摩尔芯闻 > 行业新闻 > 半导体 > 中国示波器寻源录-仪器行业前浪访谈

中国示波器寻源录-仪器行业前浪访谈

普源精电 ·2020-05-19 00:00·电子工程世界
阅读:771

作为一个在测试/测量行业辛勤耕耘四十余载的老兵,我们从进入这个行业开始之际,就被教育和牢记我们所从事的这个光荣行业的使命感和责任感,有两位著名科学家的话,一直是我辈的座右铭:

俄罗斯科学家门捷列夫说:“没有测量,就沒有科学”;

中国的王大珩院士更精确地说:“仪器仪表是科学研究的“先行者”,工业生产的“倍增器”,军事上的“战斗力”,国民活动中的“物化法官”。

可见我们这个行业在国民经济和国防科学中的崇高地位和不可缺失的重要性。而示波器作为测试测量仪器中占比最重要和最通用的产品和技术,是每一位电子工程师在研发,制造,维护和服务等广泛场合中经常会应用的工具和系统,几乎可以作为测试/测量中最有代表性的产品被大家熟知。下面我将根据我的阅历和体验,向朋友们分享和介绍示波器在中国的演变经历。

电子管示波器时代

新中国成立之初

当时,中国处在一穷二白,百废待兴的阶段,由当时苏联援建中国“一五”期间的 156 个项目,帮助我们建立了一个比较完整的工业体系。但是在这些重大项目中,只有少数与电子基础产业有关,我查阅过往的一些资料中,仅发现如下这 11 个项目相关电子基础产业:

北京大华无线电仪器厂(768 厂)

北京有线电厂(738 厂)

北京电子管厂(774 厂)

成都红光电子管厂(773 厂)

成都新兴仪器厂(715 厂)

太原无线电厂(785 厂)

陕西长岭电子厂(782 厂)

成都锦江雷达所(785 厂)

四川无线电厂(今长虹集团前身)

成都宏明无线电器材厂

哈尔滨电表仪器厂

当时苏联的仪器水平不高,但是电子管产业世界一流,援建中国的这些电子管厂,显示管(示波管)厂,至少对后来的中国示波器产业起了重要的配套作用,  中国示波器行业也是在 50年代后期开始逐步建立起来的。

从全球范围看, 1946年二战胜利后, 在美国俄勒冈州波特兰市附近的Beaverton,由两位年轻发明家Howard Vollum 与 Jack Murdock,在其居家的地下室,成功研制出全世界第一台商用示波器511,并由此建立了一个伟大的科技电子公司Tektronix。

图1:Howard Vollum 、 Jack Murdock和第一台商用示波器

Tek511示波器带宽10MHz,由阴极射线示波管及电子管为主要显示和驱动,具有触发扫描电路,帮助使用者能获取高速电子脉冲的显示,建立了近代示波器的基础。1947年511开始量产并推向市场,当时Tek511售价$795美元,市场反应热烈,极为抢手,物以稀为贵!

Tektronix并沒停止脚步,从1950年开始,每年投产一系列新产品,随着 Tek512,513,514,515等一系列电子管示波器推出,Tektronix站稳了脚跟,从1950年营运收入1.2M美元,扩展到1959年营收31M美元。

进入 60年代后,继续推出了Tek503、545A、533A、547、564等带有插件模块的升级产品,直至 70年代初,作为全球霸主地位的Tektronix引领了电子管示波器产品在全球,特别是欧美地区的应用,开创了电子管示波器的全盛时代。

图2:Tek503、545A、533A、547

1939年,在美国加州硅谷,两位年轻的工程师Bill Hewlett和Dave Packard合伙创业,用其老师帮助借到的 538美元,在一个旧的汽车库,建立了以双方名字并以抽签方式决定排名前后的 Hewlett-Packard公司,简称HP公司。他们共同研制成功了第一台可用于测试音响设备的声频振荡器,开始了传奇式的发展。

图3:当年创业的车库,后被加州政府命名为“硅谷诞生地”(左)两位伟大的创始人Bill 和 Dave(右)

