中為什么沒(méi)有端示波器?
有些事情并不能持續(xù)的深入研究，有市場(chǎng)的持續(xù)需求不斷刺激步，就像戰(zhàn)爭(zhēng)那樣，才可能有巨大的飛躍。另外，些其他的步，比如電子計(jì)算機(jī)，也與儀器的發(fā)展相輔而成，這也帶來(lái)了思維的面改觀。
示波器作為電測(cè)行業(yè)基本的綜合性?xún)x器,和制他所涉及的域也十分廣泛,從半導(dǎo)體到種材料,從機(jī)到電子無(wú)所不涉及。這就需要強(qiáng)大善的業(yè)體系作為支撐。但是蘇聯(lián)早期無(wú)不具有這切?為什么蘇聯(lián)沒(méi)有做起來(lái)呢?其實(shí)認(rèn)為市場(chǎng)也是很關(guān)鍵的，僅依靠家力量，可能能在短時(shí)間內(nèi)集中攻關(guān)力量解決個(gè)難題，隨后投入其他難題的處理中。有些事情并不能持續(xù)的深入研究，有市場(chǎng)的持續(xù)需求不斷刺激步，就像戰(zhàn)爭(zhēng)那樣，才可能有巨大的飛躍。另外，些其他的步，比如電子計(jì)算機(jī)，也與儀器的發(fā)展相輔而成，這也帶來(lái)了思維的面改觀。
涉及到示波器相關(guān)的具體，從60年代以前，般來(lái)說(shuō)我和外的差距不是別的大，因?yàn)榇蠹叶加秒娮庸?，這個(gè)東西無(wú)非對(duì)業(yè)機(jī)械設(shè)備有定的要求，主要是沖壓和焊接等等，另外電子管殊的陰涂層材料也對(duì)性能影響至關(guān)重要，不過(guò)這切都不是遙不可及的。此外這個(gè)時(shí)期的示波器帶寬通常還沒(méi)有過(guò)40MHz，確實(shí)難度不是別大，這個(gè)階段我們和儲(chǔ)備方面沒(méi)有太大差距，主要是因?yàn)樾枨笠膊皇翘?，?dǎo)致產(chǎn)品無(wú)論從藝還是結(jié)構(gòu)，都有些落后。
示波器的局，可以看到底板上還印有很多文字提示，細(xì)。
順便說(shuō)說(shuō)這個(gè)時(shí)代的制藝，因?yàn)殡娮庸鼙旧眢w積較大，而且多半隨著壓大電流，所用的器件體積也很大，無(wú)論內(nèi)還是外都是這樣安裝元器件的，也就是元件安裝在支架上，然后用線(xiàn)相互連接。這種方式內(nèi)俗稱(chēng)搭棚焊接。
入60年代中期，些半導(dǎo)體器件開(kāi)始逐漸取代電子管的地位，此時(shí)示波器的帶寬開(kāi)始達(dá)到100MHz。在這個(gè)時(shí)期電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也開(kāi)始逐漸推廣開(kāi)，這導(dǎo)致對(duì)示波器有更多的需求。此時(shí)(大約1965年)，HP公司也發(fā)布HP-IB總線(xiàn)，后來(lái)這種在70年代標(biāo)準(zhǔn)化成為IEEE488也就是GPIB。通過(guò)這種控制總線(xiàn)，計(jì)算機(jī)可以控制電子儀器作，采集儀器的數(shù)據(jù)并且行分析。這使得我們對(duì)數(shù)據(jù)的使用和理解上升到個(gè)新的度，同時(shí)催生了自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)的概念，他帶來(lái)了更的效率和的性。而此時(shí)內(nèi)仍未太多步。帶寬示波管對(duì)和提出了十分的要求，電子計(jì)算機(jī)更是都沒(méi)有多少。
由于晶體管縮小了體積和耗，印刷電路板開(kāi)始推廣，通過(guò)PCB板，電子元件可以被快速有序的安裝，同時(shí)減小了寄生參數(shù)。于是電路板的制業(yè)也同步跟發(fā)展。
這段視頻是1969年泰克拍攝的有關(guān)PCB板從到的過(guò)程，可以看看當(dāng)時(shí)是如何做的?？梢蕴崾鞠?，上方圖片優(yōu)雅的曲線(xiàn)都是人繪制出來(lái)的。
