了解这几个点 轻松玩转示波器!
示波器是电子工程领域中不可或缺的工具。通过掌握示波器的使用技巧和方法,工程师可以更好地应对各种挑战,提升自己的工作能力和专业水平。我们经常在设计研发过程中使用到示波器。本文将介绍示波器的一些基本概念,以及如何使用示波器实现基本的测量。
- 什么是示波器?
“示波器是一种电子测量装置,它可以显示电压随时间的函数图。 这使用户能够同时观察电压和时间的变化。许多示波器可以在其屏幕上显示多个电压信号,这使我们具有比较这些信号行为的能力。”
DigiKey示波器
上图,我们可以看到两个观察结果:
- 波形的峰对峰电压可以沿着纵轴测量。它是五个主要分区,垂直增益设置为200mv /分区(见黄色箭头),这 给出了1伏峰对峰的信号幅度。
- 横轴为时间,范围设置为200µs/分频(见白色箭头)。 正弦波的一个周期跨越五个主要部分,所以周期是1毫秒,这意味着频率是1千赫。 (这个特殊的示波器有一个计数器,在右上角显示信号的频率。)
- l示波器常用的功能:
- 测量电压、电压差和时间间隔。
- 测量重复信号的频率。
- 比较两个或多个随时间变化的信号,并查看它们之间的关系(例如,一个波形上的特定特征是在另一个波形上的特征之前还是之后出现)。
- 捕捉瞬变,故障等特别的行为。
- 测量波形的直流和交流部分。
- 测量波形的各种特性,如峰对峰电压、均方根电压、周期、上升时间、下降时间等。
- 检查信号上的噪声,以及修改电路或电缆如何改变信号噪音。
- 通过直观地比较电路的输入和输出波形来寻找电路中的失真——或者使用示波器将它们相减并查看数学差异。
符号的解释
2. 读取示波器基本信息
- 信号与波形
就示波器而言,“信号”一词是指可能随时间变化的电压。其中一个区别是信号是否具有周期性。周期性意味着信号在不同的间隔内重复地取相同的一组值。 正弦波是周期性波形的一个例子。 让我们来看看它的一些特征:
正弦波
正弦波
非正弦波形
非正弦波形
A - 方波
B - 脉冲波
C - 三角波
D - 斜波(也叫锯齿波)
E - 整流正弦波
F - 平方根波(振幅与波周期开始时间的平方根成正比)
- 屏幕格线
最原始的测量技术是使用屏幕上的格线和计算格数。
举例
下图显示了五个周期的正弦波
五个周期的正弦波
正弦波轨迹在垂直方向上覆盖六格,乘以每格 50 毫伏 (mV) 的垂直比例系数(见通道 1 描述符方框),即可算出正弦波振幅为 300 mV(峰峰值)。同样,正弦波的周期覆盖了两个水平的栅格,时基描述符方框中的每格为 100 纳秒 (ns),因而周期为 200 ns。
计算格数的方法似乎有些原始,但它是进行基本测量的非常快捷的方法。
更多内容,请参考:
3. 示波器探头
探头分为很多类型,包括:高阻抗无源、低电容、单端有源、差分有源、高电压和电流探头。其中,无源探头很常见。
实际测量信号,有可能会很大,超出了示波器的输入阈值。这时就需要一个带有衰减器的探头,比如常见的10X探头,可以使输入信号衰减10倍。
Digilent 的 460-004 示波器探头 1X/ 100X
还有一种1X/10X探头也很受欢迎,因为它们在探头体内包含一个开关,可以让您在1X位置,10X位置和输入线连接到地线的位置之间切换。 然而,1X/10X探头的一个缺点是:当您需要它处于10X位置时,您可能会意外地将它留在1X位置。 这可能导致定性和定量测量误差,因为衰减不是您所期望的,频率响应与10X位置的频率响应有很大不同。
示波器通常提供 50 Ω 或 1 MΩ 的输入端口。50 Ω 端口通常与匹配的同轴电缆配合使用,以连接到带 50 Ω 电流源的电路元件。
使用 1 MΩ 输入端接来连接电路时,源阻抗更高
使用 1 MΩ 输入端接来连接电路时,源阻抗更高。这种连接可以通过多种方式实现,包括直接使用电缆或 X1 探头,或者使用高阻抗探头。
DigiKey
示波器探头- 探头连接
