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示波器工作原理、基本功能、示波器与频谱仪的区别-电子工程世界

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测试测量>信号源与示波器> 示波器工作原理、基本功能、示波器与频谱仪的区别

示波器工作原理、基本功能、示波器与频谱仪的区别

最新更新时间：2017-09-03来源: eefocus关键字：示波器工作原理基本功能频谱仪

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　　示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，是电子工程师的眼睛，它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器的首要条件：准确的显示波形，保证信号完整性测量。　　示波器的功能：用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器，由电子管放大器、扫描振荡器、阴极射线管等组成。除观测电流的波形外，还可以测定频率、电压强度等。凡可以变为电效应的周期性物理过程都可以用示波器进行观测。示波器工作原理　　示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点（这是传统的模拟示波器的工作原理）。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。　　首先示波器从设计原理上分为模拟示波器和数字示波器两种，最早出现的示波器为模拟示波器，而今由于带宽等问题，模拟示波器已经渐渐被淘汰。那模拟示波器的原理是怎么样的呢？下面这张图就可以很好的说明：　　模拟示波器内部会产生周期性的锯齿波信号来控制银光平电子枪的水平偏转，被测的电压信号经过放大后控制荧光屏电子枪的垂直偏转。这样一来，光斑或者亮线就清楚的显示在荧光屏上了，就是波形嘛。　　从设计理念上来分析，模拟示波器有许多不可比拟的好处，例如信号波形不会丢失、不存在死区时间等。而数字示波器虽然一开始会存在这些问题，但随着现在电子技术的大力发展，这种瑕疵已经变得越来越小。那数字示波器的设计原理又是怎么样的呢？　　波形首先要通过探头，经由前端的放大器进行放大，之后由模数转换单元进行转换，进而存储到采集内存中，然后显示到显示器上。　　在这一整个过程中，波形并不是实时呈现在屏幕上的，而是经过采集内存之后又呈现在波形上的。因此如果整个采样和转换时间较长的话，就会产生较大的死区时间，所以在死区时间内的波形就无法观察到了。这也就是为什么很多人至今仍然坚持认为数字示波器不如模拟示波器好的原因所在。　　模拟示波器的优点毋庸赘述，实时性好、原理简单、价格便宜。但是本身的仪器原理也包含了终将会被时代抛弃的硬伤。大抵有以下几条：　　一、带宽有限：这绝对是致命硬伤。模拟示波器的输入信号是放大后直接控制CRT显示屏的电子枪偏转。虽然放大器的带宽可以越来预高，但是CRT电子枪的偏转速度是有限的，对于高频信号，电子枪的速度跟不上信号变化。因此，当前模拟示波器带宽真的很难做上去。　　二、无法存储和分析：很多老工程师非常清楚，用模拟示波器保存波形是要拿相机拍照的，如果要测幅度、周期、上升时间，只能手动去搞。要是想测相位差、功率这些，对于数字示波器这种只是勾选一下就能完成的事情，对于模拟示波器简直是体力活。　　三、触发能力太弱：基本只能边沿触发吧。想脉宽触发？斜率触发？根本不可能！更不要开个图形来做模板触发这种脑洞大开的触发方式了。　　四、性能不稳定：毕竟是大量的模拟器件，时间长了之后指标就不稳了，温漂也要比数字示波器严重的多。在20世纪80年代开始，数字示波器逐渐崭露头角。特别是随着高速ADC芯片和数字处理技术的发展，数字示波器在带宽、触发、分析、显示方面全面超越了模拟示波器。现在市面上在售的示波器基本全都是数字示波器了。　　这里要强调的一点仍然是死区时间，这依赖的是数字示波器后面的处理和显示速度。虽然在现有的技术水平下仍然无法做到实时处理，但是处理的速度越快，丢失的波形就越少，有关这方面性能是指标叫做——波形刷新率。对于200MHz带宽示波器来说，几乎所有的品牌都会配1G的采样率，但是波形刷新率是更为重要的参数之一。波形刷新率越高，波形观测的死区时间就小了好多。　　不管怎么说，数字示波器取代模拟示波器都是大势所趋。在电子技术飞速发展的阶段，相信模拟示波器的价格优势也会慢慢消失殆尽。示波器基本功能　　1、可以测量直流信号、交流信号的电压幅度　　2、可以测量交流信号的周期，并以此换算出交流信号的频率。　　3、可显示交流信号的波形。　　