圖片來(lái)自位老前輩DIY，不過(guò)當(dāng)時(shí)內(nèi)的PCB基本上也就是這樣。看起來(lái)粗糙的多。主要方法是給每個(gè)元件的安裝點(diǎn)打孔并打鉚釘，然后焊接在鉚釘上，反面相互連接起來(lái)。這樣的藝效率低，安裝密度也低。這些輔助業(yè)也嚴(yán)重影響儀器的集成度提。
入70年代，我們的浩劫仍在繼續(xù)。而美佬的微波半導(dǎo)體突飛猛，微電子集成電路更是日新月異，這個(gè)時(shí)段常規(guī)示波器帶寬到達(dá)350MHz，種示波器可達(dá)1GHz。同時(shí)半導(dǎo)體的更步發(fā)展使得示波器可程控化，也可以行數(shù)字化采集。比如同年代的模擬示波器已經(jīng)具有微處理器了，可以在熒光屏上直觀的讀出測(cè)量參數(shù)，又可以將參數(shù)和波形傳遞給計(jì)算機(jī)。直到幾十年后產(chǎn)的模擬示波器才開(kāi)始具有這種能力。而此時(shí)我們半導(dǎo)體業(yè)止步不前，還只能普通邏輯門(mén)電路。當(dāng)然8086類(lèi)的CPU也仿制出來(lái)過(guò)，不過(guò)想想也是，1沒(méi)人會(huì)用，2成本得嚇人，3利用這些東西去做測(cè)量?jī)x器，大的增加儀器成本和復(fù)雜程度，卻沒(méi)有足夠的計(jì)算機(jī)與之相配套。此時(shí)的測(cè)量需求主要依靠口滿(mǎn)足(中美關(guān)系還湊合)。在此時(shí)代，由于儀器以及軍方需求，美佬開(kāi)始制作4層電路板，并且使用了早期的計(jì)算機(jī)行EDA輔助電路。
比如...不比真的不知道差距有多大
80年代是PC和小霸騰飛的時(shí)代。在此時(shí)代得益于眾多行業(yè)對(duì)大規(guī)模電路的需求，示波器也跟著沾光，入了數(shù)字時(shí)代。由于雷達(dá)等殊需求，砷化鎵半導(dǎo)體快速成長(zhǎng)，同時(shí)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)分析儀，頻譜分析儀等射頻測(cè)量?jī)x器內(nèi)。這些其他域的鋪墊為性能數(shù)字示波器鋪平了道路。而內(nèi)由于相關(guān)產(chǎn)業(yè)稀缺，在此時(shí)出現(xiàn)了大的斷層，并且直到今天也未能追上。如果有興趣的話(huà)可以看看80年代的美各種小霸，有用各種各樣的CPU的，比如Z80,MC6800,MC68000,6502等等。不得不說(shuō)市場(chǎng)起了巨大作用，由于制這些消費(fèi)電子產(chǎn)品，對(duì)于電測(cè)儀器自然也有巨大的需求了。在這個(gè)時(shí)期，元器件密度大的提，也促了SMD表面貼裝的成熟，這代表著電路的集成度，穩(wěn)定性，速度的大幅度提。
90年代初，隨著計(jì)算機(jī)以及各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的日益復(fù)雜，對(duì)于測(cè)量?jī)x器也提出了更的要求。這時(shí)以HP54600系列和泰克TDS500系列為主要代表的性能數(shù)字示波器登場(chǎng)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的積累，此時(shí)的數(shù)字示波器融合了的半導(dǎo)體，比如微計(jì)算機(jī)，DSP，CPLD，以及門(mén)的ASIC和代表核心的ADC，觸發(fā)控制器等等。在軟件方面也是各種測(cè)量算法的集合。可以說(shuō)無(wú)論從哪方面，在那個(gè)年代我們的差距不是點(diǎn)半點(diǎn)。畢竟個(gè)286的零件都不能產(chǎn)化，何談更的示波器呢?