由于二战期间美国政府的需要,HP公司在微波测试及信号发生器等方面开发了很多领先的产品,同时也在更宽的仪器领域快速发展。HP涉足示波器产品始于1956 年,首先推出的电子管示波器为HP130A/300KHz、HP150A/10MHz;60 年代初,HP 相继推出了 HP185A/500MHz和HP185B/1000MHz取样示波器,开创了一个新的门类,如下图所示。

图4:HP185A和HP185B,HP150A生产的现场以及创始人Dave Packard 1956 年在芝加哥展示会上介绍 HP150A 产品的情景

50年代末至80年代初

中国对电子管示波器的研制,生产和使用,自五十年代末开始,直至八十年代初,整整沿续了 20 多年。毫不讳言地说,在很多年以来,我们的示波器技术和发展与囯外先进水平,始终存在约20年的差距。在中国电子管示波器市场中,SBT-5示波器可谓是一款经典的明星产品,带宽10MHz、重量 48Kg,基本是仿照当年Tektronix同类产品而推出的,60年代初期,中国的 SBT-5出口到很多第三世界国家,成为一个主流产品。

图5:SBT-5示波器

由此开始,中国市场推出的一系列电子管示波器包含有SBE-7、SBE-20、SB-10、SB-14,1045型脉冲示波器,GM5655示波器等。最有趣的是在文革期间生产的 SBE-20示波器面板还印上了“敬祝毛主席万寿无疆”,这是一个时代的烙印, 是绝无仅有的。

图6:中国市场推出的电子管示波器

在 70 年代期间,全国约有130多家生产示波器的仪器厂,如同今日一哄而上的产业一样,重复、分散、力量薄弱,大家在58年大跃进打了鸡血后,敢想敢干,有条件的上,没条件的也上,全国很多地方都有示波器厂,所以政府主管部门电子部一直在忙于整顿、归口,核心部件示波管按计划调配,不在国家计划内的就无法生产示波器,所以期间听闻发生了一些奇特的故事,某小型仪器厂,居然用一头生猪换一个示波管。当时中国总会出现“上有政策,下有对策”,那个年代的人大家都懂的。更让现在人看不懂的是,一个示波器的型号名称,各个 厂家都在同样命名,大家沒有专利、版权概念,互相抄袭是常见现象!

就电子管示波器而言,虽然我们与囯外相比,迟缓了十多年才拥有这类产品,但在技术及性能指标等方面与国外初期先进水平差距不大,这是因为这类示波器在国外创新突破后,后来者很容易仿制跟进;同时我们当时在苏联老大哥帮助下建立的基础产业配套能力还能适应,这类产品的核心零部件,如示波管(CRT),主要元器件,如各种类型的电子管、电解电容器、波段开关、电阻、电容器、瓷壁架等配套可以满足,机架和面板主要是金属钢板冲压件,电源变压器也是以冲压件加漆包线绕制、浸润工艺,当初旋钮大量使用胶木材料,当时的模具水平也能跟上。

综上所述,电子管示波器在我国应用时间特别长,国外公司比我们提前10多年进入了晶体管及集成电路示波器的制造和应用,所以就事论事,我国的电子管示波器同比水平不落后,是我国50年代未至70年末最主要的应用产品。

在这个期间,以 SBT-5示波器为例,广泛应用在研究所的研制开发,高校电子实验室和电工实验室、工厂制造及计量等测试领域等,为国民经济发展和人才培育作出了重要的贡献!当时中国的示波器产品标准、测试、计量和试验标准,几乎是把苏联标准全盘接受而转化为中国标准,虽然苏联和我们当时的仪器有“笨大粗” 比喻,但是仪器主要应用在军工领域,苏联对产品的可靠性设计,可靠性试验要求特别严格,我们早期的工程师都对可靠性指标 MTBF (Mean Time Between Failure)平均故障间隙时间影响深刻,这个严格的培训和考核应用直至八十年代期间的研发工程师也人所皆知,运用自如,这是那一代工程师至今值得骄傲的!

