摘 要：示波器是用量最多、用途最廣的電子測量儀器，是觀察和測量電子波形不可缺少的工具。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字示波器逐步代替模擬示波器，應(yīng)用越來越廣泛。針對數(shù)字示波器與模擬示波器的掃描時間工作原理不同，探討了幾種檢定數(shù)字示波器水平掃描系數(shù)的方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)字示波器；水平掃描時間；計量檢定

1 前言

示波器作為一種通用測量儀器，在科研、教學(xué)、生產(chǎn)等方面得到廣泛應(yīng)用。它除了可以用于顯示波形外，還可以用來測量各種波形參數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，示波器從早期的模擬示波器發(fā)展至現(xiàn)階段功能強(qiáng)大、性能卓越的數(shù)字示波器。數(shù)字示波器除了具有模擬示波器的功能外，還有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，在檢定數(shù)字示波器時，掃描時間系數(shù)誤差是必須檢定的項目。由于數(shù)字示波器采用晶振作為其時間基準(zhǔn)，時間測量準(zhǔn)確度比起模擬示波器有了很大的提高，因此，檢定數(shù)字示波器時間掃描準(zhǔn)確度已不能照搬模擬示波器的檢定方法。

2 示波器水平掃描工作原理

2.1 模擬示波器掃描時間工作原理

模擬示波器掃描系統(tǒng)，也稱時基電路，用來產(chǎn)生一個隨時間做線性變化的掃描電壓，這種掃描電壓隨時間的變化關(guān)系如同鋸齒，故稱鋸齒波電壓，這個電壓經(jīng)過x軸放大器放大后加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上時，電子束產(chǎn)生水平掃描，這樣屏幕上的水平坐標(biāo)變成時間坐標(biāo)，y軸輸入的被測信號波形就可以在時間軸上展開。電子束在鋸齒波電壓的控制下，周而復(fù)始地從左到右沿x軸等速移動，這個過程被稱之為\"掃描\"。由于光點在x軸的位置與時間有關(guān)，所以光點掃描的軌跡也稱為\"時間基線\"，簡稱時基。掃描時基是指光跡在x方向偏轉(zhuǎn)一格所對應(yīng)的掃描時間，其單位是s/div、ms/div或μs/div。

2.2 數(shù)字示波器水平掃描工作原理

當(dāng)信號進(jìn)入數(shù)字示波器時，在信號到達(dá)顯示器的偏轉(zhuǎn)電路之前，示波器將按一定的時間間隔對信號進(jìn)行采樣。對輸入信號進(jìn)行采樣的速度稱為采樣速率，由采樣時鐘控制，一般為每秒20MS/s到200MS/s，然后變換成二進(jìn)制字，貯存在存儲器中。數(shù)字示波器采用內(nèi)置晶振作為時間基準(zhǔn)，微處理器自動計算出兩掃描點之間的時間差值，換算出相應(yīng)的掃描時間并顯示出來。數(shù)字示波器掃描時間的準(zhǔn)確度主要取決于所采用晶振的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，同時也與采樣速率以及觸發(fā)抖動有關(guān)，晶振的頻率準(zhǔn)確度一般為10-4～10-6量級。

3 模擬示波器和數(shù)字示波器水平掃描檢定區(qū)別

檢定模擬示波器水平掃描時間系數(shù)時，按照模擬示波器檢定規(guī)程來進(jìn)行，由于模擬示波器光點直徑的大小以及人眼分辨率等原因，當(dāng)掃描時間系數(shù)變化小于0.1%時，人眼就根本分辨不出差別，所以示波器校準(zhǔn)儀其時標(biāo)最小變化量為0.1%。示波器校準(zhǔn)儀輸出一個標(biāo)準(zhǔn)時標(biāo)信號，使得該時標(biāo)波形第2個波峰和第10個波峰分別與對應(yīng)10%和90%的被測示波器熒光屏水平刻度線相重合，此時讀取示波器校準(zhǔn)儀上所顯示的時標(biāo)波形誤差，即為被測模擬示波器掃描時間系數(shù)該檔級示值誤差。

