數(shù)字示波器是一種通用測試儀表,本質(zhì)上是一種圖形顯示設備,相當于具有圖形顯示的電壓表或萬用表,能在屏幕上直觀的顯示信號隨時間變化的波形,并對波形的周期、電壓、頻率等參數(shù)進行測量和分析,廣泛應用于科研、生產(chǎn)等各個領域,是工程師設計,調(diào)試,維修產(chǎn)品時的主要測試儀表,對測試工作起著舉足輕重的作用。
很多工程師在使用數(shù)字示波器時,都會遇到這樣一些問題:用計量合格的數(shù)字示波器測得的信號幅度和頻率等數(shù)據(jù)有時會與信號本身設計值相差很遠,于是就去找電路的問題,但費時費力后,卻一無所獲,不知問題出在哪里。此外,對于同一信號,使用不同數(shù)字示波器測得的結果卻不相同。
產(chǎn)生這些問題的原因與數(shù)字示波器的選擇有直接的關系。
1、數(shù)字示波器的主要性能指標
在選擇數(shù)字示波器時,我們主要考慮其是否能夠真實地顯示被測信號,即顯示信號與被測信號的一致性。
數(shù)字示波器的性能很大程度上影響到其實現(xiàn)信號完整性的能力,下面根據(jù)其主要性能指標進行詳細分析。
(1)帶寬
如圖1所示,數(shù)字示波器帶寬指輸入不同頻率的等幅正弦波信號,當輸出波形的幅度隨頻率變化下降到實際幅度的70.7%時的頻率值(即f-3dB)。帶寬決定了數(shù)字示波器對信號的基本測量能力。隨著信號頻率的增加,數(shù)字示波器對信號的準確顯示能力下降。實際測試中我們會發(fā)現(xiàn),當被測信號的頻率與數(shù)字示波器帶寬相近時,數(shù)字示波器將無法分辨信號的高頻變化,顯示信號出現(xiàn)失真。例如:頻率為100MHz、電壓幅度為1V的信號用帶寬為100MHz的數(shù)字示波器測試,其顯示的電壓只有0.7V左右。圖2為同一階躍信號用帶寬分別為4GHz、1.5GHz和300MHz的數(shù)字示波器測量所得的結果。從圖中可以看出,數(shù)字示波器的帶寬越高,信號的上升沿越陡,顯示的高頻分量成分越多,再現(xiàn)的信號越準確。實際應用中考慮到價格因素(數(shù)字示波器帶寬越高價格越貴),經(jīng)過實踐經(jīng)驗的積累,我們發(fā)現(xiàn)只要數(shù)字示波器帶寬為被測信號最高頻率的3-5倍,即可獲得±3%到±2%的精度,滿足一般的測試需求。
(2)上升時間
上升時間的定義為脈沖幅度從10%上升到90%的這段時間(如圖3所示),它反映了數(shù)字示波器垂直系統(tǒng)的瞬態(tài)特性。數(shù)字示波器必須要有足夠快的上升時間,才能準確地捕獲快速變換的信號細節(jié)。數(shù)字示波器的上升時間越快,對信號的快速變換的捕獲也就越準確。
一般數(shù)字示波器的上升時間和帶寬滿足以下公式: