wavesufer示波器

由于示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度甚低，例如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.86mm/V(約12V電壓產(chǎn)生1cm的偏轉(zhuǎn)量)，所以一般的被測(cè)信號(hào)電壓都要先經(jīng)過(guò)垂直放大電路的放大，再加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，以得到垂直方向的適當(dāng)大小的圖形。

美國(guó)力科公司(LeCroy)是專業(yè)專注于數(shù)字示波器。力科公司46年來(lái)保持著驚人的創(chuàng)新能力，持續(xù)為工程師們創(chuàng)造"最能解決問(wèn)題"的示波器。當(dāng)今數(shù)字示波器中的一些耳熟能詳?shù)?術(shù)語(yǔ)"都是力科最先發(fā)明或引入到示波器的LeCroy示波器最先具有"模擬余輝"功能，最先具有FFT功能，最先具有"測(cè)量統(tǒng)計(jì)"功能，最先具有參數(shù)"直方圖"功能，最先具有"抖動(dòng)追蹤"功能，最先具有"順序采樣"模式，最先具有連續(xù)比特位的"眼圖測(cè)量"方法，最先具有高級(jí)信號(hào)完整性分析工具"EyeDoctor"，等等。以下由力科廣州代理廣州富民講解原作用及構(gòu)成。

顯示電路包括示波管及其控制電路兩個(gè)部分。示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個(gè)重要組成部分。示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏3個(gè)部分組成。

電子槍用于產(chǎn)生并形成高速、聚束的電子流，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。它主要由燈絲F、陰極K、控制極G、第一陽(yáng)極A1、第二陽(yáng)極A2組成。除燈絲外，其余電極的結(jié)構(gòu)都為金屬圓筒，且它們的軸心都保持在同一軸線上。陰極被加熱后，可沿軸向發(fā)射電子;控制極相對(duì)陰極來(lái)說(shuō)是負(fù)電位，改變電位可以改變通過(guò)控制極小孔的電子數(shù)目，也就是控制熒光屏上光點(diǎn)的亮度。為了提高屏上光點(diǎn)亮度，又不降低對(duì)電子束偏轉(zhuǎn)的靈敏度，現(xiàn)代示波管中，在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏之間還加上一個(gè)后加速電極A3。 第一陽(yáng)極對(duì)陰極而言加有約幾百伏的正電壓。在第二陽(yáng)極上加有一個(gè)比第一陽(yáng)極更高的正電壓。穿過(guò)控制極小孔的電子束，在第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極高電位的作用下，得到加速，向熒光屏方向作高速運(yùn)動(dòng)。由于電荷的同性相斥，電子束會(huì)逐漸散開(kāi)。通過(guò)第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極之間電場(chǎng)的聚焦作用，使電子重新聚集起來(lái)并交匯于一點(diǎn)。適當(dāng)控制第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極之間電位差的大小，便能使焦點(diǎn)剛好落在熒光屏上，顯現(xiàn)一個(gè)光亮細(xì)小的圓點(diǎn)。改變第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極之間的電位差，可起調(diào)節(jié)光點(diǎn)聚焦的作用，這就是示波器的"聚焦"和"輔助聚焦"調(diào)節(jié)的原理。第三陽(yáng)極是示波管錐體內(nèi)部涂上一層石墨形成的，通常加有很高的電壓，它有三個(gè)作用:①使穿過(guò)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)以后的電子進(jìn)一步加速，使電子有足夠的能量去轟擊熒光屏，以獲得足夠的亮度;②石墨層涂在整個(gè)錐體上，能起到屏蔽作用;③電子束轟擊熒光屏?xí)a(chǎn)生二次電子，處于高電位的A3可吸收這些電子。

示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)大都是靜電偏轉(zhuǎn)式，它由兩對(duì)相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板。分別控制電子束在水平方向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電子在偏轉(zhuǎn)板之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果偏轉(zhuǎn)板上沒(méi)有加電壓，偏轉(zhuǎn)板之間無(wú)電場(chǎng)，離開(kāi)第二陽(yáng)極后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子將沿軸向運(yùn)動(dòng)，射向屏幕的中心。如果偏轉(zhuǎn)板上有電壓，偏轉(zhuǎn)板之間則有電場(chǎng)，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子會(huì)在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用下射向熒光屏的指定位置。 如果兩塊偏轉(zhuǎn)板互相平行，并且它們的電位差等于零，那么通過(guò)偏轉(zhuǎn)板空間的，具有速度υ的電子束就會(huì)沿著原方向(設(shè)為軸線方向)運(yùn)動(dòng)，并打在熒光屏的坐標(biāo)原點(diǎn)上。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板之間存在著恒定的電位差，則偏轉(zhuǎn)板間就形成一個(gè)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)與電子的運(yùn)動(dòng)方向相垂直，于是電子就朝著電位比較高的偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)。這樣，在兩偏轉(zhuǎn)板之間的空間，電子就沿著拋物線在這一點(diǎn)上做切線運(yùn)動(dòng)。最后，電子降落在熒光屏上的A點(diǎn)，這個(gè)A點(diǎn)距離熒光屏原點(diǎn)(0)有一段距離，這段距離稱為偏轉(zhuǎn)量，用y表示。偏轉(zhuǎn)量y與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓Vy成正比。同理，在水平偏轉(zhuǎn)板上加有直流電壓時(shí)，也發(fā)生類似情況，只是光點(diǎn)在水平方向上偏轉(zhuǎn)。