所以說(shuō)題主的問(wèn)題在我看來(lái)其實(shí)很寬泛，他涉及到多個(gè)域。雖說(shuō)可能從臺(tái)儀器儀器本身來(lái)看,就主要被限制在幾個(gè)關(guān)鍵的器件上.但是想要做出這些東西非組織幾次性攻關(guān)就能得來(lái)相應(yīng)的成果,他是長(zhǎng)期積累和步的產(chǎn)物,也是智慧的結(jié)晶.同時(shí)也是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展和市場(chǎng)需求的然結(jié)果。
以下,通過(guò)簡(jiǎn)單看看示波器的發(fā)展史來(lái)更深入的理解積累的概念.也順便看看前輩們的腦洞
古時(shí)候(90年代以前)。HP尚未被拆分，所以他也電測(cè)儀器，而且是靠著儀器發(fā)家的。拆分以后電測(cè)與生化測(cè)量叫做agilent (現(xiàn)電測(cè)再次拆分叫keysight)。半導(dǎo)體叫avago.同樣泰克公司曾經(jīng)旗下有MAXTEK公司，來(lái)和制本公司儀器所需的殊定制件。
01:史前時(shí)代
電子示波器的起點(diǎn)并不容易查證，所以史前時(shí)代由示波器的操作性來(lái)劃分。如今我們常使用的可能是邊沿觸發(fā)模式，甚至通常認(rèn)為這就是示波器的分基本能。實(shí)際上在TEK 511之前，示波器并不具備觸發(fā)能力。此時(shí)的示波器為了穩(wěn)定顯示波形，采用了種叫做同步掃描的。示波器以固定的頻率行自由掃描，從而顯示波形。為了使波形穩(wěn)定，他也具有簡(jiǎn)單的器控制，來(lái)確定何時(shí)開(kāi)始掃描。不過(guò)由于掃描時(shí)間的不定性，示波管的時(shí)間軸也不穩(wěn)定。這種示波器不能行的時(shí)間測(cè)量，也不能觀察非周期性信號(hào)。
1947年，泰克發(fā)布了他的個(gè)產(chǎn)品：511型示波器。
與他的前輩大的不同之處在于，他次擁有了的觸發(fā)系統(tǒng)，其實(shí)就是我們今日所能見(jiàn)到的每臺(tái)示波器都具有的邊沿電平觸發(fā)。當(dāng)輸入波形滿(mǎn)足觸發(fā)器設(shè)定的性與門(mén)限時(shí)，示波器開(kāi)始按照時(shí)基旋鈕所設(shè)定的時(shí)間成次掃描。這樣可以通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)電平來(lái)確定每次掃描在波形上的起點(diǎn)，同時(shí)每次掃描的時(shí)間又是已知的，通過(guò)數(shù)屏幕上的格子就可以對(duì)被測(cè)信號(hào)行準(zhǔn)確的時(shí)域分析。這是個(gè)巨大的飛躍，其中簡(jiǎn)單的原理已然成為今日每臺(tái)示波器所需的能，不得不說(shuō)他是現(xiàn)代示波器的起點(diǎn)。
01：固態(tài)化，小型化
在射頻半導(dǎo)體突飛猛的60年代，像HP和TEK這樣的公司都迫切需要性能的固態(tài)放大器以及各種電子管的替代器件，由于通用器件公司不能提供這些件，他們分別建立自己的研發(fā)滿(mǎn)足內(nèi)需。由于軍方也有巨大的需求量所以重要的資金自然不是問(wèn)題。以示波器來(lái)說(shuō)，要把帶寬做，需要亮度更，聚焦更，擺率更快的示波管，同樣也需要速的前置放大器/Y軸放大器。從60年代開(kāi)始，除了示波管以外的其他電子管，都將被晶體管和集成電路取代。
1959年末期開(kāi)始面的泰克555型示波器，帶寬30MHz，使用的電子管結(jié)構(gòu)制作，耗和體積巨大，小推車(chē)底層是他的電源箱.....顯然這樣的示波器顯得太過(guò)巨大，以至于離開(kāi)他的小車(chē)簡(jiǎn)直無(wú)法使用。
60年代初，隨著晶體管的量產(chǎn)難題被逐漸解決，開(kāi)始了儀器固態(tài)化的程，此時(shí)泰克推出321型示波器。他幾乎使用晶體管制作，早期型號(hào)內(nèi)尚有分電子管作在壓區(qū)域，后期型號(hào)通過(guò)新型的晶體管步取代了他們。這個(gè)階段的示波器縮小，重量減輕。終于可以從推車(chē)上拿下來(lái)，放在桌面上，或者輕松的移動(dòng)到些殊的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)。
