简易数字存储示波器(简易数字存储示波器论文)

海潮机械 2023-01-13 03:59 编辑:admin 281阅读

1. 简易数字存储示波器论文

1963年成功研制了我国第一台1000兆赫晶体管取样示波器(荣获1963年国家科委科学成果二等奖,同时荣获1965年全国工业展览会测量仪器类二等奖),国内领先建立了纳秒级开关二极管反向恢复测量设备。

在发现109厂器件具有阶跃恢复特性之后,领先开展阶跃管性能与应用研究,发表阶跃管新电路论文,不失时机地组织和启动了阶跃恢复二极管的研制;将器件机理、测量、新脉冲电路和微波倍频等相关的研究工作与国外同步、甚至超前地开展起来。

因此,领先研制成功固体高重复频率脉冲发生器,差频取样器,阶跃恢复二极管,首创了固体微波源。

2. 数字存储示波器与模拟示波器

示波器是最重要、最常用的电子测试工具之一。由于电子技术的发展,示波器的能力也在不断提升,其性能与价格各具特色,市场上的品种也多种多样,在购买示波器时应充分考虑这些方面因素:要捕捉并观察信号的类型, 信号本身有无复杂特性,需要检测的信号是重复信号还是单次信号,以及要测量的信号过渡过程、 带宽或者上升时间是多大等等。

模拟示波器也许具有你熟悉的面板控制键钮,价格低廉。 但是随着A/D转换器速度逐年提高和价格不断降低,以及数字示波器不断增加的测量能力与各种实用功能的开发,尤其是捕捉瞬时信号和记忆信号的功能的完善,使数字示波器越来越受欢迎。因此在选购时应因地制宜,合理地选择。

下面我们来看看选择示波器应考虑哪些参数:

带宽

带宽一般定义为正弦输入信号幅度衰减到-3dB时的频率宽度, 即平均幅度的70.7%, 带宽决定示波器对信号的基本测量能力。 随着被测信号频率的增加,示波器对信号的准确显示能力将下降, 如果没有足够的带宽, 示波器将无法分辨高频分量的变化。 幅度将出现失真,边缘会变得圆滑,细节参数将丢失。 如果没有足够的带宽,就不能得到关于信号的所有特性及参数。

选择示波器时将要测量的信号最高频率分量乘以5作为示波器的带宽。这将会在测量中获得高于2%的精度。例如要测量电视机的色副载波,其频率为4.43MHz,取4.43MHz的5倍约为22MHz的示波器能满足精确的测量要求。

在某些应用场合,不知道信号带宽,但要了解它的最快上升时间,大多数字示波器的频率响应,可用下面的公式来计算等效带宽和仪器的上升时间: Bw=0.35/信号的最快上升时间。

带宽有两种类型:重复(或等效时间)带宽和实时(或单次)带宽。重复带宽只适用于重复的信号,显示来自于多次信号采集期间的采样。 实时带宽是示波器的单次采样中所能捕捉的最高频率,且当捕捉的信号不是经常出现时要求相当苛刻。 实时带宽与采样速率是密切相关的。

由于更宽的带宽往往意味着更高的价格,因此,应根据成本,投资和性能进行综合考虑。

采样率

采样率即为每秒采样次数,指数字示波器对信号采样的频率。示波器的采样率越快,所显示的波形的分辨率和清晰度就越高,重要信息和随机信号丢失的概率就越小。

如果需要观测较长时间范围内的慢变信号,则最小采样速率就变得较为重要。为了在显示的波形记录中保持固定的波形数,需要调整水平控制旋钮,而所显示的采样速率也将随着水平调节旋钮的调节而变化。

采样速率计算方法取决于所测量的波形的类型,以及示波器所采用的信号重现方式。

为了准确再现信号并避免混淆,奈奎斯特定理规定:信号的采样速率必须大于被测信号最高频率成分的两倍。然而,这个定理的前提是基于无限长时间和连续的信号。

由于没有示波器可以提供无限时间的记录长度,而且,从定义上看,低频干扰是不连续的,所以采用两倍于最高频率成分的采样速率,对数字示波器来说通常是不够的。

实际上,信号的准确再现取决于其采样速率和信号采样点间隙所采用的插值法。有一个在比较取样速率和信号带宽时很有用的经验法则: 如果示波器有内插(通过筛选以便在取样点间重新生成),则(取样速率/信号带宽)的比值至少应为4:1。无正弦内插时,则应采取10:1的比值。