4、可以用两个通道分别进行信号测量。　　5、可以在屏幕上同时显示两个信号的波形，即双踪测量功能。此功能能够测量两个信号之间的相位差，和波形之间形状的差别。　　示波器面板旋钮的功能　　1、扫描速度旋钮，可以改变示波器扫描线从左向右移动的速度。　　2、电压选择旋钮，可以改变输入电压使扫描线在示波器屏幕Y轴方向的偏转幅度。　　3、上下调整旋钮、左右调整旋钮，可以改变扫描线在屏幕中上下左右两个方向的位置。　　4、电压标准旋钮向顺时针方向达到最大值的状态为标准状态。其它位置为非标准状态。　　5、扫描速度标准旋钮向顺时针方向达到最大值的状态为标准状态。其他位置为非标准状态。　　6、为同步旋钮，它能使示波器的波形稳定下来。　　7、功能选择键为CH1通道选择、CH2通道选择、双踪功能选择。　　8、功能选择键为CH1信号同步、CH2信号同步。　　9、为测量功能选择开关，能使测量处与交流DC、直流AC、和接地GHD三种状态。当处于直流DC状态时，无论是直流还是交流信号都能够进行测量。当处于交流AC状态时，示波器测量接口的内部被串上的一个电容，此时信号中的直流成分被电容阻隔，而交流成分却可以通过电容而被测量。　　当处于接地状态的时，示波器的测量接口在示波器内部与地短路，此时外部信号不能进入示波器。　　10、为亮度调整旋钮，可以调整图像的亮度。　　11、为聚焦调整旋钮，可以使图像变得精细。示波器与频谱仪的区别　　从实时带宽、动态范围、灵敏度和功率测量准确度四个方面比较了示波器和频谱仪的分析性能指标的区别。　　1 实时带宽　　对于示波器来说，带宽通常是其测量频率范围。而频谱仪则有中频带宽、分辨带宽等带宽定义。这里，我们以能对信号进行实时分析的实时带宽作为讨论对象。　　对于频谱仪来说，末级模拟中频的带宽通常可以作为其信号分析的实时带宽，大多数的频谱分析的实时带宽只有几兆赫兹，通常较宽的实时带宽通常为几十兆赫兹，当然目前带宽最宽的FSW频谱仪可以达到500兆赫兹。而示波器的实时带宽为其实时取样的有效模拟带宽，一般为数百兆赫兹，高的可达数千兆赫兹。　　这里需要指出的是，大多数的示波器在垂直刻度设置不同时，其实时带宽可能并不一致，在垂直刻度设置到最灵敏时，其实时带宽通常会下降。　　从实时带宽来说，示波器普遍优于频谱仪，这对于某些超宽带信号分析尤其有好处，特别是在调制分析上有着无可比拟的优势。　　2 动态范围　　动态范围指标因其定义不同而有所不同，很多情况下，动态范围被描述为仪器测量最大信号和最小信号的电平差值。当改变测量设置时，仪器测量大信号和小信号的能力是不一样的，例如频谱分析仪在衰减设置不一样的情况下，其测量大信号所带来的失真是不一样的。在这里，我们讨论仪器能够同时测量大小信号的能力，即在不改变任何测量设置的情况下，示波器和频谱仪在合适设置情况下的最佳动态范围。　　对于频谱仪来说，在不考虑相位噪声等近端噪声和杂散情况下，平均噪声电平、二阶失真、三阶失真是制约动态范围的最主要因素，以主流频谱仪的技术指标计算，其理想动态范围约为90dB（受二阶失真限制）。　　大多数的示波器由于受其AD有效取样位数和噪声底的限制，传统示波器的理想动态范围通常不超过50dB。（对于R&S RTO示波器，在100KHz RBW时，其动态范围可高达86dB）　　从动态范围来看，频谱仪要优于示波器。但这里要指出的是，这对于常在信号的频谱分析来说确实如此，然而示波器的频谱是同一帧数据，频谱仪的频谱大多数情况下都不是同一帧数据，因而对于瞬变信号来说，频谱仪可能无法测量到。而示波器发现瞬变信号（信号满足动态范围的情况下）的概率要大得多。　　3 灵敏度　　这里讨论的灵敏度，是指示波器和频谱仪所能测试到最小信号的水平。这个指标与仪器设置紧密相关。　　对于示波器而言，示波器在Y轴设置至最灵敏档时，通常为1mV/div时示波器所能测试到最小信号，抛开端口不匹配等因素来看，示波器的信号通道产生的噪声以及轨迹不稳定带来的噪声是制约示波器灵敏度的最重要因素。　　4 功率测量准确度　　对于频域分析来说，功率测量准确度是非常重要的技术指标。无论是示波器还是频谱仪，对功率测量准确度的影响量都是非常多的，下面分别列出其主要的影响量：　　对于示波器来说，功率测量准确度的影响量有：端口不匹配引起的反射、垂直系统误差、频率响应、AD量化误差、校准信号误差等。　　对于频谱仪来说，功率测量准确度的影响量有：端口不匹配引起的反射、参考电平误差、衰减器误差、带宽转换误差、频率响应、校准信号误差等。　　另外，在频率范围内，示波器的频率响应指标也是很好的，4GHz范围内不超过0.5dB，从这点来说，示波器甚至优于频谱仪的性能。　　总的来说，示波器与频谱仪在频域分析性能上各有所长，频谱仪在灵敏度等技术指标上更胜一筹，示波器在实时带宽上较频谱仪更为出色。在测量不同类型的信号时，可根据测试需求和仪器的不同技术特点进行选择。

关键字：示波器工作原理基本功能频谱仪

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示波器工作原理

示波器用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器，由电子管放大器、扫描振荡器、阴极射线管等组成。除观测电流的波形外，还可以测定频率、电压强度等。凡可以变为电效应的周期性物理过程都可以用示波器进行观测。

示波器分为数字示波器和模拟示波器。模拟示波器采用的是模拟电路（示波管，其基础是电子枪）电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。而数字示波器则是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储，实现对波形的保存和处理。

示波器工作原理是：利用显示在示波器上的波形幅度的相对大小来反映加在示波器Y偏转极板上的电压最大值的相对大小，从而反映出电磁感应中所产生的交变电动势的最大值的大小。因此借助示波器可以研究感应电动势与其产生条件的关系。

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不到的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。

示波器利用狭窄的，由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可以产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。

利用示波器能观察各种不同电信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同信号的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

　　双踪示波器是由两个通道的y轴前置放大电路、门控电路、电子开关、混合电路、延迟电路、y轴后置放大电路、触发电路、扫描电路、x轴放大电路、z轴放大电路、校准信号电路、示波管和高低压电源供给电路等组成。

　　观察信号波形时，被测信号ＵＡ、ＵＢ，通过ＣＨＡ、ＣＨＢ两个输入端输入示波器，先分别送到y轴前置放大电路yＡ和yＢ进行放大。因通道yＡ和通道yＢ都受电子开关的控制，所以ＵＡ，ＵＢ两信号轮换着输送到后面的混合电路，延迟电路，y轴后置放大电路，加到示波管的垂直偏转板上。

