數(shù)字示波器的主要性能指標(biāo)
2013/1/28  9:12:31

      在選擇數(shù)字示波器時(shí),我們主要考慮其是否能夠真實(shí)地顯示被測(cè)信號(hào),即顯示信號(hào)與被測(cè)信號(hào)的一致性。
  數(shù)字示波器的性能很大程度上影響到其實(shí)現(xiàn)信號(hào)完整性的能力,下面根據(jù)其主要性能指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)分析。
 。1)帶寬
  數(shù)字示波器帶寬指輸入不同頻率的等幅正弦波信號(hào),當(dāng)輸出波形的幅度隨頻率變化下降到實(shí)際幅度的70.7%時(shí)的頻率值。帶寬決定了數(shù)字示波器對(duì)信號(hào)的基本測(cè)量能力。隨著信號(hào)頻率的增加,數(shù)字示波器對(duì)信號(hào)的準(zhǔn)確顯示能力下降。實(shí)際測(cè)試中我們會(huì)發(fā)現(xiàn),當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率與數(shù)字示波器帶寬相近時(shí),數(shù)字示波器將無(wú)法分辨信號(hào)的高頻變化,顯示信號(hào)出現(xiàn)失真。例如:頻率為100 MHz、電壓幅度為1 V 的信號(hào)用帶寬為100 MHz 的數(shù)字示波器測(cè)試,其顯示的電壓只有0.7 V 左右。圖2 為同一階躍信號(hào)用帶寬分別為4 GHz、1.5 GHz 和300 MHz 的數(shù)字示波器測(cè)量所得的結(jié)果。從圖中可以看出,數(shù)字示波器的帶寬越高,信號(hào)的上升沿越陡,顯示的高頻分量成分越多,再現(xiàn)的信號(hào)越準(zhǔn)確。實(shí)際應(yīng)用中考慮到價(jià)格因素(數(shù)字示波器帶寬越高價(jià)格越貴),經(jīng)過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累,我們發(fā)現(xiàn)只要數(shù)字示波器帶寬為被測(cè)信號(hào)最高頻率的3- 5 倍,即可獲得±3%到±2%的精度,滿足一般的測(cè)試需求。
      (2)上升時(shí)間。
  上升時(shí)間的定義為脈沖幅度從10%上升到90%的這段時(shí)間,它反映了數(shù)字示波器垂直系統(tǒng)的瞬態(tài)特性。數(shù)字示波器必須要有足夠快的上升時(shí)間,才能準(zhǔn)確地捕獲快速變換的信號(hào)細(xì)節(jié)。數(shù)字示波器的上升時(shí)間越快,對(duì)信號(hào)的快速變換的捕獲也就越準(zhǔn)確。
  一般數(shù)字示波器的上升時(shí)間和帶寬滿足以下公式:
  
  其中,tr 為上升時(shí)間,f- 3dB 為頻帶寬度,k 為介于0.35- 0.45 之間的常數(shù)(不同型號(hào)的數(shù)字示波器取值不同,可以查閱相應(yīng)的說(shuō)明書)。通過(guò)計(jì)算,并參考帶寬的選取原則,可以得出:只要數(shù)字示波器的上升時(shí)間小于被測(cè)信號(hào)的三分之一到五分之一,就能滿足一般的測(cè)試需求。
 。3)頻率響應(yīng)。
  頻率響應(yīng)為當(dāng)輸入不同頻率的等幅正弦波信號(hào)時(shí)的響應(yīng)性能,它包含從直流或交流低頻幾赫茲的正弦信號(hào)一直到無(wú)法顯示幅度的頻率為止的全部頻率范圍內(nèi)的幅度響應(yīng)。實(shí)際測(cè)量中只考慮帶寬性能還不足以保證數(shù)字示波器能夠準(zhǔn)確重現(xiàn)原始信號(hào),在對(duì)數(shù)字示波器計(jì)量工作中,我們發(fā)現(xiàn)有的數(shù)字示波器頻率響應(yīng)曲線在低頻段并不平坦,會(huì)出現(xiàn)較大的起伏,如果測(cè)試相應(yīng)頻率的信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象。此時(shí),即使數(shù)字示波器的帶寬比被測(cè)信號(hào)頻率高出很多,也不能真實(shí)重現(xiàn)信號(hào)。因此,在選擇數(shù)字示波器時(shí),針對(duì)不同的被測(cè)信號(hào),其頻率響應(yīng)也是重點(diǎn)考慮的性能指標(biāo)之一。
 。4)采樣速率。
  數(shù)字示波器的采樣速率表示為樣點(diǎn)數(shù)每秒(S/s)。采樣速率越快越能真實(shí)重現(xiàn)原始信號(hào)。根據(jù)奈奎斯特定理,采樣速率要大于等于2 倍的被測(cè)信號(hào)頻率,才能不失真地還原原始信號(hào)。但這個(gè)定理的前提是基于無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間和連續(xù)的信號(hào),在實(shí)際測(cè)試中,數(shù)字示波器的技術(shù)無(wú)法滿足此條件。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累,數(shù)字示波器為了準(zhǔn)確地再現(xiàn)原始信號(hào),采樣速率一般為原始信號(hào)最高頻率的2.5- 10 倍。

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