波形捕获率

所有的示波器都会闪烁。 也就是说,示波器每秒钟以特定的次数捕获信号,在这些测量点之间将不再进行测量。 这就是波形捕获率, 也称屏幕刷新率,表示为波形数每秒(wfms/s)。采样速率表示的是示波器在一个波形或周期内,采样输入信号的频率;波形捕获速率则是指示波器采集波形的速度。 波形捕获速率取决于示波器的类型和性能级别,且有着很大的变化范围。 高频波形捕获速率的示波器将会提供更多的重要信号特性,并能极大地增加示波器快速捕获瞬时的异常信息,如抖动,矮脉冲、低频干扰和瞬时误差的概率等。

数字存储示波器(DSO)使用串行处理结构每秒钟可以捕获10到5000个波形。DPO数字荧光示波器采用并行处理结构,可以提供更高的波形捕获速率,有的高达每秒数百万个波形,大大提高了捕获间歇和难以捕捉信号的可能性,并能更快地发现瞬间出现的信号。

存储深度

存储深度也叫记录长度,是示波器所能存储的采样点多少的量度。 如果需要不间断地捕捉一个脉冲串,则要求示波器有足够的存储空间以便捕捉整个过程中偶然出现的信号。 将所要捕捉的时间长度除以精确重现信号所须的取样速度,可以计算出所要求的存储深度。

在正确位置上捕捉信号的有效触发,通常可以减小示波器实际需要的存储量。

存储深度与取样速度密切相关。 存储深度取决于要测量的总时间跨度和所要求的时间分辨率。

许多示波器允许用户选择记录长度,以便对一些操作中的细节进行优化。分析一个十分稳定的正弦信号,只需要500点的记录长度;但如果要解析一个复杂的数字数据流,则需要有一百万个点或更多点的记录长度。

触发功能

示波器的触发能使信号在正确的位置开始水平同步扫描,决定着信号波形的显示是否清晰。触发控制按钮可以稳定重复地显示波形并捕获单次波形。

大多数通用示波器的用户只采用边沿触发方式,特别是对新设计产品的故障查询。先进的触发方式可将所需要的信号分离出来,从而最有效地利用采样速度和存储深度。

现今有很多示波器,具有先进的触发能力:能根据由幅度定义的脉冲,由时间限定的脉冲(脉宽触发)和由逻辑状态或图形描述的脉冲(逻辑触发)进行触发。扩展和常规的触发功能组合也帮助显示视颍和其他难以捕捉的信号,如此先进的触发能力,在设置测试过程时提供了很大程度的灵活性,而且能大大地简化测量工作,给使用带来了很大的方便。

示波器的通道数

示波器的通道数取决于同时观测的信号数。在电子产品的开发和维修行业需要的是双通道示波器或称双踪示波器。如果要求观察多个模拟信号的相互关系,将需要一台4通道示波器。许多工作于模拟与数字两种信号系统的科研环境也考虑采用4通道示波器。

示波器选购其它注意事项

选购示波器时,要根据检测需要选购。 一般的检测,单通道示波器即可,对于检测两个相关的信号时,需要使用双通道示波器。双通道示波器具有两个独立的信号处理通道,可同时输入两个信号,因而可以将两个信号的相位、幅度、波形等参数进行比较和计量。此外,在检测同一信号的直流分量和交流分量时,借助于双通道示波器的两个通道,一个通道测直流分量,一个通道测交流分量,会十分方便。

在进行家用电器设备的电视机、影碟机、电磁炉等维修时,通常选40MHz 双通道示波器可以满足维修要求,因为在维修工作中往往不需要精确的测量信号的各种参数, 只需粗略的观测信号波形,估算频率和周期。此外,家电产品中很多的信号的频率特性都在示波器的测量范围之内,例如音频信号、视频信号、行同步、场同步、控制信号等都在示波器的测量范围之内,某些大于40MHz时钟信号也能测量。

