新型低端示波器推薦_有沒(méi)有你喜歡的

示波器的工作原理

首先示波器從設(shè)計(jì)原理上分為模擬示波器和數(shù)字示波器兩種，這個(gè)想必大家都清楚。最早出現(xiàn)的示波器為模擬示波器，而今由于帶寬等問(wèn)題，模擬示波器已經(jīng)漸漸被淘汰。那模擬示波器的原理是怎么樣的呢？下面這張圖就可以很好的說(shuō)明：

模擬示波器內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生周期性的鋸齒波信號(hào)來(lái)控制銀光平電子槍的水平偏轉(zhuǎn)，被測(cè)的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后控制熒光屏電子槍的垂直偏轉(zhuǎn)。這樣一來(lái)，光斑或者亮線就清楚的顯示在熒光屏上了，就是波形嘛。

是不是很簡(jiǎn)單？從設(shè)計(jì)理念上來(lái)分析，模擬示波器有許多不可比擬的好處，例如信號(hào)波形不會(huì)丟失、不存在死區(qū)時(shí)間等。而數(shù)字示波器雖然一開(kāi)始會(huì)存在這些問(wèn)題，但隨著現(xiàn)在電子技術(shù)的大力發(fā)展，這種瑕疵已經(jīng)變得越來(lái)越小。那數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)原理又是怎么樣的呢？

波形首先要通過(guò)探頭，經(jīng)由前端的放大器進(jìn)行放大，之后由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而存儲(chǔ)到采集內(nèi)存中，然后顯示到顯示器上。

在這一整個(gè)過(guò)程中，你不難發(fā)現(xiàn)，波形并不是實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在屏幕上的，而是經(jīng)過(guò)采集內(nèi)存之后又呈現(xiàn)在波形上的。因此如果整個(gè)采樣和轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)的話，就會(huì)產(chǎn)生較大的死區(qū)時(shí)間，所以在死區(qū)時(shí)間內(nèi)的波形就無(wú)法觀察到了。這也就是為什么很多人至今仍然堅(jiān)持認(rèn)為數(shù)字示波器不如模擬示波器好的原因所在。

模擬示波器的優(yōu)點(diǎn)毋庸贅述，實(shí)時(shí)性好、原理簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。但是本身的儀器原理也包含了終將會(huì)被時(shí)代拋棄的硬傷。大抵有以下幾條：

一、帶寬有限：這絕對(duì)是致命硬傷。前面已經(jīng)提到，模擬示波器的輸入信號(hào)是放大后直接控制CRT顯示屏的電子槍偏轉(zhuǎn)。雖然放大器的帶寬可以越來(lái)預(yù)高，但是CRT電子槍的偏轉(zhuǎn)速度是有限的，對(duì)于高頻信號(hào)，電子槍的速度跟不上信號(hào)變化。因此，當(dāng)前模擬示波器帶寬真的很難做上去。二、無(wú)法存儲(chǔ)和分析：很多老工程師非常清楚，用模擬示波器保存波形是要拿相機(jī)拍照的，如果要測(cè)幅度、周期、上升時(shí)間，只能手動(dòng)去搞。要是想測(cè)相位差、功率這些，對(duì)于數(shù)字示波器這種只是勾選一下就能完成的事情，對(duì)于模擬示波器簡(jiǎn)直是體力活。三、觸發(fā)能力太弱：基本只能邊沿觸發(fā)吧。想脈寬觸發(fā)？斜率觸發(fā)？根本不可能！更不要開(kāi)個(gè)圖形來(lái)做模板觸發(fā)這種腦洞大開(kāi)的觸發(fā)方式了。四、性能不穩(wěn)定：畢竟是大量的模擬器件，時(shí)間長(zhǎng)了之后指標(biāo)就不穩(wěn)了，溫漂也要比數(shù)字示波器嚴(yán)重的多。在20世紀(jì)80年代開(kāi)始，數(shù)字示波器逐漸嶄露頭角。特別是隨著高速ADC芯片和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字示波器在帶寬、觸發(fā)、分析、顯示方面全面超越了模擬示波器?，F(xiàn)在市面上在售的示波器基本全都是數(shù)字示波器了。

這里要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)仍然是死區(qū)時(shí)間，這依賴(lài)的是數(shù)字示波器后面的處理和顯示速度。雖然在現(xiàn)有的技術(shù)水平下仍然無(wú)法做到實(shí)時(shí)處理，但是處理的速度越快，丟失的波形就越少，有關(guān)這方面性能是指標(biāo)叫做——波形刷新率。對(duì)于200MHz帶寬示波器來(lái)說(shuō)，幾乎所有的品牌都會(huì)配1G的采樣率，但是波形刷新率是更為重要的參數(shù)之一。波形刷新率越高，波形觀測(cè)的死區(qū)時(shí)間就小了好多。

不管怎么說(shuō)，數(shù)字示波器取代模擬示波器都是大勢(shì)所趨。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的階段，相信模擬示波器的價(jià)格優(yōu)勢(shì)也會(huì)慢慢消失殆盡。

