 如何選擇一個合適的示波器探頭?
    如何選擇一個合適的示波器探頭? 選擇適當的探頭 由於廣泛的示波器測量應用和需求,市場上可供選擇的示波器探頭很多,因此探頭選擇過程很容易引起混淆。 為減少大量的混淆及縮小選擇過程,應一直遵守示波器製造商的探頭建議,這一點非常重要!因為不同的示波器是有不同的帶寬、上升時間、靈敏度和輸入阻抗。充分利用示波器的測量功能要求探頭要與示波器的設計相匹配。
  • 如何選擇一個示波器—專題一
    最近,我想要購買一款新的示波器。市場上如此多種類的示波器,該選擇哪一款呢?示波器的廣告宣傳中,往往會凸顯帶寬和採樣率兩個非常重要的參數。但是,還有哪些隱藏在說明書中的參數需要我們關注呢?
  • 如何用示波器正確測量電源紋波
    打開APP 如何用示波器正確測量電源紋波 廠商供稿 發表於 2016-04-07 16:03:03   一、不正確的紋波測試   在ZDS2024 Plus示波器中接入一個3.3V的電源信號,探頭檔位使用X10檔,進行電源紋波的測量,點擊【Auto Setup】之後,經過調解水平時基,垂直檔位和垂直偏移,可以得到如下圖1所示。
  • 示波器觸發源如何選擇,觸發的作用是什麼
    打開APP 示波器觸發源如何選擇,觸發的作用是什麼 周碧俊 發表於 2018-08-06 10:37:01 在「淺談模擬示波器觸發模式和功能」中我們了解了眾多關於模擬示波器的觸發模式,在這一篇,我們就來了解一下關於示波器的觸發源,以及觸發的作用
  • 示波器探頭選擇 7要素(一)
    在為示波器應用選擇合適的測量工具時,往往事後才會想到探頭。許多工程師在選擇示波器時,首要考慮的通常是帶寬、採樣率和通道數量需求,然後才是如何讓信號進入示波器。本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201608/295969.htm  但實際上,探頭的選擇也是至關重要的一個環節。
  • 模擬示波器正確的校正方法
    我們在使用模擬示波器的時候都是需要進行校正的,這樣才能保證示波器的測量性能。那麼模擬示波器正確的校正方法是什麼呢?下面小編就來為大家具體介紹一下吧。示波器與其它儀器一樣(如萬用表等),在使用之前都必需要先對其進行校正。而所謂對示波器的校正,是將示波器的原來波形在測試之前正確調試出來。
  • 解析模擬示波器正確的使用方法
    所以提高分辨力,不但應仔細調整示波器聚焦使掃描線更細,還應該調輝度使掃描線的亮度適中。 輸入通道和輸入耦合選擇1.輸入通道選擇輸入通道至少有三種選擇方式:通道1(CH1)、通道2(CH2)、雙通道(DUAL)。選擇通道1時,示波器僅顯示通道1的信號。選擇通道2時,示波器僅顯示通道2的信號。選擇雙通道時,示波器同時顯示通道1信號和通道2信號。
  • 【實用指南】教你使用FFT和示波器
    本文討論了一些重要的FFT特性,解釋了如何利用這些特性設置FFT以實現高效的分析。等下次你要在示波器中使用FFT時希望能助你一臂之力。從昂貴的實驗室型號到最便宜的業餘型號,現在幾乎每一臺示波器都能提供FFT分析功能。FFT是一種功能強大的工具,高效使用FFT要求人們對FFT有一定的研究。本文將介紹如何設置FFT和高效使用FFT,FFT的技術原理這裡不再贅述。
  • 如何製作自己的示波器探頭
    打開APP 如何製作自己的示波器探頭 發表於 2019-08-08 09:17:44 當我在思考如何使用50Ω時,我可能想要製作自己的探頭輸入我的一些示波器模塊用於一般探測,而不是直接連接到50Ω源。
  • 如何理解示波器探頭的帶寬
    如何為示波器選擇合適的探頭呢?本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/276657.htm  示波器帶寬  對於經常跟示波器打交道的電子工程師來說,示波器的帶寬無疑是他們最關心的指標之一。帶寬直接影響信號的保真度和測量的準確度。我們通常所說的帶寬是指-3dB帶寬,如圖 1所示。
  • 你選擇了最合適的示波器麼?