熒光屏位于示波管的終端，它的作用是將偏轉(zhuǎn)后的電子束顯示出來(lái)，以便觀察。在示波器的熒光屏內(nèi)壁涂有一層發(fā)光物質(zhì)，因而，熒光屏上受到高速電子沖擊的地點(diǎn)就顯現(xiàn)出熒光。此時(shí)光點(diǎn)的亮度決定于電子束的數(shù)目、密度及其速度。改變控制極的電壓時(shí)，電子束中電子的數(shù)目將隨之改變，光點(diǎn)亮度也就改變。在使用示波器時(shí)，不宜讓很亮的光點(diǎn)固定出現(xiàn)在示波管熒光屏一個(gè)位置上，否則該點(diǎn)熒光物質(zhì)將因長(zhǎng)期受電子沖擊而燒壞，從而失去發(fā)光能力。 涂有不同熒光物質(zhì)的熒光屏，在受電子沖擊時(shí)將顯示出不同的顏色和不同的余輝時(shí)間，通常供觀察一般信號(hào)波形用的是發(fā)綠光的，屬中余輝示波管，供觀察非周期性及低頻信號(hào)用的是發(fā)橙黃色光的，屬長(zhǎng)余輝示波管;供照相用的示波器中，一般都采用發(fā)藍(lán)色的短余輝示波管。

電源供給電路供給垂直與水平放大電路、掃描與同步電路以及示波管與控制電路所需的負(fù)高壓、燈絲電壓等。 由示波器的原理功能方框圖可見(jiàn)，被測(cè)信號(hào)電壓加到示波器的Y軸輸入端，經(jīng)垂直放大電路加于示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板。示波管的水平偏轉(zhuǎn)電壓，雖然多數(shù)情況都采用鋸齒電壓(用于觀察波形時(shí))，但有時(shí)也采用其它的外加電壓(用于測(cè)量頻率、相位差等時(shí))，因此在水平放大電路輸入端有一個(gè)水平信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)，以便按照需要選用示波器內(nèi)部的鋸齒波電壓，或選用外加在X軸輸入端上的其它電壓來(lái)作為水平偏轉(zhuǎn)電壓。 此外，為了使熒光屏上顯示的圖形保持穩(wěn)定，要求鋸齒波電壓信號(hào)的頻率和被測(cè)信號(hào)的頻率保持同步。這樣，不僅要求鋸齒波電壓的頻率能連續(xù)調(diào)節(jié)，而且在產(chǎn)生鋸齒波的電路上還要輸入一個(gè)同步信號(hào)。這樣，對(duì)于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描(即產(chǎn)生周而復(fù)始、連續(xù)不斷的鋸齒波)一種狀態(tài)的簡(jiǎn)易示波器(如國(guó)產(chǎn)SB10型等示波器)而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被觀察信號(hào)頻率相關(guān)的同步信號(hào)，以牽制鋸齒波的振蕩頻率。對(duì)于具有等待掃描功能(即平時(shí)不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測(cè)信號(hào)來(lái)到時(shí)才產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波，進(jìn)行一次掃描)功能的示波器(如國(guó)產(chǎn)ST-16型示波器、SR-8型雙蹤示波器等而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被測(cè)信號(hào)相關(guān)的觸發(fā)信號(hào)，使掃描過(guò)程與被測(cè)信號(hào)密切配合。為了適應(yīng)各種需要，同步(或觸發(fā))信號(hào)可通過(guò)同步或觸發(fā)信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)來(lái)選擇，通常來(lái)源有3個(gè):①?gòu)拇怪狈糯箅娐芬齺?lái)被測(cè)信號(hào)作為同步(或觸發(fā))信號(hào)，此信號(hào)稱為"內(nèi)同步"(或"內(nèi)觸發(fā)")信號(hào);②引入某種相關(guān)的外加信號(hào)為同步(或觸發(fā))信號(hào)，此信號(hào)稱為"外同步"(或"外觸發(fā)")信號(hào)，該信號(hào)加在外同步(或外觸發(fā))輸入端;③有些示波器的同步信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)還有一檔"電源同步"，是由220V，50Hz電源電壓，通過(guò)變壓器次級(jí)降壓后作為同步信號(hào)。

掃描電路產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波電壓。該鋸齒波電壓的頻率能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。鋸齒波電壓的作用是使示波管陰極發(fā)出的電子束在熒光屏上形成周期性的、與時(shí)間成正比的水平位移，即形成時(shí)間基線。這樣，才能把加在垂直方向的被測(cè)信號(hào)按時(shí)間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上。

