一分钟学会系列-3.1示波器的使用

摘要本文系统讲解数字示波器的工作原理、探头选择、触发设置、显示模式、市电安全测量方法及FFT频谱分析等核心操作以DS6064为例涵盖从基础校准到高级应用的完整知识体系。目录1、概述2、示波器工作原理3、示波器探头4、使用前准备5、示波器触发★6、示波器显示方式7、市电的测量8、数学运算★9、采样速率10、小铜点1、概述类别作用最典型仪器时域测试研究信号随时间变化的测试示波器频域分析分析信号包含的频率成分频谱分析仪数据域分析显示多路数字信号逻辑状态和各路信号之间的逻辑关系逻辑分析仪▼本内容以DS6064普源示波器为例说明数据手册DS6000数字示波器。没有实物示波器的可以使用虚拟示波器练手一分钟学会系列-3.2虚拟示波器的使用。2、示波器工作原理▼通用示波器原理框图▼假设 Vy Vmsinωt即为加到 Y偏转板上的电压则电子束就会在 Y方向按正弦规律变化任一瞬间的偏转距离正比于该瞬间 Y偏转板上的电压。▼假设在 X偏转板上加一随时间而线性变化的电压即锯齿波电压那么光点在 X方向偏转的距离变化反映了时间的变化光点在荧光屏上构成反映时间变化的直线。3、示波器探头1电压探头▼泰克Tektronix TPP0201无源探头200MHz300Vpk即直接测市电会削顶和几十块钱的没法比哦。▼DP-25高压差分探头广州德肯电子2电流探头▼CPL2000电流探头深圳知用电子响应时间计算带宽10kHz对应的时间为100us。注使用Single/单次模式时由于电流有方向方向不对捕获不到信号。Auto/自动模式可以非常方便的看出电流方向。4、使用前准备1将示波器电压探头连接到下图红色框位置▼可见图形出现上冲与下冲现象这是不正常的。2使用无感一字螺丝刀进行调节3使得波形呈现下图的样子它是一个标准的 3V/1kHz方波50%占空比常用来校准示波器。5、示波器触发★1触发方式▼「触发方式」分别为Auto/自动、Normal/普通、Single/单次如图5.1 所示。当前设置为「Auto」方式可以看出波形叠加在一起。图5.1 触发电平靠上▼我们只需要将触发电平Level 设置在波形内如图5.2 所示。图5.2 触发电平处于其中2边沿触发1这是最基础、最常用的触发方式。它检测信号穿过触发电平的瞬间并可以选择是上升沿、下降沿或两者。2按 1处的「MENU」示波器的显示界面将会显示「触发」。如图5.3 黄色方框所示当前只打开「CH1」即通道1所以「信源选择」就是「CH1」。3「触发类型」我们选择「边沿触发」「边沿类型」选择上升沿。4「触发方式」通过 3处的「MODE」选择当前设置为单次。54处的旋钮用于设置触发电平会看到一条水平的虚线在上下移动这条线就是触发电平线。当前触发电平值Level 1.56V如图5.3 绿色方框所示。图5.3 内部触发设置这样的话只要测试脉冲的上升沿达到 1.56V就会触发单次捕捉。3外部触发图5.4 外部触发设置按图5.4 绿色框设置好后显示屏左上角「WAIT」闪动当前处于「STOP」状态此时「EXT TRIG」外部输入的信号上升沿的时候捕获「CH1」的输入信号。6、示波器显示方式1核心显示模式1正常显示(Normal)默认模式新波形持续刷新覆盖旧波形高速捕获时可呈现多级灰度模拟荧光效果体现信号出现概率。2自动显示(Auto)示波器自动设置垂直、水平及触发参数快速适配被测信号适合快速定位信号。3单次显示(Single)仅捕获并显示一次触发后的波形用于捕捉单次瞬态信号如上电冲击、故障脉冲等。4余辉显示(Persistence)有限余辉波形保持设定时间后消失便于观察信号变化轨迹。无限余辉Infinite波形持续保留叠加显示多次捕获结果适合分析重复信号的微小差异或噪声分布。多级灰度余辉UltraVision 技术支持通过亮度分级呈现波形出现概率类似模拟示波器荧光屏效果凸显信号细节与异常。5XY 显示模式将一个通道信号作为 X轴另一通道作为 Y轴用于显示李萨如图形常用于频率、相位测量及阻抗分析。6滚动显示(Roll)适合低频信号波形从右向左连续滚动刷新无触发等待实时呈现信号长时间变化趋势。按前面板HORIZONTAL 区域的 MENU键调出水平控制菜单。按时基软键在 Y-T模式下找到并选择滚动Roll 模式此时“1触发方式」”描述的“Level”的橙色虚线将不会显示。