示波器作用

示波器是用來(lái)測(cè)量交流電或脈沖電流波的形狀的儀器，由電子管放大器、掃描振蕩器、陰極射線管等組成。除觀測(cè)電流的波形外，還可以測(cè)定頻率、電壓強(qiáng)度等。凡可以變?yōu)殡娦?yīng)的周期性物理過(guò)程都可以用示波器進(jìn)行觀測(cè)。

示波器的使用圖解

跟萬(wàn)用表類(lèi)似，要使用示波器，首先也得把它和被測(cè)系統(tǒng)相連，用的是示波器探頭，如圖20-4所示。示波器一般都會(huì)有2個(gè)或4個(gè)通道（通常都會(huì)標(biāo)有1～4的數(shù)字，而多余的那個(gè)探頭插座是外部觸發(fā)，一般用不到它），它們的低位是等同的，可以隨便選擇，把探頭插到其中一個(gè)通道上，探頭另一頭的小夾子連接被測(cè)系統(tǒng)的參考地（這里一定要注意一個(gè)問(wèn)題：示波器探頭上的夾子是與大地即三插插頭上的地線直接連通的，所以如果被測(cè)系統(tǒng)的參考地與大地之間存在電壓差的話，將會(huì)導(dǎo)致示波器或被測(cè)系統(tǒng)的損壞），探針接觸被測(cè)點(diǎn)，這樣示波器就可以采集到該點(diǎn)的電壓波形了（普通的探頭不能用來(lái)測(cè)量電流，要測(cè)電流得選擇專(zhuān)門(mén)的電流探頭）。

接下來(lái)就要通過(guò)調(diào)整示波器面板上的按鈕，使被測(cè)波形以合適的大小顯示在屏幕上了。只需要按照一個(gè)信號(hào)的兩大要素——幅值和周期（頻率與周期在概念上是等同的）來(lái)調(diào)整示波器的參數(shù)即可，如圖2所示。

圖2 示波器幅值、時(shí)間軸旋鈕

如上圖，在每個(gè)通道插座上方的旋鈕，就是調(diào)整該通道的幅值的，即波形垂直方向大小的調(diào)整。轉(zhuǎn)動(dòng)它們，就可以改變示波器屏幕上每個(gè)豎格所代表的電壓值，所以可稱(chēng)其為“伏格”調(diào)整，如以下兩幅對(duì)比圖所示：左圖是1V/grid，右圖是500mV/grid，左圖波形的幅值占了2.5個(gè)格，所以是2.5V，右圖波形的幅值占了5個(gè)格，也是2.5V。推薦是將波形調(diào)整到右圖這個(gè)樣子，因?yàn)榇藭r(shí)波形占了整個(gè)測(cè)量范圍的較大空間，可以提高波形測(cè)量的精度，如圖3所示。

圖3 示波器伏格調(diào)整對(duì)比圖

除了圖3通常上方的伏格旋鈕外，通常還會(huì)在面板上找到一個(gè)大小相同的旋鈕（不一定像圖20-6所示的位置），這個(gè)旋鈕是調(diào)整周期的，即波形水平方向大小的調(diào)整。轉(zhuǎn)動(dòng)它，就可以改變示波器屏幕上每個(gè)橫格所代表的時(shí)間值，所以可稱(chēng)其為“秒格”調(diào)整，如以下兩幅對(duì)比圖所示：左圖是500us/grid，右圖是200us/grid，左圖一個(gè)周期占2個(gè)格，周期是1ms，即頻率為1KHz，右圖一個(gè)周期占5個(gè)格，也是1ms，即1KHz。這里就沒(méi)有哪個(gè)更合理的問(wèn)題了，具體問(wèn)題具體對(duì)待，它們都是很合理的，如圖4所示。

圖4 示波器秒格調(diào)整對(duì)比圖

很多時(shí)候只進(jìn)行上述兩項(xiàng)調(diào)整的話，是能看到一個(gè)波形，但這個(gè)波形卻很不穩(wěn)定，左右亂顫，相互重疊，導(dǎo)致看不清楚，如圖5所示。

圖5 示波器觸發(fā)電平調(diào)整不當(dāng)?shù)氖疽鈭D

這就是因?yàn)槭静ㄆ鞯挠|發(fā)沒(méi)有調(diào)整好的緣故，那么什么是觸發(fā)呢？簡(jiǎn)單點(diǎn)理解，所謂觸發(fā)就是設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)，讓波形的采集和顯示都圍繞這個(gè)基準(zhǔn)來(lái)。最常用的觸發(fā)設(shè)置是基于電平的（也可基于時(shí)間等其它量，道理相同），大家看下上面的幾張波形圖，在左側(cè)總有一個(gè)T和一個(gè)小箭頭，T是觸發(fā)的意思，這個(gè)小箭頭指向的位置所對(duì)應(yīng)的電壓值就是當(dāng)前的觸發(fā)電平。示波器總是在波形經(jīng)過(guò)這個(gè)電平的時(shí)候，把之前和之后的一部分存儲(chǔ)并最終顯示出來(lái)，于是就能看到圖4、5所示的波形。如圖6所示，我們可以看到，無(wú)論如何波形也不會(huì)經(jīng)過(guò)T所指的位置，即用永遠(yuǎn)達(dá)不到觸發(fā)電平，所以失去了基準(zhǔn)的波形看上去就不穩(wěn)定了。怎么調(diào)節(jié)這個(gè)觸發(fā)電平的位置呢，在示波器面板上找一個(gè)標(biāo)了Trigger的旋鈕，如下圖，轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)旋鈕就可以改變這個(gè)T的位置了。

