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[摘 要]随着科学技术的发展，示波器应用越来越广泛，示波器的测试功能和测量精度也在不断提升，数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点，其使用日益普及。由于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异，如果使用不当，会产生较大的测量误差，从而影响测试任务。所以工程技术人员如何正确选用一台适合自己测试工作的示波器显得尤为重要，以下本文浅谈如何选用示波器。
[关键词]示波器 脉冲 带宽 上升时间
中图分类号：TM935.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0002-01
1.概述
示波器分为：模拟示波器（通用、多束、取样）、数字存储示波器、数字荧光示波器、混合示波器，示波器能够直接观测和真实显示被测信号。例如可以直接观测一个脉冲信号的前后沿、脉宽、上冲、下冲等参数，这是其他测量仪很难做到的。要想让示波器捕获一个真实的信号，这是一个综合的测量结果，与你所选示波器的带宽，上升时间，采样速率（反应更新速度），阻抗设置，伏频特性等都有关系，就连一个探头也会影响测量结果。
2.脉冲基本知识
因为示波器最常用来测量脉冲信号的各种参数，所以这里先简单介绍以下脉冲基本知识。凡是按非正弦规律变化的电压或电流都可称为脉冲。脉冲的应用十分广泛，在无线电领域的各个方面都会涉及到脉冲技术。脉冲技术主要研究脉冲的产生、变换、整形、放大、传入和测量方法。在脉冲状态下，晶体管器件主要起开关作用，所以有时称脉冲电路为开关电路，脉冲电路中的电阻R、电容C、电感L起到产生各种形状和不同间隔脉冲信号的作用。衡量脉冲信号波形的主要参数（矩形波）有脉冲幅度、脉冲上升时间、脉冲下降时间、脉冲宽度、予冲、上冲、衰减振荡、平顶降落、下冲（后冲），脉冲重复频率（周期），占空因数等。
RC电路是由电阻R、电容C构成的简单电路，它对脉冲波的传输会产生变形，因此RC电路又称线性整形电路。RC电路在输入脉冲作用下，在不同开关器件控制下，电容要进行充电和放电，可形成各种状态的脉冲波形，它是脉冲电路常见的现象，是构成脉冲电路的基本矛盾之一，是脉冲电路的基础，下图是一个RC分压电路，示波器探头就是一个RC补偿电路，上图中R1C1就相当示波器探头的RC电路，而R2C2就相当示波器输入通道的RC电路，当R1C1= R2C2时，示波器上得到的波形就是被测波形的实际波形，示波器探头上的可调电容就是用来调补偿的（图1）。
3.示波器带宽和上升时间的选用
区分模拟带宽和数字实时带宽，带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值，而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽，数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关（数字实时带宽=最高数字化速率/K），一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出，模拟带宽只适合重复周期信号的测量，而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆，实际上指的是模拟带宽，数字实时带宽是要低于这个值的。例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz，实际上是指其模拟带宽为500MHz，而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。所以在测量单次信号时，一定要参考数字示波器的数字实时带宽，否则会给测量带来意想不到的误差。
4.有关采样速率的选用
1）采样速率也称为数字化速率，是指单位时间内，对模拟输入信号的采样次数，常以MS/s表示。采样速率是数字示波器的一项重要指标。如果采样速率不够，容易出现混迭现象，如果示波器的输人信号为一个200KHz的正弦信号，示波器显示的信号频率却是50KHz，这是怎么回事呢？这是因为示波器的采样速率太慢，产生了混迭现象。混迭就是屏幕上显示的波形频率低于信号的实际频率，或者即使示波器上的触发指示灯已经亮了，而显示的波形仍不稳定。那么，对于一个未知频率的波形，如何判断所显示的波形是否已经产生混迭呢？可以通过慢慢改变扫速t/div到较快的时基档，看波形的频率参数是否急剧改变，如果是，说明波形混迭已经发生；或者晃动的波形在某个较快的时基档稳定下来，也说明波形混迭已经发生。根据奈奎斯特定理，采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭，如一个500MHz的信号，至少需要1GS/s的采样速率。有如下几种方法可以简单地防止混迭发生：调整扫速；采用自动设置（Autoset）；试着将采集方式切换到包络方式或峰值检测方式，因为包络方式是在多个采集记录中寻找极值，而峰值检测方式则是在单个采集记录中寻找最大最小值，这两种方法都能检测到较快的信号变化。如果示波器有Insta Vu采集方式，可以选用，因为这种方式采集波形速度快，用这种方法显示的波形类似于用模拟示波器显示的波形。
2）采样速率与t/div的关系每台数字示波器的最大采样速率是一个定值。但是，在任意一个扫描时间t/div，采样速率fs由下式给出：fs=N/（t/div） N为每格采样点当采样点数N为一定值时，fs与t/div成反比，扫速越大，采样速率越低。使用数字示波器时，为了避免混迭，扫速档最好置于扫速较快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，扫速档则最好置于主扫速较慢的位置。
5.结束语
综上所述，在产品研制、生产调试和检验過程中，如果正确选用和正确使用了示波器，不但提高我们的工作效率，而且也确保了我们的产品质量。
参考文献
[1] 蒋焕文，孙续.电子测量.