经济条件好应选购100MHz的示波器,这样测量高频信号的精度更高。

家电维修工作中的示波器最好要有选行(电视信号的行信号)和选场(场同步)功能,观测视频信号时易于同步,使观测的波形稳定。

3. 数字示波器波形储存

1定义编辑 数字存储示波器(Digital Storage oscilloscopes-DSO),所谓数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来储存信号。一般具有以下特点:   1.可以显示大量的预触发信息   2.可以通过使用光标和不使用光标的方法进行全自动测量   3.可以长期存储波形   4.可以将波形传送到计算机进行储存或供进一步的分析之用   5.可以在打印机或绘图仪上制作硬考贝以供编制文件之用   6.可以把新采集的波形和操作人员手工或示波器全自动采集的参考波形进行比较   7.可以按通过/不通过的原则进行判断   8.波形信息可以用数学方法进行处理 2原理编辑 数字存储示波器有别于一般的模拟示波器,它是将采集到的模拟电压信号转换为数字信号,由内部微机进行分析、处理、存储、显示或打印等操作。这类示波器通常具有程控和遥控能力,通过GPIB接口还可将数据传输到计算机等外部设备进行分析处理。   其工作过程一般分为存储和显示两个阶段。在存储阶段,首先对被测模拟信号进行采样和量化,经A/D转换器转换成数字信号后,依次存入RAM中,当采样频率足够高时,就可以实现信号的不失真存储。当需要观察这些信息时,只要以合适的频率把这些信息从存储器RAM中按原顺序取出,经D/A转换和LPE滤波后送至示波器就可以观察的还原后的波形。 普通模拟示波器 CRT 上的 P31 荧光物质的余辉时间小于 1ms。在有些情况下,使用 P7 荧光物质的 CRT 能给出大约 300ms 的余辉时间。只要有信号照射荧光物质,CRT 就将不断显示信号波形。而当信号去掉以后使用 P31 材料的 CRT 上的扫迹迅速变暗,而使用 P7 材料的 CRT 上的扫迹停留时间稍长一些。   那么,如果信号在一秒钟内只有几次,或者信号的周期仅为数秒,甚至信号只猝发一次,那又将会怎么样呢?在这种情况下,使用我们上面介绍过的模拟示波器几乎乃至于完全不能观察到这些信号。   所谓数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来贮存信号。当信号进入数字存储示波器,或称 DSO 以后,在信号到达CRT 的偏转电路之前(图1),示波器将按一定的时间间隔对信号电压进行采样。然后用一个模/数变换器(ADC)对这些采样值进行变换从而生成代表每一个采样电压的二进制字。这个过程称为数字化。   获得的二进制数值贮存在存储器中。对输入信号进行采样的速率称为采样速率。采样速率由采样时钟控制。对于一般使用情况来说,采样速率的范围从每秒 20 兆次(20MS/s)到 200MS/s。存储器中贮存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形。所以,在DSO中的输入信号接头和示波器 CRT 之间的电路不只是仅有模拟电路。输入信号的波形在 CRT 上获得显示之前先要存贮到存储器中,我们在示波器屏幕上看到的波形总是由所采集到数据重建的波形,而不是输入连接端上所加信号的直接波形显示。 3产品简介编辑 TDS1000C-SC数字存储示波器是2010年泰克公司针对中国市场推出的具备更多功能和更多性能的入门机型,截止2012年6月,TDS数字存储示波器系列凭借其在数字实时采样方面的优秀性能表现,加上所具备的多样的分析功能和简洁直观的操作获得“全球最受欢迎的示波器”称号,更累积销量达到15万台。[1] 1. TDS1000c数字存储示波器 .泰克科技官网 [引用日期2013-02-4] .

4. 简易数字存储示波器设计

有些能调,有些不能调。大多数都不能调。

泰克的DPO/MSO系列都可以调节。

具体操作:按面板右上方的水平菜单按钮,选择屏幕下方的记录长度按钮,然后选择屏幕右侧的需要的记录长度对应的按钮即可:1000,10K,100K,1M...

5. 物理实验数字存储示波器

任何示波器都不能直接显示被测波形的频率,因为它的时基扫描是以时间设定的,因此可以在示波器的屏幕上对照其刻度及时基旋钮所选择的单格时间进行波形波长的读取。

由于波周长的倒数就是频率,因此,累计一个波形所占有多少格再乘以时基旋钮所指示的单格时间就是一个波形的周长,再将这个周长的时间进行倒数就是这个波形的频率。示波器时基旋钮的基本单位为秒,按5、2、1规律逐次降低,即,1s、500ms、200ms、100ms、50ms、20ms、10ms……,最后的时基要根据示波器本身可测量的频率决定。

6. 数字式存储示波器使用方法

探头有一条地线和一条信号线,地线就是和示波器输入端子外壳通的那一条,一般是夹子状的,信号线一般带有一个探头钩,连接的话把示波器地线接到设备的地,把信号线端子接到信号端,注意如果要测量的信号和市电没有隔离,则不能直接测量。

数字示波器探头在使用时,要保证地线夹子可靠的接了地(被测系统的地,非真正的大地),不然测量时,就会看到一个很大的50Hz的信号,这是因为示波器的地线没连好,而感应到空间中的50Hz工频市电而产生的。

