示波器八大常見問題詳解
2012-03-20
時下社會已經全面進入電子信息時代，電子工程師或者正步入電子工程師行業的準電子工程師隨處可見，而示波器是工程師必須接觸的分析儀器，相當于工程師的另外一雙眼睛，長沙艾克塞普儀器公司首席應用工程師Tony.Li 誠意編輯了示波器八大常見問題詳解，希望能夠給這些對于示波器操作或者理解還不夠深入的人們給予幫助。
伴隨著計算機、半導體和通信技術的發展，一直是我們設計、調試產品好幫手的示波器在電子方面的應用也就越來越廣泛，那對于示波器的使用中如果要想準確快速地對系統信號進行分析，那在測量時還有很多新的因素是必須要考慮的：例如儀器速度能否跟上被測信號的變化、帶寬是否足夠、測量方法會不會引入干擾，甚至還有所使用的探頭是否合適等等。這些都是示波器使用中常見的一些問題，那我們碰到這些問題的時候該如何處理呢？下面就來給大家說示波器常見問題的處理：
問題1：在選擇示波器時，一般考慮最多的是帶寬，那么在什么情況下要對采樣速率有所考慮呢?
答：帶寬是取決于被測對象的。在帶寬滿足的前提下，希望最小采樣間隔(采樣率的倒數)能夠捕捉到您需要的信號細節。業界有些關于采樣速率經驗公式，但基本上都是針對示波器帶寬得出的，實際應用中，最好不用示波器測相同頻率的信號。若在選型時，對正弦波選擇示波器帶寬應是被測正弦信號頻率的3倍以上，采樣率是帶寬的4到5倍，也即實際上是信號的12到15倍;若是其它波形，要保證采樣率足以捕獲信號細節。若您正在使用示波器，可通過以下方法驗證采樣率是否夠用：將波形停下來，放大波形，若發現波形有變化(如某些幅值)就說明采樣率不夠，否則無礙。另外也可用點顯示來分析采樣率是否夠用。
問題2：為什么我的示波器有時候抓不到經過放大后的電流信號呢?
答：如果信號的確存在，但示波器有時能抓到有時抓不到，這就可能和示波器的設置有關系。通常可將示波器觸發模式設置成Normal，觸發條件設置成邊沿觸發，并將觸發電平調到適當值，然后將掃描方式設置成單次方式。如果這種方式還不行，那就可能是儀器出了問題。
問題3：有些瞬時信號稍縱即失，如何捕捉并使其重現?
答：將示波器設置成單次采集方式(觸發模式設置成Normal，觸發條件設置成邊沿觸發，并將觸發電平調到適當值，然后將掃描方式設置成單次方式)，注意示波器的存儲深度將決定您能采集信號的時間以及能用到的最大采樣速率。
問題4：如何測量電源紋波?
答：可以先用示波器將整個波形捕獲，然后將關心的紋波部分放大來觀察和測量(自動測量或光標測量均可)，同時還要利用示波器的FFT功能從頻域進行分析。
問題5：關于模擬和數字示波器比較的問題：1、模擬和數字示波器在觀察波形的細部時，哪個更有優勢(例如在過零點和峰值時，觀察1%以下寄生波形)?2、數字示波器一般提供在線顯示均方根值，它的精度一般是多少?
答：1)觀察1%以下寄生波形，無論是模擬示波器還是數字示波器，觀察精度都不是很好。模擬示波器的垂直精度未必比數字示波器更高，如某500MHz帶寬的模擬示波器垂直精度是±3%，這并不比數字示波器
(通常精度為1～2%)更具優勢，而且對細節，數字示波器的自動測量功能比模擬示波器的人工測量更精確。
2)對于示波器的幅值測量精度，很多人用A/D位數來衡量。實際上，隨著您所用的示波器帶寬、實際采樣率設置等，它會有所變化。若帶寬不夠，本身帶來的幅值測量誤差就很大，若帶寬夠了，采樣設置很高，實際的幅值測量精度也不如采樣率低時候的精度(您有時可參考示波器的用戶手冊，它可能會給出不同采樣率下，示波器的A/D實際有效位數)。總的來講，示波器測量幅值，包括均方根值的精度往往不如萬用表，同理，測量頻率它不如頻率計數器。
問題6：每臺示波器都有一個頻率范圍，比如10M、60M、100M...我手頭用的示波器標稱為60MHz，是不是可以理解為它最大可以測到60MHz?可我用它測4.1943MHz的方波時都測不到，這是什么原因?
答：60MHz帶寬示波器，并不意味著可以很好地測量60MHz的信號。根據示波器帶寬的定義，若輸入峰峰值為1V的60MHz正弦波到60MHz帶寬示波器上，您在示波器上將看到0.707V的信號(30%幅值測量誤差)。如果測試方波，選擇示波器的參考標準應是信號上升時間，示波器帶寬=0.35/信號上升時間×3，此時您的上升時間測量誤差為5.4%左右。測量誤差為5.4%左右。
示波器的探頭帶寬也很重要，若使用的示波器探頭包括其前端附件構成的系統帶寬很低，將會使示波器帶寬大大下降。如若使用20MHz帶寬的探頭，則能實現的最大帶寬是20MHz，如果在探頭前端使用連接導線，將會進一步降低探頭性能，但對4MHz左右方波不應有太大影響，因為速度不是很快。
另外還要看一下示波器使用手冊，有的60MHz示波器在1:1設置下，其實際帶寬將銳減到6MHz以下，對于4MHz左右的方波，其三次諧波是12MHz，五次諧波是20MHz，若帶寬降到6MHz，對信號幅值衰減很大，即使能看到信號也絕對不是方波，而是幅值被衰減了的正弦波。當然，測不出信號的原因可能有多種，如探頭接觸不好(該現象很容易排除)，建議用BNC電纜連接一函數發生器，檢驗該示波器本身有沒有問題，探頭有沒有問題，如有問題，可和廠家直接聯系。
問題7：有些瞬時信號稍縱即失，如何捕捉并使其重現?
答：將示波器設置成單次采集方式(觸發模式設置成Normal，觸發條件設置成邊沿觸發，并將觸發電平調到適當值，然后將掃描方式設置成單次方式)，注意示波器的存儲深度將決定您能采集信號的時間以及能用到的最大采樣速率。
問題8：如何理解“考核波形采樣率夠不夠時，將波形停下來，放大波形，若發現波形有變化(如某些幅值)就說明采樣率就不夠，否則無礙。也可用點顯示來分析采樣率是否夠用。”?
答：曾經有幸給用戶做過實測，曾親歷這種現象。當時被測對象是一種看上去很隨機且高速變化的信號，用戶將觸發電平設在-13V左右。波形采集下來后想放大測量細節時，卻發現改變示波器時基(SEC/DIV)設置時，信號幅值突然變小，我當時將示波器改成點顯示，發現好像是點數(存儲深度)不夠，但我比較點顯示和矢量顯示后，發現若矢量顯示有一定可信性，那么就是當前的兩個采樣間隔(采樣率的倒數)中信號有突變，但未能被采集到(采樣間隔不夠細，即采樣率不夠高)。我換了一臺同樣存儲深度但采樣率較高的示波器，發現問題消失了。
存儲深度也會影響示波器能用到的實際最大采樣率。存儲深度太淺可能是個問題，因為存儲深度可能限制能實際用到的最大采樣速率，但實質上是采樣率不夠，丟失了信號細節。存儲深度不夠深，可能會導致實際采樣率不高，這一點跟廠家提供的指標關系不大。
伴隨著計算機、半導體和通信技術的發展，一直是我們設計、調試產品好幫手的示波器在電子方面的應用也就越來越廣泛，那對于示波器的使用中如果要想準確快速地對系統信號進行分析，那在測量時還有很多新的因素是必須要考慮的：例如儀器速度能否跟上被測信號的變化、帶寬是否足夠、測量方法會不會引入干擾，甚至還有所使用的探頭是否合適等等。這些都是示波器使用中常見的一些問題，那我們碰到這些問題的時候該如何處理呢？下面就來給大家說示波器常見問題的處理：
問題1：在選擇示波器時，一般考慮最多的是帶寬，那么在什么情況下要對采樣速率有所考慮呢?
答：帶寬是取決于被測對象的。在帶寬滿足的前提下，希望最小采樣間隔(采樣率的倒數)能夠捕捉到您需要的信號細節。業界有些關于采樣速率經驗公式，但基本上都是針對示波器帶寬得出的，實際應用中，最好不用示波器測相同頻率的信號。若在選型時，對正弦波選擇示波器帶寬應是被測正弦信號頻率的3倍以上，采樣率是帶寬的4到5倍，也即實際上是信號的12到15倍;若是其它波形，要保證采樣率足以捕獲信號細節。若您正在使用示波器，可通過以下方法驗證采樣率是否夠用：將波形停下來，放大波形，若發現波形有變化(如某些幅值)就說明采樣率不夠，否則無礙。另外也可用點顯示來分析采樣率是否夠用。
問題2：為什么我的示波器有時候抓不到經過放大后的電流信號呢?
答：如果信號的確存在，但示波器有時能抓到有時抓不到，這就可能和示波器的設置有關系。通常可將示波器觸發模式設置成Normal，觸發條件設置成邊沿觸發，并將觸發電平調到適當值，然后將掃描方式設置成單次方式。如果這種方式還不行，那就可能是儀器出了問題。
問題3：有些瞬時信號稍縱即失，如何捕捉并使其重現?
答：將示波器設置成單次采集方式(觸發模式設置成Normal，觸發條件設置成邊沿觸發，并將觸發電平調到適當值，然后將掃描方式設置成單次方式)，注意示波器的存儲深度將決定您能采集信號的時間以及能用到的最大采樣速率。
問題4：如何測量電源紋波?
答：可以先用示波器將整個波形捕獲，然后將關心的紋波部分放大來觀察和測量(自動測量或光標測量均可)，同時還要利用示波器的FFT功能從頻域進行分析。
問題5：關于模擬和數字示波器比較的問題：1、模擬和數字示波器在觀察波形的細部時，哪個更有優勢(例如在過零點和峰值時，觀察1%以下寄生波形)?2、數字示波器一般提供在線顯示均方根值，它的精度一般是多少?
答：1)觀察1%以下寄生波形，無論是模擬示波器還是數字示波器，觀察精度都不是很好。模擬示波器的垂直精度未必比數字示波器更高，如某500MHz帶寬的模擬示波器垂直精度是±3%，這并不比數字示波器
(通常精度為1～2%)更具優勢，而且對細節，數字示波器的自動測量功能比模擬示波器的人工測量更精確。
2)對于示波器的幅值測量精度，很多人用A/D位數來衡量。實際上，隨著您所用的示波器帶寬、實際采樣率設置等，它會有所變化。若帶寬不夠，本身帶來的幅值測量誤差就很大，若帶寬夠了，采樣設置很高，實際的幅值測量精度也不如采樣率低時候的精度(您有時可參考示波器的用戶手冊，它可能會給出不同采樣率下，示波器的A/D實際有效位數)。總的來講，示波器測量幅值，包括均方根值的精度往往不如萬用表，同理，測量頻率它不如頻率計數器。
問題6：每臺示波器都有一個頻率范圍，比如10M、60M、100M...我手頭用的示波器標稱為60MHz，是不是可以理解為它最大可以測到60MHz?可我用它測4.1943MHz的方波時都測不到，這是什么原因?
答：60MHz帶寬示波器，并不意味著可以很好地測量60MHz的信號。根據示波器帶寬的定義，若輸入峰峰值為1V的60MHz正弦波到60MHz帶寬示波器上，您在示波器上將看到0.707V的信號(30%幅值測量誤差)。如果測試方波，選擇示波器的參考標準應是信號上升時間，示波器帶寬=0.35/信號上升時間×3，此時您的上升時間測量誤差為5.4%左右。測量誤差為5.4%左右。
示波器的探頭帶寬也很重要，若使用的示波器探頭包括其前端附件構成的系統帶寬很低，將會使示波器帶寬大大下降。如若使用20MHz帶寬的探頭，則能實現的最大帶寬是20MHz，如果在探頭前端使用連接導線，將會進一步降低探頭性能，但對4MHz左右方波不應有太大影響，因為速度不是很快。
另外還要看一下示波器使用手冊，有的60MHz示波器在1:1設置下，其實際帶寬將銳減到6MHz以下，對于4MHz左右的方波，其三次諧波是12MHz，五次諧波是20MHz，若帶寬降到6MHz，對信號幅值衰減很大，即使能看到信號也絕對不是方波，而是幅值被衰減了的正弦波。當然，測不出信號的原因可能有多種，如探頭接觸不好(該現象很容易排除)，建議用BNC電纜連接一函數發生器，檢驗該示波器本身有沒有問題，探頭有沒有問題，如有問題，可和廠家直接聯系。
問題7：有些瞬時信號稍縱即失，如何捕捉并使其重現?
答：將示波器設置成單次采集方式(觸發模式設置成Normal，觸發條件設置成邊沿觸發，并將觸發電平調到適當值，然后將掃描方式設置成單次方式)，注意示波器的存儲深度將決定您能采集信號的時間以及能用到的最大采樣速率。
問題8：如何理解“考核波形采樣率夠不夠時，將波形停下來，放大波形，若發現波形有變化(如某些幅值)就說明采樣率就不夠，否則無礙。也可用點顯示來分析采樣率是否夠用。”?
答：曾經有幸給用戶做過實測，曾親歷這種現象。當時被測對象是一種看上去很隨機且高速變化的信號，用戶將觸發電平設在-13V左右。波形采集下來后想放大測量細節時，卻發現改變示波器時基(SEC/DIV)設置時，信號幅值突然變小，我當時將示波器改成點顯示，發現好像是點數(存儲深度)不夠，但我比較點顯示和矢量顯示后，發現若矢量顯示有一定可信性，那么就是當前的兩個采樣間隔(采樣率的倒數)中信號有突變，但未能被采集到(采樣間隔不夠細，即采樣率不夠高)。我換了一臺同樣存儲深度但采樣率較高的示波器，發現問題消失了。
存儲深度也會影響示波器能用到的實際最大采樣率。存儲深度太淺可能是個問題，因為存儲深度可能限制能實際用到的最大采樣速率，但實質上是采樣率不夠，丟失了信號細節。存儲深度不夠深，可能會導致實際采樣率不高，這一點跟廠家提供的指標關系不大。
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