　　为了适应各种不同的测试需要，电子开关可有五种不同的工作状态，即ＣＨＡ、ＣＨＢ、交替、断续、ＡＤＤ等。这五种工作状态由显示方式开关来控制。

　　当显示方式开关置于交替位置时，电子开关为一双稳态电路。它受由扫描电路来得闸门信号控制，使得y轴两个前置通道随着扫描电路

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高中物理示波器到底咋学？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册示波器高中物理测量仪器高中物理示波器到底咋学？关注者2被浏览4,729关注问题写回答邀请回答好问题添加评论分享1 个回答默认排序卧龙05学长国涛法定代表人关注示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点（这是传统的模拟示波器的工作原理）。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。内容简介示波器是一种用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器，由电子管放大器、扫描振荡器、阴极射线管等组成。除观测电流的波形外，还可以测定频率、电压强度等。凡可以变为电效应的周期性物理过程都可以用示波器进行观测。分类介绍按照信号的不同分类模拟示波器采用的是模拟电路（示波管，其基础是电子枪）电子枪向屏幕发射电子，发射的电子经聚焦形成电子束，并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质，这样电子束打中的点就会发出光来。数字示波器则是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器的工作方式是通过模拟转换器（ADC）把被测电压转换为数字信息。数字示波器捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止，随后，数字示波器重构波形。数字示波器可以分为数字存储示波器（DSO），数字荧光示波器（DPO）和采样示波器。模拟示波器要提高带宽，需要示波管、垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用记忆、存储和处理，以及多种触发和超前触发能力。廿世纪八十年代数字示波器异军突起，成果累累，大有全面取代模拟示波器之势，模拟示波器的确从前台退到后台。按照结构和性能不同分类①普通示波器。电路结构简单，频带较窄，扫描线性差，仅用于观察波形。②多用示波器。频带较宽，扫描线性好，能对直流、低频、高频、超高频信号和脉冲信号进行定量测试。借助幅度校准器和时间校准器，测量的准确度可达±5%。③多线示波器。采用多束示波管，能在荧光屏上同时显示两个以上同频信号的波形，没有时差，时序关系准确。④多踪示波器。具有电子开关和门控电路的结构，可在单束示波管的荧光屏上同时显示两个以上同频信号的波形。但存在时差，时序关系不准确。⑤取样示波器。采用取样技术将高频信号转换成模拟低频信号进行显示，有效频带可达GHz级。⑥记忆示波器。采用存储示波管或数字存储技术，将单次电信号瞬变过程、非周期现象和超低频信号长时间保留在示波管的荧光屏上或存储在电路中，以供重复测试。⑦数字示波器。内部带有微处理器，外部装有数字显示器，有的产品在示波管荧光屏上既可显示波形，又可显示字符。被测信号经模一数变换器（A/D变换器）送入数据存储器，通过键盘操作，可对捕获的波形参数的数据，进行加、减、乘、除、求平均值、求平方根值、求均方根值等的运算，并显示出答案数字。仪器分类示波器可以分为模拟示波器和数字示波器，对于大多数的电子应用，无论模拟示波器和数字示波器都是可以胜任的，只是对于一些特定的应用，由于模拟示波器和数字示波器所具备的不同特性，才会出现适合和不适合的地方。模拟示波器的工作方式是直接测量信号电压，并且通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。