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                    示波器的工作原理

                    時間:2020-10-19 00:15來源:海獵人

                     

                    示波器的工作原理

                    示波器發明于20世紀初,當時的射頻工程師意識到觀察電路的運行情況很有必要,某些情況下電壓計就是無法使用。早期的示波器使用一根玻璃管,類似老式的電視顯像管,屏幕上顯示一個光點,按照設備前面的把手決定的速率從左向右運動。另一個把手用來調整輸入信號的增益(也叫靈敏度 ),把信號控制在顯示器豎直方向的顯示范圍內。圖17-9展示了模擬示波器的一幅通用原理框圖。

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                     17-9 老式(模擬)示波器框圖

                    一臺基本的老式模擬示波器由垂直放大器/轉換器、觸發器/同步電路、水平掃描發生器(或定時器)及某種類型的顯示器組成。顯示器一般是陰極射線管(CRT,類似于老式電視或電腦的玻璃顯示器)。

                    示波器的工作方法是通過使顯示光點在顯示屏上橫向運動的同時上下移動,從而使顯示的波形對輸入作出響應。在老式的裝有陰極射線管的設備上,在顯示屏上打出光點的電子束被電極控制橫穿顯示屏,同時又被垂直輸入信號影響產生上下偏移。如果你有機會使用老式的陰極射線管示波器,一定要親自操作一下,這有助于你更清晰地理解數字設備隱含的一些概念。

                    能夠觀察到輸入信號波形是不錯,但是如果水平掃描時基與信號不同步,波形就會在顯示屏上漂移。觸發電路用來鎖定水平掃描時間,使它與輸入信號頻率保持一致,從而使顯示的波形穩定。觸發電路檢測輸入信號是否達到了某個閾值,當閾值達到后,水平掃描時基就會重置,以使輸入信號看起來在顯示屏上保持靜止。在觸發電路運行時改變水平掃描速率就會達到放大水平方向輸入波形的效果(變寬)。因此,你可以放大并觀察波形的某一個有趣部分。

                    有了好的觸發器和已知的水平掃描速率,不僅可以確定輸入波形的峰-峰值,還可以確定信號的頻率。老式示波器在陰極射線管顯示屏外面裝有一塊透明塑料板,上面加工或模塑有網格。塑料板一側的燈泡(隱藏在射線管周圍的遮光板后面)用來照亮網格線。要確定輸入信號的頻率,只需數一數兩個波峰之間豎直網格線的條數,再乘以每格對應的時間,這是由水平速率決定的。

                    早期的示波器都是模擬示波器,F代的示波器是數字示波器,這意味著它們將輸入信號轉換為一串二進制數字(第13章描述了模數轉換器)。二進制數據用來在液晶顯示屏上產生信號波形。在數字示波器內部,波形的顯示實際上是由內置的微處理器在模擬信號轉換為數字信號后完成的。圖17-10展示了現代數字示波器的原理框圖。

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                     17-10 數字示波器框圖

                    在現代的數字示波器中,對輸入信號頻率的測量通常是示波器的輸入轉換和顯示邏輯自動完成的功能。數字示波器也會顯示輸入信號的峰峰值電平,而且很多數字設備都能在屏幕上顯示出光標 來測量某一部分的信號,例如脈沖的上升沿或某段波形的電壓電平。圖17-11展示了一臺數字示波器的顯示屏。這臺設備沒有液晶顯示器,但卻是一臺全固態、全數字示波器。

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                     17-11 數字示波器顯示

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