由于目前尚沒有數(shù)字示波器的檢定規(guī)程，一般都參照模擬示波器檢定規(guī)程來校準(zhǔn)數(shù)字示波器。由于數(shù)字示波器對被觀測信號進(jìn)行了幅度和時間數(shù)字化，并輔以自動參數(shù)測量功能，往往在測量時進(jìn)行內(nèi)插數(shù)據(jù)處理，從而進(jìn)一步提高幅度、時間數(shù)字化分辨力，這樣示波器幅度和時間技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確度遠(yuǎn)優(yōu)于等帶寬的模擬示波器。如果直接送一個時標(biāo)信號給數(shù)字示波器，然后用檢定模擬示波器掃描時間系數(shù)誤差的檢定方法來檢定數(shù)字示波器的掃描時間準(zhǔn)確度，這是無法測量出數(shù)字示波器的掃描時間準(zhǔn)確度的，因為用人眼直接觀察示波器所能覺察到的最小變化為0.1%，而數(shù)字示波器的掃描時間準(zhǔn)確度至少為0.02%，0.02%的誤差用人眼根本無法分辯。因此示波器校準(zhǔn)儀顯然已不適合，并且手動測量誤差大，需要尋找新的檢定方法來檢定數(shù)字示波器的水平掃描時間系數(shù)。

4 數(shù)字示波器水平掃描檢定方法

4.1 采用時基放大的方法

①當(dāng)數(shù)字示波器無時間延遲（delay）功能時

沒有時間延遲功能的數(shù)字示波器，如果按照模擬示波器的檢定方法來檢定數(shù)字示波器，則每一檔的掃描時間誤差都是0。但如果采用時基放大的方法，就可以檢定出誤差了。如檢定1ms/div檔，輸入時間間隔為1ms的時標(biāo)，檢定時采用1μs/div的掃描檔來看，此時時間掃描準(zhǔn)確度2×10-4被放大了1000倍，變?yōu)?0%，此時通過人眼完全可以觀看出誤差了。

檢定方法：首先在1μs掃描檔將第一個時標(biāo)脈沖與示波器的水平刻度中線對準(zhǔn)，然后調(diào)節(jié)位移使時標(biāo)向前移動，直至第二個脈沖出現(xiàn)在屏幕上，此時示波器所測出的時間間隔與輸入時標(biāo)信號之間的偏差再除以1ms所得值的百分?jǐn)?shù)即為掃描時間系數(shù)誤差。

②當(dāng)數(shù)字示波器具有時間延遲（delay）功能時

當(dāng)數(shù)字示波器具有時間延遲（delay）功能時，設(shè)置時標(biāo)周期為10ms，將掃描時間系數(shù)設(shè)置為10ms/div。按下數(shù)字示波器的DELAY按鈕來啟動延時功能，逆時針旋轉(zhuǎn)水平POSITION按鈕來設(shè)置延遲為10毫秒整，然后再將掃描時間系數(shù)設(shè)置為1μs/div，此時己經(jīng)將時基相應(yīng)的放大了10000倍，這樣就能測出誤差了。

注意此時設(shè)定的時基應(yīng)該滿足可以明顯看出誤差的要求，至少應(yīng)該滿足

時基=觸發(fā)延時×0.01%。

4.2 直接測量數(shù)字示波器時基頻率

如果數(shù)字示波器有時基信號輸出口，可以用頻率計直接測量該時基頻率，計算出其誤差。

4.3 測量數(shù)字示波器的掃描速度

用檢定合格的時標(biāo)產(chǎn)生器，采用直接檢定法，按照數(shù)字示波器的標(biāo)稱水平掃描速度s/div，用一個和標(biāo)稱掃速相同的時標(biāo)輸入到示波器的垂直通道，使示波器屏幕上每一個水平格上正好出現(xiàn)一個時標(biāo)，檢定示波器的水平掃描速度，是否與標(biāo)準(zhǔn)的時標(biāo)信號相符合。讀出的數(shù)據(jù)算出相對誤差值，計算出掃描時間系數(shù)誤差。

5 結(jié)束語

本文給出了幾種數(shù)字示波器水平掃描時間的檢定方法，根據(jù)設(shè)備的不同，選用不同的測量方法，更好地實現(xiàn)數(shù)字示波器的水平掃描時間系數(shù)的檢定。

參考文獻(xiàn)

[1]JJG262-1996模擬示波器檢定規(guī)程[M] 中國計量出版社 1996.

[2]陸福敏，詹志強(qiáng)，數(shù)字示波器掃描時間的探討，電子測量與儀器學(xué)報，2004.

[3]容希，數(shù)字示波器參數(shù)校準(zhǔn)方法探討，管理與技術(shù)，2007.