趣事分享

关于高校实验室的另一趣事是,类似SBT-5示波器,体积大,重量将近100斤(48Kg),所以每次必须要配备坚固的仪器车方能使用,这就免不了要搬上搬下,不要说是女教师,就是一个身強力壮的男教师,一个人也搬不动,所以每次实验使用,总会有两个大男生负责搬运,好在那时大家能吃苦,完全不在乎。但是在八十年代初期,作为一个研发工程师,看到国外 Tektronix、HP、日本等国家的台式、便携式晶体管示波器大量涌现时,我们不甘落后,加快了示波器产品的更新换代, 开始进入了一个晶体管,集成电路混合式示波器的时代。

晶体管及集成电路示波器时代

进入 60年代后,由于晶体管兴起及广泛应用,促进并带来“固态革命”效应,以美国 HP和 Tektronix为代表的仪器公司,对示波器提出了新的要求,示波器产品的带宽不断提升,60年代未模拟示波器己达到100MHz以上,至70年代末涌现了很多新的便携式示波器,带宽达到了 350MHz—500MHz。

一些高端客户对示波器产品提出了更多更高的要求:高带宽,高精度,高可靠性,显示要聚焦更精细,亮度更明亮,数码显示和数据存储也被强烈要求,与计算机接口形成自动化测量的概念也出现了(HP在 60年代中期发布了 HP-IB总线,Tektronix等仪器公司先后响应,70年代中期 HP-IB上升为 IEEE488标准,简称为 GPIB)。

另一方面,印刷电路板(PCB)的应用也开始逐渐普遍,从早期的单层单面,到单层双面,直至多层印刷电路板的应用,代表了当时的科技水平。基尔比(Jack Kilby )于1959年把晶体管、电阻、电容等元器件用热焊方式让它们集成在微电子平板上,用细线互连的集成电路在60年代中期进入商业实用阶段。按照摩尔定律,示波器用的集成电路的集成度越来越高,体积、功耗越来越小,从而对示波器更新换代起到了巨大的推进作用。HP、Tektronix当时都拥有自己的印刷电路板装联工厂,自我配套的仪器专用集成电路工厂,这也是这些伟大公司能执示波器牛耳的一个重要因素!

图7:60年代 Tektronix推出的几个经典产品Tek503、Tek547及 Tek564

进入 70年代后期,模拟示波器达到了顶盛时期,HP公司前后推出了一系列各具特色的示波器。1972年推出的 HP1200A系列示波器,虽然带宽只有500KHz,但是这款产品力求操作简便、使用可靠;另一款1700系列,带宽从35MHz-75MHz,配有电池,达到了交直流两用;1982年,HP1980A系列,更新换代的100MHz通用示波器,也得到用户的认可;HP1727A系列存贮示波器,带宽达到了275MHz,表现出了很高的水准;最为精彩的是,1982年,HP1745A/1746A成了HP发布的最后一款模拟示波器,并且在全行业内,率先跨入数字示波器时代。

图8:HP1200A(左)、HP1745A(中)、HP1707B(右)

图9:HP最经典的1740系列产品是当时模拟示波器的主流产品(左)、HP在1969年推出的 HP1980A,带宽500KHz, 是一台改进型的全晶体管的示波器(中)、最后一代 HP的模拟示波器1741A(右)

Tektronix 也在 70年代推出了 Tek7000系列插件式多功能示波器,用一个主机配置多种不同的插件模块,可以有选择地形成一个独立的測试系统,开创了实验室研发,校准及计量领域的综合应用,直至 80年代,中囯科学院计算所,中国计量科学院等单位还在应用这些产品和选件,最具代表性的几个系列 :Tek7904/500MHz、Tek7854/400MHz、Tek7704/200MHz、Tek7603/100MHz。

由于当时“巴黎统筹委员会”的限制,中国科学家及工程师能用上这款产品极为珍贵, 所以有专人保管,研究所内研究人员的借用手续严格的超乎想象!