示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見(jiàn)的電信號(hào)變換成看得見(jiàn)的圖象，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。在被測(cè)信號(hào)的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以用它測(cè)試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。 普通示波器有五個(gè)基本組成部分:顯示電路、垂直(Y軸)放大電路、水平(X軸)放大電路、掃描與同步電路、電源供給電路。

由于示波管水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度也很低，所以接入示波管水平偏轉(zhuǎn)板的電壓(鋸齒波電壓或其它電壓)也要先經(jīng)過(guò)水平放大電路的放大以后，再加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，以得到水平方向適當(dāng)大小的圖形。

示波器可以分為模擬示波器和數(shù)字示波器，對(duì)于大多數(shù)的電子應(yīng)用，無(wú)論模擬示波器和數(shù)字示波器都是可以勝任的，只是對(duì)于一些特定的應(yīng)用，由于模擬示波器和數(shù)字示波器所具備的不同特性，才會(huì)出現(xiàn)適合和不適合的地方。

模擬示波器的工作方式是直接測(cè)量信號(hào)電壓，并且通過(guò)從左到右穿過(guò)示波器屏幕的電子束在垂直方向描繪電壓。

數(shù)字示波器的工作方式是通過(guò)模擬轉(zhuǎn)換器（ADC）把被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。數(shù)字示波器捕獲的是波形的一系列樣值，并對(duì)樣值進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)限度是判斷累計(jì)的樣值是否能描繪出波形為止，隨后，數(shù)字示波器重構(gòu)波形。

數(shù)字示波器可以分為數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO），數(shù)字熒光示波器（DPO）和采樣示波器。

模擬示波器要提高帶寬，需要示波管、垂直放大和水平掃描全面推進(jìn)。數(shù)字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉(zhuǎn)換器的性能，對(duì)示波管和掃描電路沒(méi)有特殊要求。加上數(shù)字示波管能充分利用記憶、存儲(chǔ)和處理，以及多種觸發(fā)和超前觸發(fā)能力。廿世紀(jì)八十年代數(shù)字示波器異軍突起，成果累累，大有全面取代模擬示波器之勢(shì)，模擬示波器的確從前臺(tái)退到后臺(tái)。

數(shù)字示波器，英文名：Digital Oscilloscope

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)。

1.1 示波器探頭的定義

本質(zhì)上，示波器探頭是在測(cè)試點(diǎn)或信號(hào)源和示波器之間建立了一條物理和電子連接;實(shí)際上，示波器探頭是把信號(hào)源連接到示波器輸入上的某類設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)，它必須在信號(hào)源和示波器輸入之間提供足夠方便優(yōu)質(zhì)的連接。連接的充分程度有三個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題:物理連接、對(duì)電路操作的影響和信號(hào)傳輸。

1.2 示波器探頭的發(fā)展過(guò)程

在過(guò)去50年中，各種示波器探頭接口設(shè)計(jì)一直在不斷演進(jìn)，以滿足提高的儀器帶寬速度和測(cè)量性能要求。在最早的年代，通常使用香蕉式插頭和UHF型連接器。在20世紀(jì)60年代，普通BNC型連接器成為常用的探頭接口類型，因?yàn)锽NC體積更小、頻率更高。BNC探頭接口仍用于測(cè)試和測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)，當(dāng)前更高質(zhì)量的BNC型連接器提供了接近4GHz的最大可用帶寬功能。

之后，某些廠家提出了普通BNC型探頭接口設(shè)計(jì)變通方案，在使用BNC連接器的同時(shí)，額外提供了一個(gè)模擬編碼的標(biāo)度系數(shù)檢測(cè)針腳，作為機(jī)械和電子接口設(shè)計(jì)的一部分，使得兼容的示波器能夠自動(dòng)檢測(cè)和改變示波器顯示的垂直衰減范圍。

1.3 示波器探頭的結(jié)構(gòu)形式

大多數(shù)探頭由探頭頭部、探頭電纜、補(bǔ)償設(shè)備或其他信號(hào)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)和探頭連接頭組成。如圖1所示。

圖1 探頭的結(jié)構(gòu)形式

為進(jìn)行示波器測(cè)量，必須先能夠在物理上把探頭連接到測(cè)試點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，大多數(shù)探頭至少有一兩米長(zhǎng)的相關(guān)電纜，如圖1所示。但是探頭電纜降低了探頭帶寬:電纜越長(zhǎng)，下降的幅度越大。除了一兩米長(zhǎng)的電纜外，大多數(shù)探頭還有一個(gè)探頭頭部或帶探針的把手，探頭頭部可以固定探頭，用戶則可以移動(dòng)探針，與測(cè)試點(diǎn)接觸。通常這一探針采用彈簧支撐的掛鉤形式，可以把探頭實(shí)際連接到測(cè)試點(diǎn)上。

為了獲得可用的測(cè)量結(jié)果，探針上的信號(hào)必須通過(guò)探頭頭部和電纜，以足夠的保真度傳送到示波器的輸入。