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数字示波器与模拟示波器之间的差别

eefocus ·2020-08-28 00:00·电子工程世界
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示波器是观察波形的窗口,它让设计人员或维修人员详细看见电子波形,达到眼见为实的效果。因为人眼是最灵敏的视觉器官,可以明察秋毫之末,极为迅速地反映物体至大脑,作出比较和判断。因此,示波器亦誉为波形多用表。


早期示波器只显示电压随时间的变化,作定性的观察。随后,改进的示波器具备定量的功能,测量幅度和时间,以及它们的变化情况。同时,为了记录和比较偶发事件,要借助照相机和示波管的长余辉效应。


模拟示波器的频率特性由垂直放大器和阴极示波管来决定。八十年代示波器引入数字处理和微处理器,出现数字示波器,现在把模拟示波器称为模拟实时示波器(ART),数字示波器称为数字存储示波器(DSO)。


ART需要与带宽相适应的放大器和阴极射线示波管,随着频率的提高,对阴极射线示波管的工艺要求严格,成本增加,存并瓶颈。DSO只要与带宽相适应的高速A/D转换器,其它存储器和D/A转换器以及显示器都是较低速成的部件,显示器可用LCD平面阵列和彩色屏幕。


DSO采用微处理器作控制和数据处理,使DSO具有超前触发、组合触发、毛刺捕捉、波形处理、硬拷贝输出、软盘记录、长时间波形存储等ART所不具备的功能,目前DSO的带宽也超过1GHz,在许多方面都超过ART的性能。


DSO也有不足之处,带宽取决于取样率,比较通用的取样率等于带宽的4倍。复现的波形靠内插算法补齐,波形会有失真;A/D转换速度快,但D/A转换速度慢,故波形更新率低,偶发信号会被遗漏;垂直分辨率一般用8位,显然较低;面板旋钮多,菜单复杂,使用不方便;没有亮度调制,观察不到三维图形;波形存储容量不够,无法对波形进行处理等等。


目前DSO的不足之处已基本被克服,但是并非全部良好性能都体现在同一部示波器内,亦即每部DSO都会有一定特点,也有某些不足,在选择型号时应该留意对比。有些型号的DSO具有与ART一样的波形更新率,有些型号的DSO却没有,有一种DSO具有ART的荧光屏三维图形显示能力,而大部分DSO不具备这种性能。大部分DSO实时带宽与单次带宽相同,但也有只保证实时带宽的DSO。


前述DSO都包含A/D转换器和微处理器。这样一来,在PC机增加插卡亦可构成DSO,但一般取样率较低,功能较少,价格也便宜。还有采用VXI总线的DSO模块,以及机架式的DSO插件。


DSO的存储器是示波器部件中仅次于A/D转换器的元件,它保存被测信号的样品,供后续的D/A转换器把波形复原,现在存储容量可达到1M以上。


普通DSO有8位垂直分辨率,即每次扫描有256个样品,需要256点的存储,相当256字节。如果提高分辨率,将水平轴扩大10倍,则相当20K 字节;垂直轴亦扩大10倍,相当40K字节。由此可见,DSO最少应有2K字节,中等的DSO应有40K 字节以上。如果要记录10倍上述的波形,则起码要400K 字节以上。因此,存储容量大小很重要。


反过来,存储容量也影响到扫描速度,例如每扫迹只有50K点的存储器,记录100μs数据,则取样间距是2ns,此时取样率相当500MS/s,以取样率等于4倍带宽计算,实时带宽等于125MHz。显然,如果需要提高取样率至1000MS/s,则记录100μs的数据,需要100K点的存储器。


为了存储一幅完整的图形,设图素是1024×512=0.5M位,四幅图形,要有2M位存储量。在FFT分析中也需要额外的存储量,将新的波形的分量与参考的波形或存储的波形作对比.为便于波形存储,有些DSO还提供软盘或硬盘作数据记录之用。


1、在简单重复性信号上的区别

对于显示具有足够高重复速率的重复性信号的快速沿来说,DOS和模拟示波器的性能几乎没有什么区别。用两种示波器都能很好的观察信号波形。电焊机


当要进行信号参量的测量时,DSO的优点在于具有自动测量的能力。而使用模拟示波器时,用户必须自己设置光标、分析理解显示的波形才能得到测量的结果。


假如要进行调整工作,那么一般最好使用模拟示波器。这是因为模拟示波器的实时显示能力使它在每时刻都能显示出输入的电压。其波形更新速率(每秒钟在屏幕上描画扫迹的次数)很高,在高扫描速度时可以远超过100000次扫描/秒。所以信号的任何变化都会立即显示出来。而且有些领事的变化会在显示屏幕上以波形亮度变化的形式表现出来。


与模拟示波器相反,DSO所显示的是用采集的波形数据重建的波形。每秒钟采集波形的闪数远低于100次。在有些示波器上,每秒钟采集波形的次娄法超过去5次。结果在信号发生变化和变化了的信号在屏幕上显示出来之间就有了明显的时间延迟。当对系统进行调整工作时,这是使用DSO的重大缺点。


2、在比较复杂的重复性信号上的区别

上述的简单重复性信号可以在很多电子学领域中见到,但是这些信号经常用来作为信息的载体。为此目的可以有多种形式,例如正弦波、泳冲、斜波或阶梯波等,而且多种调制信号和多种调制方式经常可能同时使用。


一个常见的复杂模拟信号的实例就是全电视信号。此信号由多种不同频率,不同幅度的分量构成,既包括脉冲,也包括正弦波,于加上为表示彩色信息而进行了相移的另外的正弦波。对于这样的情况,模拟示波厌的DSO都有其自己非凡的优点,各自都能对信号的不同部分进行最佳节观察。


使用DSO时,由于其采样点数有限以及没有亮度的变化,使得很多波形细节信息无法显示出来,虽然有些DSO可能具有两上或多个亮度层次,但这只是相对意义上的区别,再加上示波器有限的显示分辨率,使它仍然不能重现模拟显示的效果。


使用模拟示波器和DSO通常都能很好地观察简单重复性信号。但是两者都有其优点和局限性。对于模拟示波器来说,由于CRT的余辉时间很短,因而难于显示频率很低的信号。由于示波管上的扫迹亮度和扫描速度成反比,所以具有快速上升、下降时间的低重复速率信号就很难看到。而DSO的扫迹亮度和扫描速度与信号重复速率无关。随着被测信号情况的不同,这个特点可能是优点也可能是缺点。

关键字: 数字示波器 模拟示波器 电子测量仪器 波形 编辑:什么鱼 引用地址: http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic508056.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。
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