如果发现示波器上出现了一个幅度很强的50Hz信号(我国市电频率为50Hz,国外有60Hz的),这时就要注意下看是否是探头的地线没连好。

7. 数字存储示波器实验小结

示波器使用——实验报告的误差分析主要有以下几个方面

1、两台信号发生器不协调。

2、桌面振动造成的影响。

3、示波器上显示的荧光线较粗,取电压值时的荧光线间宽度不准,使电压值不准。

4、取正弦周期时肉眼调节两荧光线间宽度不准,导致周期不准。

5、机器系统存在系统误差。

6、fy选取时上下跳动,可能取值不准。

8. 数位存储示波器

)首先要检测电源。电源是整个电路工作的主要激励,在检查电路之前我们首先要检查供电电源是否正常。

(2)其次检查输入部分,也就是小信号放大部分。将信号输入端接至信号源,调节信号源的输入大小,看放大之后的电压是否按照规律化。      

(3)检查处理器是否工作。用示波器测试晶振有没有起振,测试各个点的输出是否正常。

(4)检查驱动电路和其他输出电路。

在维修过程中,我们要用到目测、部件排除、确认维修等方法的相互结合运用来完成我们的维修工作。只要确认了哪部分电路出现故障、损坏程度,我们就可以进行下一步方案解决问题。经过这些步骤基本上能够找出问题的所在。下面介绍一下电子称重显示器常见的故障及解决方法。

(1) 称重物移除后无法回到零点的故障分析检查传感器输出信号值是否于标准内(A/D 的总放大码/ 使用内码范围/ 底码范围),如果信号值未在标准内,调节传感器可调电阻,将信号值调到标准内,如无法补偿请检查传感器是否有问题,在保证传感器输出正常(秤体稳定)情况下,锁定仪表故障,一般是放大电路及A/D 转换电路发生问题,再依据电路原理逐一判断测试分析,以zui终解决问题。

(2) 称量不准确的故障分析

观测内码值是否稳定,传感器各部位是否有摩擦现象,稳压电源是否稳定,运放电路是否正常,使用砝码测试秤盘四脚秤量是否平均。依照说明书指示,进一步做仪表局部分析或重量校正。

(3)无法开机的故障

先确定非保险丝、电源开关、电源线及电压切换开关的问题所造成,检查变压器有无交流电压输入及交流电输出。如果仪表带有电池将电池取下再以AC 电源开机,以了解是否为电池电压不足所造成。其次再检测整流电路、稳压电路以及显示驱动电路是否出现异常,如果这些都没问题检查处理器及附属电路是否烧坏。

(4) 显示乱码

将原来的显示电路拆下,换一个正常的显示电路看是否正常。如果显示正常说明显示电路出现问题,如果不正常,应检查驱动电路是否有故障,zui后检查处理器显示输出的引脚是否在合理的输出范围。

(5) 按键不好用

先更换新按键进行测试,如新按键功能正常时,则可判定为按键接触不良,测量按键与CPU之间线路有无断路、虚焊。检查按键支座是否有接触不良现象。测量按键与CPU 回路上的二极管、电阻等是否有短路、断路的情况。

(6) 无法称到满载

和无法回零的情况差不多,多数可能由于小信号输入范围发生了改变。按照无法回零的方法检测,如果找不出问题,就先检测供电电源、A/D电路是否正常,再检测传感器输出。

(7) 传感器故障判别方法

① 静态测量法:使用万用电表之欧姆档,分别量测传感器之E+ 对S+、S- (或是E- 对S+、S-也可)阻值是否相同,一般而言误差在0.5Ω 以上就需做补偿,如误差过大(2Ω 以上)则建议更换传感器。

② 动态测量法:将传感器接线正确的接回主机板,使用数位电表(四位半以上较佳)之DC V 档上,量测S+ 对地与S- 对地之电压是否相等(zui好是0 误差),如不相等需做传感器补偿。

(8) 传感器补偿

传感器输出信号过高请加一电阻器在传感器的“E+S-”之间使信号值到正常范围(电阻值越低,传感器输出信号越低)。

传感器输出信号过低或- ERR 请加一电阻器在传感器的“E+~S+”之间使信号值到正常范围(电阻值越低,传感器输出信号越高)。

检测A/D 电路放大码的方法:把电子秤调试到内部设定状态(使之显示当前的内码状态)施加满称量砝码,记录此放大码值,它们的关系:底码值+ 满称量放大码+ 安全区码。

(9) 数字仪表的故障分析

数字仪表维修比较简单,只需要检测供电电源电路、通讯电路、CPU 微处理电路及储存电路和显示电路就可以了,依据说明书的说明提示,对不同错误现象和实际测量结果进行问题判断解决。前提是保证数字传感器的性能正常。