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模拟与数字示波器:有什么区别?

  • 发表时间:2021-09-07 08:25:03
  • 来源:本站
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示波器是电子工程中重要的测试工具特别是当我们测量一段重复波形或高频信号时。但是,初学者有一个问题;模拟与数字示波器——哪个更好?在大多数情况下,您会注意到数字示波器的成本高于模拟示波器。      

但为什么?在本指南中,我们将回答这个问题以及更多问题。我们还将介绍每个范围的工作原理以及如何识别它。在本指南结束时,您应该区分这两者,哪一个最适合您的项目。

什么是示波器? 

模拟与数字示波器--调整示波器的手 

调整示波器的手 

示波器的推移,许多名字。您可以将其称为示波器、o 型示波器、CRO(阴极射线示波器)、DSO(数字存储示波器)或简称为示波器。它是一种使用探头测量电子设备或电路两点之间变化的信号电压的设备。 

测量电压时,万用表从单个时间点读取电路读数。另一方面,示波器允许您随时间测量电路的电压。从本质上讲,它将需要成千上万的读数并将它们绘制在您的屏幕上。这将使您能够轻松比较瞬态事件中的任何电压尖峰或电压下降。 

有两种主要类型的示波器;模拟示波器(或模拟示波器)和数字示波器。它们的工作原理几乎相同,但正如您将看到的,数字示波器具有模拟同类产品所没有的附加功能。 

模拟示波器

模拟与数字示波器--模拟示波器

模拟示波器

资料来源:维基共享资源

当制造商推出模拟示波器时,他们使用带有水平偏转板的 CRT 来显示波形。 

管上水平板上的电压改变了流的位置。当电子流撞击屏幕上的荧光粉涂层时,着陆区域会发光。因此,这显示了一个最终将成为可感知波长的光点。 

您可以使用双光束示波器来比较两种不同的信号。它们将在一个平面屏幕上同时发射和显示两束电子束。 

基本的模拟示波器没有存储功能。但是,您可以购买模拟存储示波器来存储输入波长图像。然而,根据现代标准,这些模拟存储示波器价格昂贵且非常简陋。 

最初,模拟示波器通常又大又笨重。然而,由于数字技术,未来的示波器变得足够紧凑,适合现场服务应用。

数字示波器

模拟与数字示波器--Rigol DS2000系列数字示波器

Rigol DS2000 系列数字示波器

资料来源:维基共享资源

固态屏幕取代了大而笨重的 CRT。因此,这使得范围更小,也没有那么深。此外,这也为他们提供了更多的显示功能。今天,数字示波器是最常见的示波器类型。  

此外,数字示波器的出现允许额外的功能,如标准存储、改进的显示操作、更好的触发等。

数字示波器的类型

随着制造商和公司发布第一批数字示波器,他们在数字荧光示波器(DPO) 和数字存储示波器(DSO)下推出了它们这是因为最初的几个数字示波器使用了荧光屏。现代数字示波器使用LEDLCD屏幕。 

过去,屏幕尺寸和分辨率限制了模拟示波器。相反,现代数字示波器没有这个问题。 

混合信号和混合域示波器(MSO 和 MDO)

模拟与数字示波器——Agilent 54622D MSO 拆解

Agilent 54622D MSO 拆解

来源:Flickr

数字示波器提供的新功能远远超出了模拟时代许多人的想象。它们结合了逻辑分析通道等功能,超出了通常可用的两个或多个模拟示波器通道。例如,混合信号示波器 (MSO) 变得可用。其他功能,如函数发生器输出数字万用表也是可能的。   

几乎所有现代示波器都有标准的 MSO 型号。或者,他们可以提供多个数字频道作为选项。此外,许多数字示波器包括信号处理以在频域中进行测量频谱分析这允许测试可能需要混合频谱分析和正常范围测量的电路。 

真正的混合域示波器具有专用的 RF连接器,您只能将其用于频域测量。有趣的是,它通常具有更高性能的频谱分析能力。 

数字采样示波器

模拟与数字示波器--数字采样示波器

数字采样示波器

资料来源:维基共享资源

示波器的另一种形式是数字采样示波器这是一种非常专业的范围形式,人们将其用于数量有限的利基应用程序。例如,它可以查看信号抖动等方面的问题,深入到数十 GHz 区域。因此,我们不会将这些示波器用于一般的示波器应用。

