摘 要：示波器是重要的測(cè)試儀器，數(shù)字存儲(chǔ)示波器具有強(qiáng)大的功能，使用方便，測(cè)量直觀。這里以DS-5062M系列數(shù)字存儲(chǔ)示波器為例，闡述現(xiàn)代數(shù)字示波器測(cè)量原理、技術(shù)特性、正確的使用方法和如何獲取測(cè)量參數(shù)。

關(guān)鍵詞：示波器 模式 參數(shù) 觸發(fā) 帶寬 取樣

中圖分類號(hào):G642.423文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào): 1673-1875(2009)02-113-01

隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，作為基礎(chǔ)儀器的示波器已從模擬時(shí)代步入數(shù)字時(shí)代，并且被廣泛應(yīng)用在電子測(cè)量的各個(gè)領(lǐng)域。示波器是一種使用非常廣泛，但功能相對(duì)復(fù)雜的儀器。它是觀察電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題、顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。學(xué)生在初次接觸這種測(cè)量?jī)x器時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)操作失誤或損壞附件等現(xiàn)象，這樣會(huì)增加了儀器維護(hù)的難度。這里以DS-5062M系列數(shù)字存儲(chǔ)示波器為例，從使用的角度來(lái)介紹示波器的原理和使用方法，以供學(xué)生教師參考，減少操作失誤，提高實(shí)驗(yàn)效率，更好地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

模擬示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無(wú)法直接觀測(cè)的交變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上，以便測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器。它的基本組成框圖如圖所示，由示波管、電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源等組成。

數(shù)字示波器在模擬示波器基礎(chǔ)上采用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，如，采用液晶顯示系統(tǒng)和數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，在示波器內(nèi)裝有專用CPU和RAM，用專用DSP去快速運(yùn)行某些計(jì)算，把輸入的模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部計(jì)算機(jī)的處理，通過(guò)專用圖像處理芯片，再顯示在屏幕上。尤其適合觀測(cè)多路信號(hào)波形，還可以存儲(chǔ)瞬態(tài)信號(hào)，并有多種觸發(fā)方式，同時(shí)提高抗干擾能力，以便于加速調(diào)整和測(cè)量。數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲(chǔ)、顯示、測(cè)量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，從而影響測(cè)試任務(wù)。通常，在使用時(shí)，可以直接按AUTO按鈕，立即獲得合適的波形顯示和檔位設(shè)置，無(wú)需進(jìn)行熒光屏輝度和聚焦、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、掃描速率與采樣速率等調(diào)整。同時(shí)按下MENU控制區(qū)的MEASURE按鈕，可進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，這里有20種自動(dòng)測(cè)量功能，其中電壓參數(shù)測(cè)量10種、時(shí)間參數(shù)測(cè)量10種，通過(guò)菜單可獲得相應(yīng)的測(cè)量值，并以數(shù)字形式顯示在屏幕上。

示波器使用時(shí)，首先要進(jìn)行功能檢查，接通電源，接入信號(hào)，設(shè)置探頭衰減系數(shù)并進(jìn)行探頭補(bǔ)償。如果檢查所顯示波形的形狀出現(xiàn)補(bǔ)償過(guò)渡或補(bǔ)償不足，要用非金屬質(zhì)地的改錐調(diào)整探頭上的可變電容，直到屏幕顯示的波形為標(biāo)準(zhǔn)方波，即為補(bǔ)償正確。被測(cè)信號(hào)接入通道，按下AUTO按鈕，示波器將自動(dòng)設(shè)置垂直、水平和觸發(fā)控制。如需要，可手工調(diào)整這些控制按鈕，使波形顯示達(dá)到最佳。

