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数字示波器的优缺点分析

值得托付的第三方法定安全阀校验机构 [在线微信交谈] 时间：2024-01-31
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数字示波器的优缺点分析

数字示波器的优点

1.体积小、重量轻，便于携带，配备高清晰液晶显示器，并内置符合行业标准的安全阀检验功能，可实时监测设备运行状态，在保证便携性和可视化操作的同时强化了安全防护性能。

2.可以长期贮存波形，并可以对存储的波形进行放大等多种操作和分析。

3.特别适合测量单次和低频信号，测量低频信号时没有模拟示波器的闪烁现象。

4.更多的触发方式，除了模拟示波器不具备的预触发，还有逻辑触发、脉冲宽度触发等。

5.可以通过GPIB、RS232、USB接口同计算机、打印机、绘图仪连接，可以打印、存档、分析文件。

6.有强大的波形处理能力，能自动测量频率、上升时间、脉冲宽度等很多参数。

数字示波器的缺点

1.失真比较大，由于数字示波器是通过对波形采样来显示，采样点数越少失真越大，通常在水平方向有512个采样点，受到最大采样速率的限制，在最快扫描速度及其附近采样点更少，因此高速时失真更大。

2.测量复杂信号能力差，由于数字示波器的采样点数有限以及没有亮度的变化，使得很多波形细节信息无法显示出来，虽然有些可能具有两个或多个亮度层次，但这只是相对意义上的区别，再加上示波器有限的显示分辨率，使它仍然不能重现模拟显示的效果。

3.可能出现假象和混淆波形，当采样时钟频率低于信号频率时，显示出的波形可能不是实际的频率和幅值。数字示波器的带宽与取样率密切相关，取样率不高时需借助内插计算，容易出现混淆波形。

数字示波器的核心优势：

1.强大的信号捕获与存储能力：

存储深度：这是数字示波器最显著的优势之一。它可以捕获并存储大量的波形数据点，允许用户记录长时间窗口内的信号细节，并在捕获后进行详细分析、缩放和回放。这对于捕获偶发事件、毛刺或分析复杂信号序列至关重要。

单次捕获：能够可靠地捕获单次或瞬态事件，这是模拟示波器难以做到的。

2.先进的触发功能：

复杂触发：提供远超模拟示波器的丰富触发选项，如边沿、脉宽、斜率、视频、码型、建立/保持时间违规触发等。这使得用户能够精确地“冻结”感兴趣的特定信号部分，大大提高了捕获异常信号的能力。

3.强大的波形处理与分析功能：

自动测量：内置多种自动测量功能（频率、周期、上升/下降时间、幅度、RMS、平均值、占空比等），快速提供精确的量化结果。

数学运算：支持通道间的加、减、乘、除、FFT（快速傅里叶变换）等数学运算，用于信号调制分析、频谱分析、滤波效果观察等。

光标测量：提供精确的手动光标测量功能。

参数统计：可以对多次测量的结果进行统计（最大值、最小值、平均值、标准差等）。

协议解码：许多数字示波器支持串行总线（如 I2C, SPI, UART, CAN, LIN, USB 等）和并行总线的协议解码，将原始波形转换为易于理解的数据包信息。

4.灵活的显示与连接性：

显示：彩色液晶显示屏，支持多通道同时清晰显示，可调整余辉时间模拟模拟效果。

连接性：通常配备 USB、LAN（以太网）、HDMI 等接口，方便数据传输、远程控制、屏幕共享和打印。

数据导出：可将波形数据、屏幕截图、设置等导出到外部存储设备或计算机进行进一步分析或报告生成。

5.精度与稳定性：

量化精度： ADC（模数转换器）的位数决定了垂直分辨率，提供相对较高的测量精度。

时基精度：数字时钟通常比模拟示波器的扫描电路更精确和稳定。

校准：内部校准通常更稳定，受环境因素影响较小。

二、数字示波器的主要缺点：

1.波形捕获率：

这是数字示波器相对于模拟示波器最显著的劣势。

死区时间：在完成一次捕获后，示波器需要时间将数据从采集存储器传输到显示存储器并进行处理，这段时间称为“死区时间”。在此期间，示波器对输入信号是“盲”的。

低概率事件捕获：高波形捕获率对于发现低概率的偶发异常（如非常窄的毛刺）至关重要。模拟示波器没有死区时间，能持续显示实时信号，理论上捕获率无限高。虽然高端数字示波器通过特殊技术（如 DPX 技术）大幅提高了捕获率，但在捕捉极低概率的快速异常方面，模拟示波器仍有其独特优势。

2.混叠现象：

采样率限制：如果输入信号的频率分量超过奈奎斯特频率（采样率的一半），就会发生混叠，导致屏幕上显示错误的低频信号。用户需要确保采样率足够高（通常遵循“5倍法则”或更高）或使用适当的抗混叠滤波器。

3.垂直分辨率限制：

ADC 位数： ADC 的位数（如 8位）限制了垂直分辨率。在测量微小电压变化或需要高动态范围时，分辨率可能不足。更高位的 ADC（如 12位）成本更高。

4.前端模拟带宽限制：

虽然数字处理能力强大，但信号首先需要通过模拟前端（衰减器、放大器）。模拟前端的带宽限制了示波器能够准确测量的最高信号频率。超过带宽的信号会发生衰减和相移。

5.成本：

通常，功能相近的数字示波器比模拟示波器更昂贵，尤其是高性能（高带宽、高采样率、深存储）的型号。

6.操作复杂性：

功能繁多意味着菜单结构可能复杂，学习曲线相对模拟示波器更陡峭。用户需要理解采样、存储、触发等概念才能有效使用。

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