将探头上的开关设为1X,将探头连接到示波器上的通道1。要做到这一点,将探头连接器中的槽与CH 1 BNC上的键对齐,推动连接,并向右扭转以将探头锁定到位。将探头尖端和参考导线连接到probe COMP连接器上。
探头连接
高阻抗探头的低频率补偿
高阻抗探头通过低频率补偿过程,与它们连接到的通道相匹配。对于这个过程,所有示波器都提供低频率方波,一般频率为 1 kHz,通常称为 CAL 输出。要利用这项功能,请首先将探头连接到所需的通道,然后将探头尖端连接到 CAL 输出端。触发示波器并在屏幕上查看选定通道轨迹。使用调节工具,在探头连接器盒中更改补偿调节,以获取方波轨迹上的方角,如中间的轨迹所示。
高阻抗探头的低频率补偿
每当探头连接到不同通道时,就应该进行补偿,特别是在任何关键测量之前。很多高阻抗探头还提供高频补偿调节。通常不需要执行这种调节。探头手册提供了此测试的详细信息。
更多示波器探头内容:
4. 如何使用示波实现基础的测量
示波器显示电压与时间的关系,并测试所显示的波形。不同的测量技术,如刻度,游标和自动测量模式的使用。
如何使用示波实现基础的测量
自动测量模式
此模式将在自动测量时生效。仪器在自动测量参数时将显示光标。这些游标显示了这些测量的物理意义。
要进行自动游标测量,请遵循以下步骤:
1. 按光标键,进入“游标测量菜单”。
2. 按“游标模式”单选按钮选择“自动”。
3. 按“MEASURE”键,进入“自动光标测量模式菜单”,选择要测量的参数。
自动测量模式
当你进行自动测量时,示波器会为你完成所有的计算。测量使用内存中所有记录的点,这比使用光栅线或光标测量更准确,因为这些测量仅限于使用显示器上的点,而不是示波器记录的所有数据点。
按“MEASURE”键,自动测试。
有三种自动测量类型:电压测量,时间测量和延迟测量。总共有32个测量参数。
如果要测量电压参数,请按照以下步骤进行:
1. 按“MEASURE”键,进入“自动测量”菜单。
2. 按下第一个单选键,进入“二次测量”菜单。
3. 选择测量类型。如果按下“电压”单选按钮,屏幕上会显示“电压测量”菜单。
4. 按“信号源”单选按钮,根据输入信号通道选择“CH1”、“CH2”。
5. 按“类型”单选按钮,选择要测量的参数类型。测量参数下方会显示相应的图标和数值。
测量Vpp参数
6. 按“返回”单选键,返回“自动测量”菜单首页。选中的参数和对应的数值将显示在首页的顶部位置。
您也可以用同样的方式在相应位置显示其他参数及其值。屏幕可以同时显示5个参数。
如果想使用所有测量功能测量时间参数,请按照以下步骤操作:
1. 按“MEASURE”键,进入“自动测量菜单”。
2. 按顶部单选按钮,进入“自动测量菜单”第二页。
3. 按“All Measure”单选按钮进入“All Measure菜单”。
4. 按“信号源”单选按钮,选择输入信号通道。
5. 按“时间”单选按钮选择“开”。现在所有的时间参数值会同时显示在屏幕上,如下图所示。
测量所有时间参数
最后
掌握示波器的使用对于工程师来说具有重要的意义。通过示波器,工程师可以更加深入地了解电路的工作原理,提高故障排查的效率,优化电路性能。同时,示波器的自动测量功能能够大大节省工程师的时间和精力,使其更加专注于解决实际问题。因此,作为一名工程师,学会使用示波器是必备的技能之一。
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小编的话
作为电子工程师必备的工具,在电子产品的设计、制造和维修过程中,示波器可以帮助我们精确测量元器件和电子设备的性能参数,提高产品的质量和稳定性,从而提高产品的可靠性和市场竞争力。通过这篇文章,相信我们对示波器有了更加完整的认识。您在使用示波器方面有哪些经验和问题?欢迎留言,分享交流!
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