觸發(fā)方式的使用，數(shù)字示波器裝有觸發(fā)器，決定了示波器何時(shí)開(kāi)始采集數(shù)據(jù)和顯示波形。一旦觸發(fā)被正確設(shè)定，可以將穩(wěn)定的顯示轉(zhuǎn)換成有意義的波形，并且能夠區(qū)別變化率、毛刺和低脈沖。如果用于高速信號(hào)的處理，則可由快速事件觸發(fā)。當(dāng)電路情況尚未清楚時(shí)，使用非?？焖俚挠|發(fā)并將數(shù)據(jù)全部存入顯示屏的長(zhǎng)余輝圖形，能觀察到可能引起錯(cuò)誤的事件類型，并設(shè)置觸發(fā)去捕獲這些事件。通過(guò)示波器操作面板的觸發(fā)控制區(qū)TRIGGER，設(shè)定需要的觸發(fā)方式，如：邊沿觸發(fā)、視頻觸發(fā)、脈寬觸發(fā)等。低頻抑制(LFR)觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過(guò)高通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號(hào)的低頻成分被抑制；高頻抑制(HFR)觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)信號(hào)通過(guò)低通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號(hào)的高頻成分被抑制。當(dāng)檢測(cè)到觸發(fā)后，示波器連續(xù)地采集足夠的數(shù)據(jù)以在觸發(fā)點(diǎn)的右方顯示出波形。如果知道正常信號(hào)應(yīng)有的波形，只要在信號(hào)出現(xiàn)異常定時(shí)特性時(shí)觸發(fā)。

帶寬是示波器最重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數(shù)字示波器對(duì)重復(fù)信號(hào)采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)，所能達(dá)到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬。數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬同時(shí)適合重復(fù)信號(hào)和單次信號(hào)的測(cè)量。示波器帶寬和取樣率對(duì)精確信號(hào)捕獲是重要的，對(duì)定時(shí)測(cè)量來(lái)說(shuō)，兩種特性中取樣率通常更為重要。對(duì)于DS-5062M系列數(shù)字存儲(chǔ)示波器，每通道帶寬為60MHz，其實(shí)時(shí)采樣率為1GSa/s，等效采樣率為50GSa/s。所以在測(cè)量單次信號(hào)時(shí)，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，否則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)意想不到的誤差。數(shù)字示波器在一個(gè)信號(hào)周期中最少應(yīng)捕捉八個(gè)樣本，才能進(jìn)行精確的定時(shí)測(cè)量。精密測(cè)量可能需要更高的比率。通過(guò)MENU控制區(qū)的ACQUIRE 按鈕調(diào)整采樣模式。一般，觀察單次信號(hào)時(shí)，選用實(shí)時(shí)采樣方式，觀察高頻周期信號(hào)時(shí)選用等效采樣方式，觀察低頻信號(hào)則采用滾動(dòng)模式，等等。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器擁有足夠的存儲(chǔ)器，在整個(gè)數(shù)據(jù)記錄上保持A/D轉(zhuǎn)換器的最高取樣率，便于處理復(fù)雜數(shù)據(jù)流的時(shí)鐘穩(wěn)定度和定時(shí)分析。如果存儲(chǔ)器不夠，則必需降低A/D轉(zhuǎn)換器的取樣率去捕捉整個(gè)信號(hào)，否則不能記錄整個(gè)信號(hào)。MENU控制區(qū)的STORAGE 按鈕為存儲(chǔ)系統(tǒng)的功能鍵，通過(guò)菜單控制按鈕設(shè)置存儲(chǔ)/調(diào)出波形或進(jìn)行設(shè)置。波形存儲(chǔ)不但可以保存兩個(gè)通道的波形，而且同時(shí)可以存儲(chǔ)當(dāng)前的狀態(tài)設(shè)置，DS-5062M系列數(shù)字存儲(chǔ)示波器可以永久保存10種設(shè)置，并可在任意時(shí)刻重新寫入設(shè)置。

當(dāng)示波器進(jìn)入快速觸發(fā)方式時(shí)，可以將數(shù)據(jù)顯示成余輝圖形，即可觀察到大量事件。示波器上的抖動(dòng)跟蹤曲線是電路故障排除的極好工具。使用時(shí)可迅速確認(rèn)被測(cè)信號(hào)的非正常部分的位置并深入尋找失效原因。

以上主要介紹數(shù)字示波器的原理、基本功能及操作，示波器還有一些更復(fù)雜的功能，如延遲掃描、觸發(fā)延遲、X-Y工作方式等。在具體的應(yīng)用中，要根據(jù)測(cè)試電路和參數(shù)的情況，設(shè)置合適的模式，讓示波器捕獲到需要的波形和參數(shù)，以達(dá)到快捷高效準(zhǔn)確地使用數(shù)字存儲(chǔ)示波器。每種模式各有自己的適用范圍，需在使用中去體會(huì)。