[2] TES520B数字示波器使用说明书.
[关键词]示波器 脉冲 带宽 上升时间
中图分类号：TM935.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0002-01
1.概述
示波器分为：模拟示波器（通用、多束、取样）、数字存储示波器、数字荧光示波器、混合示波器，示波器能够直接观测和真实显示被测信号。例如可以直接观测一个脉冲信号的前后沿、脉宽、上冲、下冲等参数，这是其他测量仪很难做到的。要想让示波器捕获一个真实的信号，这是一个综合的测量结果，与你所选示波器的带宽，上升时间，采样速率（反应更新速度），阻抗设置，伏频特性等都有关系，就连一个探头也会影响测量结果。
2.脉冲基本知识
因为示波器最常用来测量脉冲信号的各种参数，所以这里先简单介绍以下脉冲基本知识。凡是按非正弦规律变化的电压或电流都可称为脉冲。脉冲的应用十分广泛，在无线电领域的各个方面都会涉及到脉冲技术。脉冲技术主要研究脉冲的产生、变换、整形、放大、传入和测量方法。在脉冲状态下，晶体管器件主要起开关作用，所以有时称脉冲电路为开关电路，脉冲电路中的电阻R、电容C、电感L起到产生各种形状和不同间隔脉冲信号的作用。衡量脉冲信号波形的主要参数（矩形波）有脉冲幅度、脉冲上升时间、脉冲下降时间、脉冲宽度、予冲、上冲、衰减振荡、平顶降落、下冲（后冲），脉冲重复频率（周期），占空因数等。
RC电路是由电阻R、电容C构成的简单电路，它对脉冲波的传输会产生变形，因此RC电路又称线性整形电路。RC电路在输入脉冲作用下，在不同开关器件控制下，电容要进行充电和放电，可形成各种状态的脉冲波形，它是脉冲电路常见的现象，是构成脉冲电路的基本矛盾之一，是脉冲电路的基础，下图是一个RC分压电路，示波器探头就是一个RC补偿电路，上图中R1C1就相当示波器探头的RC电路，而R2C2就相当示波器输入通道的RC电路，当R1C1= R2C2时，示波器上得到的波形就是被测波形的实际波形，示波器探头上的可调电容就是用来调补偿的（图1）。
3.示波器带宽和上升时间的选用
区分模拟带宽和数字实时带宽，带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值，而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽，数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关（数字实时带宽=最高数字化速率/K），一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出，模拟带宽只适合重复周期信号的测量，而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆，实际上指的是模拟带宽，数字实时带宽是要低于这个值的。例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz，实际上是指其模拟带宽为500MHz，而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。所以在测量单次信号时，一定要参考数字示波器的数字实时带宽，否则会给测量带来意想不到的误差。
4.有关采样速率的选用
1）采样速率也称为数字化速率，是指单位时间内，对模拟输入信号的采样次数，常以MS/s表示。采样速率是数字示波器的一项重要指标。如果采样速率不够，容易出现混迭现象，如果示波器的输人信号为一个200KHz的正弦信号，示波器显示的信号频率却是50KHz，这是怎么回事呢？这是因为示波器的采样速率太慢，产生了混迭现象。混迭就是屏幕上显示的波形频率低于信号的实际频率，或者即使示波器上的触发指示灯已经亮了，而显示的波形仍不稳定。那么，对于一个未知频率的波形，如何判断所显示的波形是否已经产生混迭呢？可以通过慢慢改变扫速t/div到较快的时基档，看波形的频率参数是否急剧改变，如果是，说明波形混迭已经发生；或者晃动的波形在某个较快的时基档稳定下来，也说明波形混迭已经发生。根据奈奎斯特定理，采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭，如一个500MHz的信号，至少需要1GS/s的采样速率。有如下几种方法可以简单地防止混迭发生：调整扫速；采用自动设置（Autoset）；试着将采集方式切换到包络方式或峰值检测方式，因为包络方式是在多个采集记录中寻找极值，而峰值检测方式则是在单个采集记录中寻找最大最小值，这两种方法都能检测到较快的信号变化。如果示波器有Insta Vu采集方式，可以选用，因为这种方式采集波形速度快，用这种方法显示的波形类似于用模拟示波器显示的波形。
2）采样速率与t/div的关系每台数字示波器的最大采样速率是一个定值。但是，在任意一个扫描时间t/div，采样速率fs由下式给出：fs=N/（t/div） N为每格采样点当采样点数N为一定值时，fs与t/div成反比，扫速越大，采样速率越低。使用数字示波器时，为了避免混迭，扫速档最好置于扫速较快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，扫速档则最好置于主扫速较慢的位置。
5.结束语
综上所述，在产品研制、生产调试和检验過程中，如果正确选用和正确使用了示波器，不但提高我们的工作效率，而且也确保了我们的产品质量。
参考文献
[1] 蒋焕文，孙续.电子测量.
[2] TES520B数字示波器使用说明书.