基本构成显示电路显示电路包括示波管及其控制电路两个部分。示波管是一种特殊的电子管，是示波器一个重要组成部分。示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏3个部分组成。（1）电子枪电子枪用于产生并形成高速、聚束的电子流，去轰击荧光屏使之发光。它主要由灯丝F、阴极K、控制极G、第一阳极A1、第二阳极A2组成。除灯丝外，其余电极的结构都为金属圆筒，且它们的轴心都保持在同一轴线上。阴极被加热后，可沿轴向发射电子；控制极相对阴极来说是负电位，改变电位可以改变通过控制极小孔的电子数目，也就是控制荧光屏上光点的亮度。为了提高屏上光点亮度，又不降低对电子束偏转的灵敏度，现代示波管中，在偏转系统和荧光屏之间还加上一个后加速电极A3。第一阳极对阴极而言加有约几百伏的正电压。在第二阳极上加有一个比第一阳极更高的正电压。穿过控制极小孔的电子束，在第一阳极和第二阳极高电位的作用下，得到加速，向荧光屏方向作高速运动。由于电荷的同性相斥，电子束会逐渐散开。通过第一阳极、第二阳极之间电场的聚焦作用，使电子重新聚集起来并交汇于一点。适当控制第一阳极和第二阳极之间电位差的大小，便能使焦点刚好落在荧光屏上，显现一个光亮细小的圆点。改变第一阳极和第二阳极之间的电位差，可起调节光点聚焦的作用，这就是示波器的“聚焦”和“辅助聚焦”调节的原理。第三阳极是示波管锥体内部涂上一层石墨形成的，通常加有很高的电压，它有三个作用：①使穿过偏转系统以后的电子进一步加速，使电子有足够的能量去轰击荧光屏，以获得足够的亮度；②石墨层涂在整个锥体上，能起到屏蔽作用；③电子束轰击荧光屏会产生二次电子，处于高电位的A3可吸收这些电子。（2）偏转系统示波管的偏转系统大都是静电偏转式，它由两对相互垂直的平行金属板组成，分别称为水平偏转板和垂直偏转板。分别控制电子束在水平方向和垂直方向的运动。当电子在偏转板之间运动时，如果偏转板上没有加电压，偏转板之间无电场，离开第二阳极后进入偏转系统的电子将沿轴向运动，射向屏幕的中心。如果偏转板上有电压，偏转板之间则有电场，进入偏转系统的电子会在偏转电场的作用下射向荧光屏的指定位置。如果两块偏转板互相平行，并且它们的电位差等于零，那么通过偏转板空间的，具有速度υ的电子束就会沿着原方向（设为轴线方向）运动，并打在荧光屏的坐标原点上。如果两块偏转板之间存在着恒定的电位差，则偏转板间就形成一个电场，这个电场与电子的运动方向相垂直，于是电子就朝着电位比较高的偏转板偏转。这样，在两偏转板之间的空间，电子就沿着抛物线在这一点上做切线运动。最后，电子降落在荧光屏上的A点，这个A点距离荧光屏原点（0）有一段距离，这段距离称为偏转量，用y表示。偏转量y与偏转板上所加的电压Vy成正比。同理，在水平偏转板上加有直流电压时，也发生类似情况，只是光点在水平方向上偏转。（3）荧光屏荧光屏位于示波管的终端，它的作用是将偏转后的电子束显示出来，以便观察。在示波器的荧光屏内壁涂有一层发光物质，因而，荧光屏上受到高速电子冲击的地点就显现出荧光。此时光点的亮度决定于电子束的数目、密度及其速度。改变控制极的电压时，电子束中电子的数目将随之改变，光点亮度也就改变。在使用示波器时，不宜让很亮的光点固定出现在示波管荧光屏一个位置上，否则该点荧光物质将因长期受电子冲击而烧坏，从而失去发光能力。涂有不同荧光物质的荧光屏，在受电子冲击时将显示出不同的颜色和不同的余辉时间，通常供观察一般信号波形用的是发绿光的，属中余辉示波管，供观察非周期性及低频信号用的是发橙黄色光的，属长余辉示波管；供照相用的示波器中，一般都采用发蓝色的短余辉示波管。Y轴放大电路由于示波管的偏转灵敏度甚低，例如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏转灵敏度为0.86mm/V（约12V电压产生1cm的偏转量），所以一般的被测信号电压都要先经过垂直放大电路的放大，再加到示波管的垂直偏转板上，以得到垂直方向的适当大小的图形。