图10:TEK7000 系列中4插件和3插件的典型产品

另一款Tektronix获专利最多,最受全球科技人员和工程师欢迎的Tek485/350MHz、Tek475/200MHz、Tek465/100MHz便携式产品,一直到模拟示波器在80年代初被数字示波器取代后,仍然被很多客户延用到了90年代初,成了模拟示波器的绝版。

图11:Tek485/350MHz、Tek475/200MHz、Tek465/100MHz

中国仪器行业从事示波器研发和制造的公司,在这个转型期也前后推出了一系列晶体管及集成电路的示波器产品。台式及插件式较著名的有ST-16/7MHz、SBM14/双踪 100MHz、SR8/双踪15MHz等,如前所述,不同工厂(那时国内还不流行称公司)都可以用这个名称和这个规格在生产、销售这些产品。最关键的示波器核心部件示波管(CRT)国内主要供应商为南京华东电子管厂(741厂),以及后来的成都红光电子管厂(773厂)。示波管也由圆形管发展了矩型管,与国外相比,示波管最大的缺陷是当初没有内刻度,需要制造厂自己加滤色片时,同时要有亚克力刻线屏,可以想象,用户使用时必须正对着屏幕读取数值,即使这样,读数误差也在所难免!

图12:ST-16/7MHz、SBM14/双踪 100MHz、SR8/双踪15MHz

中国市场对 CRT模拟示波器的研发,制造和应用,一直延续到90年代初。当时示波器制造工厂的运行状态,无论装配和调试,按照工序流程,以纵向或横向流水作业为主要形式,产线调试人员必须要有一定的基础和经验,模拟示波器调试通过率在很大程度上会因人而异,人的因素比流程更重要。

图13:产线调试人员在调试示波器

中国改革开放的80年代初期,大量中低档示波器涌入中国,很多中国示波器厂用技贸合作,SKD 散件引入,以美国,日本为主体的示波器几乎占据了中国市场。当时的机电部仪器处和中国电子学会测试/测量学会组织了专家学者,对这些进口示波器开展了“引进、消化、吸收、创新”分析研究活动,选取当时的几个代表性示波器产品让大家有个基本了解:

Tek2200 系列

日本岩崎 SS5700 系列

日本菊水 COS6000/5000 系列

日本松下 VP-5512A/VP-5520 系列

日本日立 V-1050F/V-222 系列

日本利达 LBO-524/522系列

日本天乐 CS-1040/1020 系列

荷兰飞利浦 PM3300系列等

如同过去军阀割据时代,国内示波器厂各找对象,代工制造、销售,大家还争得你死我活,确实不可思议!在所有这些产品中,Tektronix的 2235示波器水平最高,这款便携式100MHz示波器釆用大板结构,与常规同类产品相比,节约70%内部结构件,整机散热不用风扇,大胆科学地用机架,盖板等传导方式散热,可靠性大幅提高。

图14:不同公司的示波器是我们当年进行国产化技术分析和消化吸收的样品,从而开始了国产示波器升级换代和快速发展

中国示波器企业在当时面临进口示波器严重冲击,同时关键元器配套缺乏, 确实困难重重:基础产业落后,元器件配套能力差,技术壁垒……但是搞示波器产业的人,大都有一种难分难舍,不忘初心,全心投入的情节,相关仪器厂和研究所共同努力,期间也推出了很多更新换代的新产品,模拟示波器最高带宽也做到了300MHz。当时机电部和海关总署加重对 300MHz以下的示波器的进口关税,以鼓励国内示波器的发展。

示波器行业虽然圈子不大,专业特殊,却影响很大,我们肩负着高科技领域对我们的期盼。“沒有测量,就没有科学”,在那个年代过来的人都明白,我们在做的事情,是我们不能放弃的事业!作为经历过这一段历史的老兵,  我们难以忘记那些艰难奋斗,屡战屡败,屡败屡战,最终获胜的时光!

最后我分享如下与我相关的

当年典型的几款国产模拟示波器产品

以纪念我们曾经奋斗过的年代

并让后浪们对示波器起源和发展有更多的了解

关键字: 示波器 普源精电 RIGOL 编辑:muyan 引用地址: http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic497530.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
分享到:
微信 新浪微博 QQ空间 LinkedIn

上一篇:四维图新桩家助力广汽丰田打造智能充电服务新体验

下一篇:恩智浦将蓝牙功能集成添加到KW3x系列MCU中

打开摩尔直播,更多新闻内容
半导体大咖直播分享高清观看
立即下载