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示波器工作原理
示波器是利用电子示波管的特性,将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像,显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果的重要仪器。示波器主要由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。
数字则是数据采集、A/D转换、软件编程等一系列的技术制造出来的示波器。数字示波器的工作方式是通过模拟转换器把被测电压转换为数字信息。数字示波器捕获的是波形的一系列样值,并对样值进行存储,存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止,随后,数字示波器重构波形。数字示波器可以分为数字存储示波器,数字荧光示波器和采样示波器。
数字示波器的测量:
1、可以测量直流信号、交流信号的电压幅度
2、可以测量交流信号的周期,并以此换算出交流信号的频率。
3、可显示交流信号的波形。
4、可以用两个通道分别进行信号测量。
5、可以在屏幕上同时显示两个信号的波形,即双踪测量作用。此作用能够测量两个信号之间的差和波形之间形状的差别。
示波器探头的上升时间为:源端信号经过示波器探头以后的上升沿变为:
通常高带宽的探头寄生电容都比较小。理想情况下Cprobe 应该为0,但是实际做不到。一般无源探头的输入电容在10pf 至几百pf 间,带宽高些的有源探头输入电容一般在0.2pf 至几pf 间。
要选择合适的探头,先要了解探头使用的场景,针对对电压信号的测量,一种比较常见的场景就是系统在运行,我们需要使用示波器探测被测信号的波形情况。在这种场景中,我们需要考虑示波器系统对被测电路的影响以及测量系统对信号的失真影响。理想的系统系统应该是对被测电路没有任何影响,而且对被测信号进行没有任何失真的测量。但是这种理想状况是不可能实现的,因为这个系统必定是要汲取一定的电流的。我们可以使得系统不断趋近与理想系统,跟理想系统趋近的程度是由成本因素决定的。这里我们主要对这种应用场景下的探头进行分析。
探头引线电感,探头输入端还会受到电感的影响。探头的输入电阻和电容都比较好理解,探头输入端的电感却经常被忽视,尤其是在高频测量的时候。电感来自于哪里呢?我们知道有导线就会有电感,探头和被测电路间一定会有一段导线连接,同时信号的回流还要经过探头的地线。通常1mm 探头的地线会有大约1nH 的电感,信号和地线越长,电感值越大。探头的寄生电感和寄生电容组成了谐振回路,当电感值太大时,在输入信号的激励下就有可能产生高频谐振,造成信号的失真。所以高频时需要严格控制信号和地线的长度,否则很容易产生振铃。
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