    本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201702/338122.htm示波器除了作為參數和指標的測量手段之外,更是平時進行開發調試的重要工具,所以按筆者的理解,對於用於Debug的測試平臺,示波器的易用性有著與示波器性能同等甚至更加重要的地位。
  • 如何利用示波器有效輔助開關電源設計
    Q1:開關電源輸出電壓的紋波是一個重要的指標,如何正確使用示波器來測量這個指標?Q5:在AC/DC開關電源中能否用示波器進行功率因數測量?如何進行測量?Q7:在設計軟開關PWM變換器時(如PWM半橋開關變換器),怎樣用示波器觀察MOSFET Vt/It 軌跡? A7:首先你的示波器要有通道間的時延校正功能,這樣進行相關數??算時才能保證基本的準確性。你使用高壓差分電壓探頭及電流探頭測量。
  • 模擬示波器和數字存儲示波器的選擇和使用
    3 、選用3.1 類型選擇DSO 是採樣示波器,樣點之間有一定的時間間隔,測量是不連續的,顯示滯後實際情況,而模擬示波器對信號的測量是連續進行的,屏幕上的顯示是當時正在發生的情況,而且造價低。因此,模擬示波器比較適合測量調頻、調幅、視頻、噪聲等信號,比較適合電子產品檢測、調整和維修等應用,以及基礎實驗儀器教育使用。
  • 教你如何正確選擇脫黴劑?
    養殖場怎樣來選擇一款適合自己的,而且高性價比的脫黴劑呢?我們來教您:讓您不花冤枉錢,正確選擇脫黴劑。對黃麴黴和嘔吐毒素也是有一定吸附能力;應用優勢:需求量小, 沒有一切有害空氣汙染物;4、酶解毒劑應用優勢:專一性強;應用缺陷:局限很大、比較敏感、易降解、反映標準規定高(消化道自然環境繁雜);【怎樣正確選擇脫黴劑
  • 資深工程師教你如何用好用活示波器
    如何使測試的數據準確和可靠是非常重要。準確的數字能夠幫助我們,而失真的波形和數值只能誤導我們,讓我們背道而馳,讓我們失去方向,多做很多無用功。  細細想想,自己雖然在示波器方面不是研究的那麼精通,但是也看過不少關於示波器的文章,實踐中碰到不少問題,解決了不少問題,一路過來還是有點經驗可以和大家分享的,希望對大家能有所幫助。如果寫的不好,請大家見諒。
  • 你用好和用對示波器了嗎?
    stfednc二、在實際中該如何選擇和使用呢?在實際使用中,不同觸發模式的選擇要依據被觀測信號特性和要觀測的內容作出判斷,並沒有什麼固定的規則,而往往是一個交互的過程,即通過選擇不同的觸發模式了解信號的特性,又根據信號的特性和想要觀測的內容選擇有效的觸發模式。在這個過程中最重要的是要理解不同觸發模式的工作機制,了解被觀測信號的特點以及明確所要觀測的內容。
  • 示波器根據需要選擇不同的觸發功能
    示波器根據需要選擇不同的觸發功能_泰克代理商現今有很多示波器,具有先進的觸發能力。觸發能力的提高,可以大提高測試過程的靈活性,並簡化工作,尤其現今的示波器對數據總線的觸發能力大大提高,例CAN,I2C等。示波器的觸發能使信號在正確的位置點同步水平掃描,使信號特性清晰。觸發控制按鈕可以穩定重複的波形並捕獲單次波形。