圖6 示波器觸發(fā)旋鈕

除了可以改變觸發(fā)電平的值以外，還可以設(shè)置觸發(fā)的方式：比如選擇上升沿還是下降沿觸發(fā)，也就是選擇讓波形向上增加的時(shí)候經(jīng)過(guò)觸發(fā)電平還是向下減小的時(shí)候經(jīng)過(guò)觸發(fā)電平來(lái)完成觸發(fā)，這些設(shè)置一般都是通過(guò)Trigger欄里的按鈕和屏幕方便的菜單鍵來(lái)完成。

只要經(jīng)過(guò)上述的這三四步，你就可以把示波器的核心功能應(yīng)用起來(lái)了，可以用它觀察單片機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)了。比如說(shuō)上電后系統(tǒng)不運(yùn)行，就用它來(lái)測(cè)一下晶振引腳的波形正常與否吧。需要注意的是，晶振引腳上的波形并不是方波，而是更像正弦波，而且晶振的兩個(gè)腳上的波形是不一樣的，一個(gè)幅值小一點(diǎn)的是作為輸入的，一個(gè)幅值大一點(diǎn)的是作為輸出的，如圖7所示。

圖7 示波器實(shí)測(cè)的晶振波形

新型低端示波器推薦

“無(wú)臉”示波器都是USB控制的。WiFi和藍(lán)牙無(wú)線示波器如今在低端市場(chǎng)已經(jīng)比較普遍。早先的無(wú)線示波器一般都是連接安卓設(shè)備，因?yàn)榘沧肯到y(tǒng)比iOS設(shè)備更容易開(kāi)發(fā)APP。我見(jiàn)到的最早的無(wú)線示波器是由Aubrey Kagan設(shè)計(jì)的，它就是連接到一個(gè)安卓平板電腦，但沒(méi)有對(duì)外銷(xiāo)售。

我測(cè)試過(guò)另外一些低端無(wú)線示波器，比如由 LabNation和Aeroscope開(kāi)發(fā)的型號(hào)。我也嘗試過(guò)國(guó)家儀器（NI）的VirtualBench，售價(jià)1999美元，這不能算低端示波器了。

RS Components的2通道RS Pro 2205A-20售價(jià)145英鎊，具有200 Msamples/s的采樣率，以及20 MHz的帶寬，特別適合音頻和低頻應(yīng)用。除了USB接口，它還帶有UART （RS-232）、SPI、I2C、LIN和CAN接口，可以安裝在汽車(chē)?yán)铩C(jī)器上，以及嵌入式系統(tǒng)中。

DS212袖珍式示波器自帶顯示屏，采用機(jī)械滑輪來(lái)調(diào)節(jié)垂直和水平分辨率。不太清楚它的實(shí)際制造商，在亞馬遜上這種型號(hào)有兩個(gè)不同的名稱(chēng)和標(biāo)價(jià)：YKEY的標(biāo)價(jià)為109.98美元，KEVWTECH的標(biāo)價(jià)為178美元。它在一個(gè)叫做e-design的中文網(wǎng)站上也有售。

DS212具有1MHz帶寬和10Msamples/s采樣率，輸入電壓范圍為±40V。它內(nèi)置電池，可以通過(guò)微型USB端口充電。據(jù)一個(gè)視頻介紹，DS212只有一個(gè)探頭，雖然它是兩通道的型號(hào)。

IkaLogic的IkaScope示波器外形有點(diǎn)另類(lèi)，具有30 MHz帶寬和200 Msamples/s采樣率，使用WiFi連接iOS和安卓設(shè)備，也可以連接桌面和筆記本電腦（Windows、Linux和MacOS），售價(jià)高達(dá)299歐元（約368美元）。而Aeroscope示波器的采樣率為100 Msamples/s，帶寬只有20 MHz，采用藍(lán)牙連接iOS設(shè)備，售價(jià)為199美元。

接下來(lái)是Red Pitaya。據(jù)Aubrey Kagan介紹，這種示波器和波形發(fā)生器實(shí)際上就是一個(gè)FPGA板，帶有兩個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）和兩個(gè)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）。

我們從儀器的角度來(lái)看Red Pitaya，而不要只將其視作FPGA板。它有兩個(gè)型號(hào)：14位和10位。其輸入帶寬為40 MHz，輸出帶寬為50 MHz，采樣率不明。Red Pitaya不需要軟件，因?yàn)樗褂脙?nèi)部WEB服務(wù)器，通過(guò)以太網(wǎng)線與計(jì)算機(jī)相連。一個(gè)SD存儲(chǔ)卡可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。其最低售價(jià)為239歐元（約294美元），根據(jù)外設(shè)不同價(jià)格略有差別。