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数字示波器寻源录:仪器行业中浪访谈(上)


  来源: 普源精电 RIGOL 时间:2021-03-25 编辑:清风
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“科学源于测量,没有测量,就没有严谨的科学。”——门捷列夫


1、测量的科学观


科学总是探索和解读客观世界的新现象,研究和掌握新规律,总是在不懈地追求真理。科学是严谨的、客观的、可重复的、可量化的、实事求是的,与此同时,科学研究又是充满创造性的。科学,尤其是自然科学,其最重要的目标之一,就是追寻自然界运行的最本质的规律。科学的这种不懈追求精神,是人类进步的一种最基本的动力源泉。


哲学早于科学,很多哲学思辨后来被科学测量取代。“现代化学之父”拉瓦锡有一个信条:“必须用天平进行精确测定来确定真理。”在研究燃烧等一系列的化学反应过程中,拉瓦锡通过定量实验证实了极其重要的质量守恒定律。质量守恒定律奠定了化学发展的基础。


科学源于测量,从观测微观的纳米尺度到宏观的宇宙大小,从弱相互作用力到引力波测量,从质量到能量、时间到空间,测量无所不在。测量的进步就是科学的进步,测量能力决定科学研究高度。


图1:安托万·拉瓦锡,法国著名化学家、生物学家,被后世称为"现代化学之父"。


图2:在研究“燃烧”的一系列实验中,拉瓦锡通过精确的测量,发现物质虽然在一系列化学反应中改变了状态,但参与反应的物质的总量在反应前后都是相同的。这便是化学反应的基本定律——质量守恒定律



科学是从定量的观察和实验发展出来的,衡量一个目标的多少、大小,最关键的动作就是测量。测量科学的先驱凯尔文说“一个事物你如果能够测量它, 并且能用数字来表达它,你对它就有了深刻的了解,但如果你不知道如何测量它,且不能用数字表达它,那么你的知识可能就是贫瘠的,是不令人满意的。”测量是知识的起点,也是进入科学殿堂的开端。测量的边界就是客观世界的边界,测量的准确就是对“存在”最严谨的定义。我们对世界的认识是由可量化的实验与测量推进的,而测量在认知世界时更具有本源性方向。任何科学理论都得从“可测量”开始,是各种可量化的科学模型与科学实验构建了我们的世界观。测量就是科学的世界观。


2、数字示波器“鸿蒙初辟”


电子测试测量仪器是电子工程师进行产品设计和验证不可或缺的工具,示波器作为其中最核心的一员,一直见证和推动着电子测试测量行业的发展。


图3:数字示波器里程碑产品编年史


我们从一切的起源——晶体管开始讲起。


电子工业大约始于一个世纪之前,无线电电台和雷达这两种代表性产品,在第二次世界大战期间通信中发挥了重要作用。早期的电子系统采用了“真空管”,即在真空室中控制极板板间的电子流动实现信号处理功能的器件。然而,真空管使用寿命短、体积大、功耗高,研究人员继续不断寻求具有更好性能的电子器件。第一个晶体管是在20世纪40年代发明的,它的使用寿命非常长,并且体积要小得多。晶体管出现后迅速取代了真空管。


直到20世纪60年代,微电子学,即研究和制造微米和亚微米尺度电路的科学开始发展,工程师们将由多个微型晶体管和无源元件组成的电路集成在单个半导体衬底上制成集成电路,大幅缩小了电路体积并且提高了性能。20世纪70年代,高速ADC技术以及数字处理技术的发展,为数字示波器的发展奠定了基础。


图4:早期的真空管(左)、世界上第一个锗晶体管(右)


1971年,LeCroy(力科)制造了世界上第一台实时数字示波器——WD 2000,具有100MHz带宽。值得一提的是,这台示波器仅用1ns的时间就收集了20个信号样本,换句话说,LeCroy早在上世纪70年代就实现了1GSa/s采样率,领先了行业20年!


关键词:数字示波器 仪器 电子测量仪器    浏览量:3415

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