因此,它们的用例有限。范围也有多种格式。它们可以装在标准的工作台箱中,供实验室使用。相比之下,其他的更适合现场服务应用。 

模拟与数字示波器 ——USB 和基于 PC 的示波器

连接到笔记本电脑的 PicoScope 6000

连接到笔记本电脑的 PicoScope 6000

来源:维基媒体

基于 PC 的示波器既可以作为独立示波器出现,也可以作为外部示波器出现。基于 PC 的外部示波器需要连接到您的 PC 才能工作。此外,他们可以使用计算机的显示器、电源和处理器。通常,您可以通过USB接口连接它们。 

但是,某些外部示波器可以使用计算机总线系统,例如PXI 系统当然,您需要在计算机上安装示波器软件和驱动程序才能正确连接。

另一方面,基于 PC 的内部独立示波器带有内部计算机部件。它们具有内部微处理器,赋予它们额外的功能,例如仪器控制自动测量显示管理此外,它们允许对数字化信号进行更复杂的处理。这超出了具有直接查看存储 CRT 的模拟版本的能力。 

有各种各样不同类型和型号的示波器。了解它们的特性并查看它们的规格表,您可以查看它们的性能、外形和整体功能。

模拟与数字示波器 ——模拟和数字示波器之间的主要区别

操作差异

带示波器的电子工程工作台

带示波器的电子工程工作台

新手电子社区之间存在巨大的误解。许多人认为只有模拟示波器使用 CRT 显示器。这是不真实的。Tektronix 2230数字存储示波器等数字示波器使用 CRT 显示器。 

如果您将Tektronix 2213等旧模拟示波器与 Tektronix 2230 DSO 进行比较,您会注意到后者具有更多面板控件。因此,数字存储示波器的运行方式本质上更加复杂。 

数字示波器可以完成模拟示波器所能做的一切。但是,当您开始缩小模拟示波器时,尤其是在较低频率时,输出图像开始闪烁。这是因为 CRT 屏幕显示波形的方式。

数字存储示波器通过为您提供更稳定的图像来解决这个问题。因此,DSO 不是显示变化的电压,而是在变化的点采样波形,存储它们并显示它们。这使其显示更稳定,并使您更容易查看整个波形。  

数字示波器通过其模数转换器 (ADC) 实现这一点。它将测量的电压作为模拟信号并将它们转换为数字信号。 

模拟示波器不能像数字示波器那样具有相同的持久性。此外,您可以在数字示波器上调整有效余辉,使其接收更多噪音。显示校准使您可以看到更准确的测量结果和更好的图形质量。此外,LCD 技术的使用使数字系统更轻便、更便携。 

规格差异

图像

示波器矢量图像

资料来源:Commons Wikimedia

了解示波器之间某些差异的另一种方法是观察它们的规格。在本节中,我们将介绍这些规格:

模拟与数字示波器 - 带宽 (BW): 

这是示波器的标志性规范。它描述了示波器前端可以处理多高的频率以及它可以捕获多快的上升时间。

因此,信号的频率和该信号的上升时间是内在相关的。要计算示波器可以看到的最快上升时间,请将 0.35 除以示波器的指定带宽。所以公式看起来像这样:最快的可捕获时间 = 0.35 / 带宽。

模拟和数字示波器都有带宽规格。然而,现代数字示波器远远超过了旧示波器的带宽能力。

采样/采样率:

该规范是数字示波器独有的。它告诉您示波器每秒采集数据的点数。本质上,输入信号通过模拟前端(带宽来源),然后数字化仪对模拟波形进行采样。

虽然采样率与带宽有关,但并不影响它。它所做的只是从模拟前端获取数据。然而,带宽描述了示波器的模拟部分,而采样率描述了数字部分。由此,我们可以理解为什么采样率是数字示波器独有的规范。

内存深度/大小:

采样率和存储深度是示波器中彼此密切相关的属性。存储深度描述了示波器可以捕获多少波形数据。采样率越快,捕获的波越短。因此,具有更快采样率的波形占用更多内存。此外,您可以使用的内存越多,您可以存储的时间就越多。

存储深度是数字示波器的第三个最重要的属性。同样,它是数字存储示波器独有的规范。模拟示波器不捕获或记录波形。因此,它们没有内存深度属性。

模拟与数字示波器 – 分辨率(ADC 位):

 现代示波器带有 8、10 和 12 位 ADC 位。模数转换器接收模拟信号,对其进行转换,然后将其量化为数字信息。因此,8 位 ADC 能够进行 256 个量化级别 (2^8 = 256)。这是 ADC 的垂直分辨率。

分辨率越高,波形表示越清晰。此外,ADC 位将决定输入范围例如,分辨率更高的示波器将更适合分析微小信号。这是模拟示波器所没有的另一个独特的规范。

模拟与数字示波器 - 触发:

  • 每个数字示波器都带有一个旋钮,可让您更改示波器上的触发电平。触发器本质上是告诉示波器何时拍摄波形快照。  

您的标准 DSO 带有许多不同的触发模式,它们告诉您在遇到触发事件时如何做出反应。例如,边沿触发模式会告诉示波器在信号触及显示屏上的网格边沿时捕捉快照。这为您提供了一种测量波形的通用方法。

同样,由于模拟示波器不捕获和存储数据,触发器大多是数字存储示波器独有的。

模拟与数字示波器——模拟示波器的优势

与模拟示波器相比,使用数字示波器有许多优点。但是使用旧的模拟示波器有什么好处呢? 

更易于使用: 

数字示波器往往是更精细的示波器。相反,模拟示波器可能更易于使用,因为它们具有最少的控制和更少的混乱显示。因此,您可以使用它们来学习电压测试的基础知识。通常,更少的功能确实等同于更简单。您不必花费太多时间来配置模拟示波器。      

不会那么贵:

模拟示波器比数字示波器便宜。这是因为它们较旧且功能较少,而且由于您可以找到许多这种类型的二手示波器,因此它们更便宜。 

更适合模拟读数:

模拟读数通常在模拟 CRT 屏幕上显示得更好。它们更清晰,在某些情况下,可能看起来噪音更小。

可用性:

同样,因为它们更旧,您可以购买许多旧的二手型号。此外,它们的需求量较小。因此,大多数信誉良好的电子产品和设备商店往往库存充足。

与模拟示波器相比,使用数字示波器有许多优点。但是使用旧的模拟示波器有什么好处呢? 

  • 更易于使用:  数字示波器往往是更精细的示波器。相反,模拟示波器可能更易于使用,因为它们具有最少的控制和更少的混乱显示。因此,您可以使用它们来学习电压测试的基础知识。通常,更少的功能确实等同于更简单。您不必花费太多时间来配置模拟示波器。      

  • 便宜模拟示波器比数字示波器便宜。这是因为它们较旧且功能较少,而且由于您可以找到许多这种类型的二手示波器,因此它们更便宜。 

  • 更适合模拟读数:模拟读数通常在模拟 CRT 屏幕上显示效果更好。它们更清晰,在某些情况下,可能看起来噪音更小。

可用性:同样,因为它们较旧,您可以购买许多旧的二手模型。此外,它们的需求量较小。因此,大多数信誉良好的电子产品和设备商店往往库存充足。

结论

对于电子工程中最简单的测试,模拟示波器的性能与数字示波器一样好。如果您是初学者或业余爱好者,购买模拟示波器而不是数字示波器可能会让您受益更多。但是,在购买示波器时,您必须清楚自己的目标以及示波器的功能是否与这些目标相符。 

例如,您需要分析示波器设计、数字或模拟带宽、上升时间、采样率、通道密度、记录长度、波形捕获率、连接性和可扩展性。对于数字示波器,您需要担心每个通道的内存和内存深度。一旦您了解了这些简单的规格,您就能够辨别哪种示波器最适合您。现在,当人们问:“模拟与数字示波器;哪一个更好?” 您将能够为他们提供明确的答案。尽管如此,我们希望您发现本指南对您有所帮助。一如既往,感谢您的阅读。