什么是示波器?模拟和数字示波器简介

示波器可能是电气和电子工程师最常用的实验室设备(除了万用表)。但是什么是示波器呢?示波器有哪些不同类型?示波器是如何工作的?让我们试着在这个示波器导论指南中理解所有这些。

什么是示波器?

示波器是一种电子测试和测量仪器，它以X-Y图的形式图形地显示电信号。这里，横轴(X)表示时间，纵轴(Y)表示电压的大小。所以，示波器本质上显示的是电信号电压随时间变化的图形。因此，早期的示波器被称为示波器。

虽然万用表也测量电信号的电压，示波器通过使用波形直观地表示信号，将这种测量提高到一个新的水平。通过绘制这些波形，可以很容易地解释信号的基本属性，如振幅、频率、周期、上升和下降时间等。

例如，如果您正在设计一个12V电源，万用表只能显示电源的输出是否为12V。示波器，另一方面，可以显示输出功率的波形，你可以分析噪声，波纹，开关频率等，并作出任何改进或修正。

示波器简史

你还记得CRT电视吗?那些笨重的电视设备有一个阴极射线管，负责在屏幕上显示图像。事实上，费迪南德·布劳恩在1897年对阴极射线管进行实验时研制出了第一台示波器。1899年，Jonathan Zenneck通过添加波束形成板和应用线性水平磁场偏转场，开发了第一个示波器。

所有这些实验大多产生了实验室用的设备，但这一切在1931年发生了变化，V. K. Zworykin博士发表了一篇关于CRT的论文，解决了热阴极和真空的问题。这最终导致通用无线电公司发布了第一个便携式基于crt的示波器。

有趣的事实:由于最初的示波器是使用阴极射线管技术开发的，早期的示波器被称为阴极射线示波器或简称CRO。术语“CRO”成为了一个流行的行业术语，即使在今天，许多高级工程师使用CRO作为示波器的同义词，尽管大多数现代示波器是带有LCD显示器的数字。

半导体技术(处理器、存储器和数据转换器)、LCD显示技术的发展，以及crt成本的不断增加，使得工程师们冒险进入数字示波器。大多数现代示波器被称为数字存储示波器(DSO)，因为它们捕获和存储迹线以供再次调查。

示波器的类型

基本上，示波器有两种类型。

• 模拟
• 数字

这种分类在20世纪90年代数字存储示波器的发展之后才变得重要。

什么是模拟示波器?

早期的CROs是模拟示波器。它们非常简单，因为不需要任何类型的信号处理，电信号显示为一个波形是使用高增益放大器。

一个简单的CRO由CRT(阴极射线管)、垂直和水平放大器、触发单元、时间基数(扫描发生器)和电源组成。

什么是数字示波器?

模拟示波器和数字示波器之间的主要区别是，在数字示波器中，模拟信号被捕获并使用模拟-数字转换器转换为数字信号。

使用数字示波器的优点是可以很容易地将数字数据存储在数字存储器中。这是数字存储示波器(DSOs)的主要功能，其中的一部分跟踪被捕获并可以稍后进行分析。

在使用LCD显示器之前，数字示波器仍然使用crt来显示信号。这种示波器需要一个数字到模拟转换器，将数字信号转换回模拟信号，并在CRT上显示它们。但是使用LCD显示器，我们可以完全避免这一步，因为数字信号可以直接显示在LCD上(进行一些转换)。

数字示波器进一步分为:

• 数字存储示波器(DSO)
• 混合信号示波器(MSO)
• 数字荧光示波器(DPO)
• 混合域示波器(MDO)
• 数字采样示波器

示波器是如何工作的?

既然我们已经了解了什么是示波器和示波器的两种基本类型，现在让我们试着理解示波器是如何工作的。由于一般有模拟示波器和数字示波器，我们将看到它们是如何工作的。

模拟示波器

CRT是所有模拟示波器的主要组成部分。如果我们了解了CRT的工作原理，那么我们就可以很容易地知道如何在CRT的屏幕上显示波形。下图显示了在CRT上显示波形所需的基本构建模块。

上述方框图中的垂直段负责将主图像发送到CRT的垂直偏转板上。垂直部分放大或衰减输入信号。水平段负责电子束从左向右的运动。触发节决定何时在CRT上绘制波形。

显示系统

下图是模拟示波器的简化显示系统。框图中的z轴电路负责控制电子束的亮度。

垂直系统

在其基本形式中，模拟示波器的垂直系统包括衰减器、前置放大器、延迟线和主放大器。下图是示波器垂直系统的框图。

垂直系统的衰减器部分衰减输入信号，也允许交流或直流耦合。前置放大器级负责改变信号的直流分量，因此，它允许改变迹线的位置。垂直部分的延迟线使显示信号的开始成为可能。

水平系统

为了在示波器上正确显示信号，垂直系统和水平系统同样重要。垂直系统负责信号的振幅部分，水平系统带来了2^nd维度，即信号的时间方面。

水平系统向水平板提供偏转电压以使电子束水平移动。为此，扫描发生器电路产生锯齿(或斜坡)信号来控制光束的扫描速率。

下图是示波器水平系统的框图。锯齿信号或斜坡信号线性上升，可以测量两个事件之间的时间。扫描发生器是在时间上校准的，因此，它也被称为时间基。

除了时间基之外，前面所说的z轴控制系统也是水平系统的一部分。

触发系统

示波器的最后一个重要部分是触发系统。该系统确定示波器在屏幕上绘制波形的时间。

阴极射线管(CRT)的屏幕内部涂有一层磷，这样当电子撞击它时，屏幕就会发光。水平系统负责将梁从左向右移动。当它到达屏幕的最右边时，它会迅速返回到左边，再次开始这个过程。这个过程称为扫描(或跟踪或扫描)。

垂直系统负责将梁垂直移动。示波器的触发系统确保波形的轨迹总是从屏幕上的同一点开始。

数字示波器

让我们以一个带有CRT的数字示波器为参考来了解它的工作原理。下图是一个典型的带有CRT显示器的数字示波器的简化框图。

主要的区别在于示波器的垂直系统。所以，让我们只关注那，因为剩下的工作将类似于模拟示波器。

经过衰减和预放大器阶段后，模拟信号使用ADC(模拟数字转换器)转换为数字信号。然后将数字信号交给处理单元，处理单元执行一些信号处理(计算基本参数，将其存储在内存中等)。为了在CRT上显示信号，必须借助数模转换器将数字信号转换回模拟信号。

结论

我们在这篇文章中介绍了示波器的导论指南。我们学习了什么是示波器，有哪些不同类型的示波器，示波器的基本组件，以及模拟示波器和数字示波器的工作原理。在示波器的世界中有更多的探索，在未来，我们想用更多的信息更新这个页面。