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選擇示波器要考慮的十五大因素

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示波器的主要作用就是用來觀察電壓隨時間變化的曲線,透過不同的傳感器探頭,示波器也可以測量電流,壓強等。示波器是每一個電子愛好者和電子工程師必備的儀器,今天我們來看下在選擇入門的基礎示波器時,我們要考慮哪些因素。

帶寬
帶寬作為示波器的首要參數指標,帶寬不足時波形就會嚴重失真,方波甚至可能會變成正弦波,我們用分別20M帶寬和100M帶寬的示波器來觀察20M的方波信號,得出結果入下圖:



由此圖可知,20M示波器基本無法觀察到方波形狀,另外100M示波器的觀察效果比60M示波器要好,是什麼導致了這個原因呢?下圖是一個20M方波經過FFT後的頻譜圖,我們可以看到方波是由基波以及3、5、7、9……次諧波分量遞加而成。所以20M的方波包含20M基波、60M三次諧波,100M五次諧波,140M七次諧波……



如果要對波形進行準確測量,應該讓示波器的帶寬大於波形的主要諧波分量。因此對於正弦波可以要求示波器的帶寬大於波形的頻率,但是對與非正弦波則要求示波器的帶寬大於波形的最大主要諧波頻率。
在帶寬的選擇上,一般所測信號最大頻率的5倍,就是最合適的帶寬,對於一台基礎的示波器而言,100MHz帶寬的示波器已經可以適用於很多測量場景。

采樣率和存儲深度
采樣率和存儲深度是示波器的另外2大重要指標。為什麼要把它們放一起講呢,因為它們和波形記錄時間一起有著密不可分的共生關係:采樣率 = 存儲深度 ÷ 波形記錄時長



數字示波器顯示的波形實際上是一個一個的采樣點,這就像一張照片一樣,采樣點越多信號就越接近真實。采樣率表達的就是示波器每秒捕穫這些采樣點的能力,比如1GSa/s的采樣率,說明示波器每秒鐘能採集10億個采樣點。而存儲深度表達的是示波器一螢幕最多可以包含多少采樣點,比如28Mpts存儲深度,說明示波器一螢幕最多可以有2千8百萬個采樣點。我們要保證采樣率至少是被測信號帶寬的2倍以上,事實上我們更建議是3-5倍以上,這樣更容易捕穫波形的異常資訊。
這裡要注意一點的是,采樣率還分為等效采樣和即時采樣,現在的示波器標注的基本都是即時采樣率了,因為等效采樣只適用於周期性變化的信號。如果在購買示波器的時候發現采樣率和大眾價格有偏差的,一定要問賣家標注的是即時采樣還是等效采樣。

通道數
示波器常見的有2通道和4通道,考慮幾通道示波器適合自己的問題,主要考慮自己是否有同時測量3-4個信號的需求,如果沒有,則選擇2通道示波器即可。

波形捕穫率
數字示波器對信號的採集存儲和處理顯示是無法同時進行的,因此當示波器在處理顯示的時候,就會漏掉一部分資訊,也稱之為示波器的死區時間。波形捕穫率表達的就是示波器每秒能採集多少次波形的能力,這個能力越大,死區時間就越小,也就越容易捕穫到異常的波形。



這裡要注意的是,波形捕穫率並不是固定不變的,它會隨著示波器各種設定的改變而改變,一般廠家標注的波形捕穫率是能達到的最大值。

觸發方式
如果說示波器捕穫波形就是在拍照的話,觸發就是決定示波器什麼時候按下快門。觸發決定了我們希望捕穫到的波形采樣點們以何種方式展現在螢幕上。
示波器常見的觸發方式是邊沿觸發和脈寬觸發,有的示波器除此以外還會支援更多的觸發方式,可以了解一下根據需求選擇。



便攜性與操作性
如果你對示波器有外出攜帶的需求,那麼示波器的便攜性也是值得考慮的因素,還有示波器是否支援電池供電,因為你可能會有戶外作業的需求。現代化的一些示波器還有支援觸屏功能,在操作上也會更加快捷易用。

螢幕大小和顯示方式
示波器的顯示屏大小以及是否支援彩色也是一個應該考慮的因素,有的示波器支援熒光顯示和色溫顯示,相當於多了一個Z軸,對於一些複雜信號,如視頻信號、調制信號、抖動信號的測試,帶有熒光顯示和色溫顯示的示波器能更快速地幫助揭示信號的細節。



精度
示波器ADC模數轉換器的垂直解析度,就是數字示波器的垂直解析度,其位數代表示波器將輸入電壓轉換為數字值的精確程度。
這裡要注意的是,示波器顯示屏垂直方向上的解析度本身就有限,另外測量高頻信號時,幅度本身就不準確,在上限頻率處甚至有30%的誤差,而且垂直解析度過高會提高模數轉換時間,影響采樣率,進而影響帶寬,得不償失。一般示波器的垂直解析度是8位,高解析度的示波器達12位,但如果示波器模擬電路本身的精度沒有提高,單純追求ADC的解析度是沒有意義的。如果追求電壓的準確度,應該使用萬用表,示波器更主要的功能是觀測波形的形狀,測量準確度一般在2-3%以內,這種準確度應對絕大多數應用是完全游刃有餘的。

測量與分析
示波器一般都支援常見的測量項顯示,如信號的頻率、周期、幅值等等。有的示波器還會支援額外的數學運算、FFT和高級數學功能,如果有這方面計算要求的話,也應該作為一個考慮項。



Auto功能
示波器的auto功能可以取代萬用表測電壓,一次測量信號的直流分量,交流分量,頻率,峰峰值、有效值等資訊,甚至波形都有了,讓你一眼就全面了解信號,比萬用表只測一個平均值電壓強多了,減少誤判,提高效率。但是auto的速度就至關重要,麥科信示波器auto速度1秒,比一般萬用表自動擋還快。

串行總線分析
串行總線在當今的數據通信設計中被廣泛地使用,因此示波器支援哪些串行總線分析也是一個考慮的因素。我們需要清楚了解示波器的譯碼方法是硬體解碼還是軟體解碼,是否支援解碼觸發以及解碼文本顯示等。




互通性與波形數據
有些示波器可以透過手機或者電腦來遠端操控,以及將波形數據保存到電腦上,用電腦軟體進行數據分析。之前有遇到過一位朋友需要長時間在一個36度高溫的房間媔i行測量,新買的示波器手機遠端功能操控幫了他大忙,以前他用的示波器人必須陪著示波器一起呆在房間堣~能操作,這次他可以直接在室外進行操作了。




探頭的選擇
探頭會引入電阻負載、電容負載和電感負載,這些負載會影響測量數據的準確性,為使這種影響達到最小,最好使用示波器同品牌配套的探頭。在購買探頭時,要保證探頭的帶寬大於等於示波器的帶寬。還要明確測量的是電壓還是電流、信號幅度有多大,是否需要以差分方式測量信號等問題都會影響探頭的選擇。




價格與性價比
示波器除了探頭是消耗品,主機本身是非常穩定的,一台示波器使用10年是完全可以的,示波器淘汰往往是因為技術迭代更新導致的,因此購買一台使用順手、便捷且性能優秀的示波器是十分值得的。目前示波器在中低端領域,國產的示波器其實並不比進口的差,有的甚至還更好。
 
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