波和信号的解释
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电子波和信号已成为我们生活中不可或缺的一部分。无论是电视、电器、互联网,还是您阅读本文的设备,它们都会陪伴我们度过日常生活,并经常让它们变得更轻松、更方便。
然而,很多消费者几乎见不到的电子设备的开发过程。在设计成为设备一部分的所有单个组件的过程中,工程师必须能够单独准确地测试电子波和信号,以确定每个元件是否按应有的方式运行。只有这样,才能为最终用户保证高质量和持久的功能。
更复杂的是,电子技术不断取得重大进展,电子设备的运行速度不断加快。这导致当今大多数设备都在高速水平上使用数字技术。这需要专门设计的仪器,以成功和准确地处理高频和高速的波和信号。
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什么是信号?它的定义和性质
要真正理解示波器的功能并充分利用其功能,掌握信号理论的基本原理是非常有帮助的。携带信息的电子波是信号,指示设备或组件执行其预期任务。该信息以电压、电流或电磁波随时间变化的方式编码。
当示波器显示信号时,这些是需要注意的基本属性。
振幅
当谈到振幅时,最常提到两个标准定义,第一个是峰值振幅,曲线上的最高点和最低点。第二个是称为 RMS 振幅的平均值,简称均方根。顾名思义,波形被平方,确定平均电压并再次提取其平方根以创建该值。
频率
每个周期波都有一个频率。该术语表示波在一次增量内重复自身的次数。
时期
波的周期描述了完成一次重复需要多少秒。周期也是频率的倒数:它不是测量重复/时间,而是测量时间/重复。
相移
如果两个相同的波仅在水平位置上有所不同,则称为相移。它的数量以弧度或度数的百分比来表示。例如,正弦波的周期(参见下面的正弦波定义)相当于一个完整圆的 360 度。如果将两个正弦波设置为半个周期的水平平移,则它们显示出 180 度的相移。
波形
仪器显示的波浪形形状称为波。显示的图形提供了有关被测设备发出的信号的大量信息。电压电平的变化清晰可见,无论是保持恒定、线性变化还是突然跳跃。以下是使用示波器时经常遇到的一些标准波形。
正弦波
上面提到的正弦波以正弦函数命名,因为显示的是正弦函数图形。这是一个平稳的周期性振荡。例如,家用电源插座中的交流电会产生正弦波。
方波和矩形波
在两个不同值之间周期性跳跃的角波形,一个在高电平,一个在低电平。如果段的长度相同,则将其描述为方波,如果它们不相等,则将其描述为矩形。
三角波和锯齿波
为了产生三角波,电压电平形成线性上升沿或下降沿,也称为斜坡,在反转方向之前达到一致的电压。在锯齿波中,一个边缘显示出突然的、近乎垂直的下降。
脉冲
脉冲表现为其他电平电压的突然中断,与闪烁的灯没有什么不同。如果这种情况连续发生,这些脉冲也称为一列。脉冲可以对单个数据进行编码,但通常是由故障引起的。
复波
所有这些以及其他波形都可以交错并形成复杂的波,这些波可能不是周期性的。
模拟和数字信号
最后,区分模拟信号和数字信号很重要。举一个实际的例子,手表也有模拟和数字形式。在模拟手表上,指针连续移动,允许读数没有任何跳跃。类似地,模拟信号可以在设定范围内呈现任何可以想象的值,就像手表可以指向 12 小时跨度内的任何分钟和小时一样。
相比之下,数字手表显示时间的离散数字,在没有连续运动的情况下跳到下一整秒或整分钟。在这里,信息以离散单位进行处理并按原样显示。数字信号同样携带不同的信息。这种差异极大地影响了示波器如何处理不同类型的信号。
关于波和信号要记住的 3 件事
综上所述,这里是对波和信号简介的三个要点:
- 信号是携带信息的电子波
- 一个好的新示波器或二手示波器将允许您显示、读取和解释 DUT 发出的信号,以确定它是否按预期运行
- 需要注意的基本属性是振幅、周期、频率,可能还有相移以及波的形式
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