2扫描与采样相关显示模式交替扫描Alt多通道工作时示波器交替扫描各通道信号适合高频信号避免通道间干扰。断续扫描Chop多通道工作时以高速切换方式同时显示所有通道信号适合低频信号保证波形完整性。延迟扫描Delay在主扫描基础上对触发后某段时间窗口内的信号进行放大显示便于观察信号细节如脉冲上升沿畸变。3多种采样显示模式采样Sample常规采样等时间间隔采集数据适合大多数信号。平均Average多次采样结果平均降低噪声提高垂直分辨率平均次数可设置2-1024。峰值检测Peak Detect捕获采样间隔内信号最大值与最小值避免窄脉冲丢失适合观测信号包络。高分辨率High Resolution通过超采样技术对临近采样点平均减少噪声使波形更平滑。​​​​7、市电的测量1注意事项认知市电了解市电的供电线路及原理有助于安全用电安全测量本文画了几个图看懂了就会测量市电火线、零线和地线我国的市电居民用电规格为交流220V50Hz供电线路由火线、零线和地线组成它们的关系如图1 所示。火线L也称相线由发电站或变电站提供电压220V人体接触会有危险零线N为火线提供回路在发电站或变电站端接地由于是远端接地因此在居民楼用户端电位不一定为零可能带弱电但相对安全地线E零电势参考点在居民楼用户端接大地零电压绝对安全。2测量方法第一、错误的测量方法普通的示波器没有隔离外壳金属端与探头的负端地均与地线相连如图2 所示当用示波器直接对零线和火线测量时就会间接地把零线或火线对地线短路等效于图中红色虚线非常危险。因此示波器是不能直接测量市电的。第二、浮地测量方法这里介绍的方法具有一定的危险性如若操作不当可能引发触电事故慎重使用。如图3 所示通过将示波器的电源地线人为断开可以用两芯电源插排供电或使用隔离变压器的方法对示波器供电达到断开测量回环的目的实现“浮地”测量。一般多用此法操作较为简便但注意触电危险。如果此时是用一个二插的插线排零线处可能会是火线这样就会发生短路。第三、推荐的测量方法对普通示波器基于安全角度考虑使用“A-B”法和高压差分探头对市电测量是非常安全的下面分别对其进行介绍。“A-B”伪差分测量采用普通无源探头应用“A-B”法对市电进行测量时应将两通道探头的负端地均接至电源地线一个通道的探头探针正端接零线另一个通道的探头探针正端接火线如图5 左所示则两通道的测量差值即为市电波形。第四、高压差分探头测量应用高压差分探头测量市电火线和零线测试点正反接都没关系。探头内部通过高阻的方式将测量端的地和示波器的地隔离开来不会造成短路问题测量方式如图5 右侧所示。高压差分探头是最佳的推荐方式安全方便但价格会比较昂贵。8、数学运算★▼点击图7.1 的 1处「MATH」即可打开运算功能2处的旋钮用于切换不同的操作。图7.1 进入MATH▼3处用于切换「高级运算」。图7.2 高级运算下面以 FFT变换为例说明▼DG 3061A信号发生器实际输出的波形为 5Vpp。图7.3 输出波形5kHz/5Vpp通过图7.5 的 1处将操作切换至 FFT本处窗函数设置为「Hanning」。共有 4种窗函数分别为 Rectangle(矩形)、Hanning(汉宁)、Hamming(海明)、Blackman(布莱克曼)。图7.4 窗函数▼默认窗口将被分屏通过图7.5 的 4处可切换至「全屏」5处的「垂直刻度」设置为「Vrms」6处的 SCALE旋钮调整为 500mV。FFT变换后的结果如下图所示此时 5kHz 处的信号有效值为 2.5V/1.414 ≈ 1.8V。图7.5 FFT设置▼方波具有奇次谐波10kHz 为基波30kHz为 3次谐波50kHz为 5次谐波……图7.6 方波的傅里叶变换注意1使用触发功能将波形定住否则此示波器信号的幅值就会不正确。2为减少直流成分可将信源的「通道耦合」设为「交流」方式。3为减少重复或单次脉冲事件的随机噪声以及混叠频率成分可将示波器的「获取方式」设为「​​​​​​​平均」方式。FFT 为《信号与系统》范畴相关内容移步信号与系统1-概述。9、采样速率▲采样速率越高波形还原越真实。S/s 或 Sa/s 就是 Sample/second每秒钟的采样数。M 10^6G 10^9。比如 5GSa/s 即示波器 1秒采集 5G个点也就是 1秒采集 5亿个点。10、小铜点▲配合有源探头的同轴模拟接口之外的信号接口含电源、通信也许还有同步用的时钟。万丈高楼平地起辉煌只能靠自己。觉得不错动动发财的小手点个赞哦