巨量的市場(chǎng)需求刺激他們自己開(kāi)發(fā)所需的切配件，并且?guī)?dòng)了些其他業(yè)項(xiàng)目，比如玻璃的設(shè)備，金屬的沖壓設(shè)備。60年代末期美佬已經(jīng)可以制的內(nèi)刻線(xiàn)示波管。即示波管屏幕上的格子是刻在示波管內(nèi)的玻璃面上的。這樣讀數(shù)誤差更小。而同年代產(chǎn)示波器都是刻在壓克力片上然后放在熒光屏前邊，從不同角度看就有不同的誤差。再加上沒(méi)有實(shí)際的需求，直到80年代后期可能才了小分內(nèi)刻線(xiàn)示波管，主要用于聲波探傷儀。
我手頭的兩個(gè)示波管，分別來(lái)自TEK 212和2430示波器，兩個(gè)管子大約都是70-80年代的產(chǎn)品，有細(xì)致的內(nèi)刻線(xiàn)，有光照的時(shí)候能十分清晰的顯現(xiàn)出來(lái)(在示波器上有鎢絲燈泡背光)。
臺(tái)非常小的TEK 212手持模擬示波器，大約是80年代初期的產(chǎn)物，主要供應(yīng)軍方需求。帶寬0.5MHz。
示波管內(nèi)又漂亮的加速電，這些電使得電子束帶有相當(dāng)?shù)哪芰?，借此示波器可以在掃速下仍然具有足夠的亮度行觀察。
好了，說(shuō)的有點(diǎn)遠(yuǎn)?；貋?lái)繼續(xù)
02：集成度與模塊化、自動(dòng)化、數(shù)據(jù)分析
到底何時(shí)集成電路入示波器，這點(diǎn)我確實(shí)翻了很多資料也難以確定。
不過(guò)我司曾經(jīng)有臺(tái)老前輩留下來(lái)的泰克485，他是1972年面的，公司這臺(tái)是1978年左右的，他帶寬350MHz，在當(dāng)時(shí)屬于產(chǎn)貨望塵莫及的境界。并且內(nèi)十分的復(fù)雜，制藝相當(dāng)良。遺憾的時(shí)候有天我在擺弄他的時(shí)候，突然就黑屏了，風(fēng)扇也不再轉(zhuǎn)動(dòng)。懷疑是開(kāi)關(guān)電源出了問(wèn)題(沒(méi)錯(cuò)，1972年的時(shí)候已經(jīng)用上了開(kāi)關(guān)電源)。然后現(xiàn)場(chǎng)拆解準(zhǔn)備檢修，拆開(kāi)發(fā)現(xiàn)這也太復(fù)雜了。整個(gè)機(jī)子里里外外都被PCB板包裹，電源在中心...于是草草拍了些照片給裝回去了。送回倉(cāng)庫(kù)睡覺(jué)。好了不再?gòu)U話(huà)了，上圖：
還能開(kāi)機(jī)時(shí)候的遺照
漂亮的面板，有分按鈕的背光還是鎢絲燈泡。
機(jī)子后的端口，可以看出來(lái)這個(gè)時(shí)期就已經(jīng)有有源探頭了:他有兩個(gè)有源探頭供電接口。
拆掉后邊的螺絲，拔出外殼。密密麻麻的是板子
示波管上的產(chǎn)品檢驗(yàn)簽名。
TEK當(dāng)時(shí)所定制的奇的集成電路。
有大堆...
輸入通道分，也十分的復(fù)雜。
我閑暇之余收來(lái)的個(gè)別集成電路，中間那顆外形奇的就是TEK自己的定制產(chǎn)品。這些東西對(duì)于我們當(dāng)時(shí)的人員來(lái)說(shuō)就是看天書(shū)般，難以猜透他的具體用途。集成電路以及微處理器的步出現(xiàn)給示波器的自動(dòng)化開(kāi)了條好路，作為老大的泰克自然不會(huì)放過(guò)這次狠狠開(kāi)腦洞的機(jī)會(huì)～
1970年代中期,各方面條件具備,時(shí)機(jī)成熟.泰克推出了7000系列模塊化示波器.再個(gè)主機(jī)顯示單元內(nèi)安裝各種模塊來(lái)定義儀器的各種能
而且它具有各種各樣的模塊...
具體可以看這里，是在是太多了。比如示波器所需的水平與垂直模塊，頻域與時(shí)域相交叉的TDR模塊，射頻所需要的頻率計(jì)，頻譜分析儀模塊。當(dāng)時(shí)數(shù)字電路驗(yàn)證所需的邏輯分析儀模塊....
當(dāng)然，無(wú)論他如何魔改，他還是模擬示波器。模擬示波器有諸多不便，比如帶寬較低，無(wú)法存儲(chǔ)等，在速數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器尚不發(fā)達(dá)的70年代，能物理實(shí)驗(yàn)以及微波和雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)量迫切需要帶寬，能存儲(chǔ)的模擬示波器。于是產(chǎn)生了些真正的黑科產(chǎn)物(對(duì)不同于某米宣傳的那些)。說(shuō)帶寬，常規(guī)的模擬示波器，就是說(shuō)用人眼看屏幕的那種，紀(jì)錄保持者是日本巖崎公司的產(chǎn)品(應(yīng)該也是80年代末)(型號(hào)我實(shí)在是沒(méi)記住)，他帶寬達(dá)470MHz!而80年代泰克的產(chǎn)品實(shí)際上只能到達(dá)400MHz(2467B型)。由于普通臺(tái)式示波器的示波管顯示面積較大，電子束行程較長(zhǎng),Y軸驅(qū)動(dòng)能力不可能無(wú)限制的加大，因而限制了示波器的總體帶寬，所以有些示波管的帶寬可以達(dá)到600MHz，但是驅(qū)動(dòng)電路很難做到這樣的水平。
再說(shuō)存儲(chǔ)，各位都知道：模擬示波器如果使用單次觸發(fā)，波形從熒光屏上掃而過(guò)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)ms的余輝以后就的消逝了。于是出現(xiàn)了兩種方向，種是示波器照相機(jī)。這種用的相機(jī)安裝在示波器屏幕上并保持快門(mén)直打開(kāi)，示波器觸發(fā)結(jié)束以后再關(guān)閉快門(mén)成次曝光。這是種機(jī)靈的做法，但是每次想看到記錄下的波形都需要沖洗膠片。
兩臺(tái)安裝了用照相機(jī)的示波器，看起來(lái)有點(diǎn)詭異
相機(jī)側(cè)面的些調(diào)整選項(xiàng)，比如對(duì)焦，光圈，快門(mén)速度，走片速度等。
TEK在1973年的本小冊(cè)子，講示波器相機(jī)的應(yīng)用。
出于示波器相機(jī)繁瑣的使用方式，所以還具另種，也就是記憶示波管。這種示波管在熒光屏后方安裝了殊的存儲(chǔ)柵，同時(shí)示波管內(nèi)有用的讀出電子槍。在主電子槍成次掃描后，柵上留下電子空隙。然后讀出電子槍打開(kāi)，向存儲(chǔ)柵均勻的發(fā)射電子幕，分被存儲(chǔ)柵阻擋，另分透過(guò)柵照射到熒光屏上，存儲(chǔ)的波形被復(fù)現(xiàn)出來(lái)。
存儲(chǔ)示波管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，可以看出來(lái)他多了兩個(gè)FLOOD GUNS以及組置于熒光屏后邊的柵。不過(guò)這種示波管只能存儲(chǔ)幾分鐘，隨后就因?yàn)殡娮有孤抖：?。后期代表型?hào)有HP公司的1741A型。這種殊的電子管也被用于雷達(dá)顯示屏和早期計(jì)算機(jī)的RAM存儲(chǔ)器。這種示波管對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)要求更加些，帶寬不的管子我們內(nèi)也能成。
我的1741A示波器
此時(shí)示波器并沒(méi)連接探頭，屏幕上正顯示著剛存儲(chǔ)下的波形。
數(shù)分鐘后，波形開(kāi)始模糊，終變成屏綠光。
1741A的示波管，這個(gè)角度可以看到具有白色陶瓷后蓋的讀出電子槍。
這展示了在存儲(chǔ)模式下的低速掃描過(guò)程，屏幕綠光，這是行了示波管"擦除"，隨后次接次的掃描，次掃描結(jié)束后波形仍然沒(méi)有消失。
我1973年的SC-7存儲(chǔ)管，他將熒光粉換成了電子靶，用于記錄和讀出數(shù)據(jù)。
到了70年代中期，電子計(jì)算機(jī)也小型化，他們被更多的應(yīng)用在測(cè)量的控制與分析域。這就需要電子儀器可以記錄他的測(cè)量結(jié)果并且數(shù)字化。對(duì)于示波器這似乎是個(gè)難題，因?yàn)楫?dāng)時(shí)并不能出帶寬采樣的ADC。此時(shí)美佬又動(dòng)起了歪腦筋，這次，泰克公司研發(fā)出了7912型(大約1973年)數(shù)字化儀(Digitizer)。
這類(lèi)設(shè)備的廣告小冊(cè)子，著重宣傳了他與計(jì)算機(jī)的連接能力。
他仍然使用模擬示波管，帶寬達(dá)1GHz，如果等效到數(shù)字示波器的采樣率，則大約是2Gsa。同時(shí)能夠提供大約12bit動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)字化波形輸出。他是怎么做到的呢?泰克使用了掃描變換管(Scan conversation tube).這是種頗為奇妙的示波管，他有兩頭，頭是示波管，負(fù)責(zé)波形掃描，另邊是攝像管，用于圖像記錄(CCD尚未大批量應(yīng)用之前的產(chǎn)物)。兩個(gè)管子的中央是記錄靶。示波管發(fā)射掃描電子束到記錄靶，然后由攝像管和低速AD轉(zhuǎn)換器輸出，成對(duì)于速信號(hào)的記錄。