X轴放大电路由于示波管水平方向的偏转灵敏度也很低，所以接入示波管水平偏转板的电压（锯齿波电压或其它电压）也要先经过水平放大电路的放大以后，再加到示波管的水平偏转板上，以得到水平方向适当大小的图形。扫描同步电路扫描电路产生一个锯齿波电压。该锯齿波电压的频率能在一定的范围内连续可调。锯齿波电压的作用是使示波管阴极发出的电子束在荧光屏上形成周期性的、与时间成正比的水平位移，即形成时间基线。这样，才能把加在垂直方向的被测信号按时间的变化波形展现在荧光屏上。电源供给电路电源供给电路：供给垂直与水平放大电路、扫描与同步电路以及示波管与控制电路所需的负高压、灯丝电压等。由示波器的原理功能可见，被测信号电压加到示波器的Y轴输入端，经垂直放大电路加于示波管的垂直偏转板。示波管的水平偏转电压，虽然多数情况都采用锯齿电压（用于观察波形时），但有时也采用其它的外加电压（用于测量频率、相位差等时），因此在水平放大电路输入端有一个水平信号选择开关，以便按照需要选用示波器内部的锯齿波电压，或选用外加在X轴输入端上的其它电压来作为水平偏转电压。此外，为了使荧光屏上显示的图形保持稳定，要求锯齿波电压信号的频率和被测信号的频率保持同步。这样，不仅要求锯齿波电压的频率能连续调节，而且在产生锯齿波的电路上还要输入一个同步信号。这样，对于只能产生连续扫描（即产生周而复始、连续不断的锯齿波）一种状态的简易示波器（如国产SB10型等示波器）而言，需要在其扫描电路上输入一个与被观察信号频率相关的同步信号，以牵制锯齿波的振荡频率。对于具有等待扫描功能（即平时不产生锯齿波，当被测信号来到时才产生一个锯齿波，进行一次扫描）的示波器（如国产ST-16型示波器、SR-8型双踪示波器等）为了适应各种需要，同步（或触发）信号可通过同步或触发信号选择开关来选择，通常来源有3个：①从垂直放大电路引来被测信号作为同步（或触发）信号，此信号称为“内同步”（或“内触发”）信号；②引入某种相关的外加信号为同步（或触发）信号，此信号称为“外同步”（或“外触发”）信号，该信号加在外同步（或外触发）输入端；③有些示波器的同步信号选择开关还有一档“电源同步”，是由220V，50Hz电源电压，通过变压器次级降压后作为同步信号。基本原理波形显示由示波管的原理可知，一个直流电压加到一对偏转板上时，将使光点在荧光屏上产生一个固定位移，该位移的大小与所加直流电压成正比。如果分别将两个直流电压同时加到垂直和水平两对偏转板上，则荧光屏上的光点位置就由两个方向的位移所共同决定。如果将一个正弦交流电压加到一对偏转板上时，光点在荧光屏上将随电压的变化而移动。当垂直偏转板上加一个正弦交流电压时，在时间t=0的瞬间，电压为Vo（零值），荧光屏上的光点位置在坐标原点0上，在时间t=1的瞬间，电压为V1（正值），荧光屏上光点在坐标原点0点上方的1上，位移的大小正比于电压V1；在时间t=2的瞬间，电压为V2（最大正值），荧光屏上的光点在坐标原点0点上方的2点上，位移的距离正比于电压V2；以此类推，在时间t=3，t=4，…，t=8的各个瞬间，荧光屏上光点位置分别为3、4、…、8点。在交流电压的第二个周期、第三个周期……都将重复第一个周期的情况。如果此时加在垂直偏转板上的正弦交流电压之频率很低，仅为lHz～2Hz，那么，在荧光屏上便会看见一个上下移动着的光点。这光点距离坐标原点的瞬时偏转值将与加在垂直偏转板上的电压瞬时值成正比。如果加在垂直偏转板上的交流电压频率在10Hz～20Hz以上，则由于荧光屏的余辉现象和人眼的视觉暂留现象，在荧光屏上看到的就不是一个上下移动的点，而是一根垂直的亮线了。该亮线的长短在示波器的垂直放大增益一定的情况下决定于正弦交流电压峰一峰值的大小。如果在水平偏转板上加一个正弦交流电压，则会产生相类似的情况，只是光点在水平轴上移动罢了。如果将一随时间线性变化的电压（如锯齿波电压）加到一对偏转板上，则光点在荧光屏上又会怎样移动呢？当水平偏转板上有锯齿波电压时，在时间t=0瞬间，电压为Vo（最大负值），荧光屏上光点在坐标原点左侧的起始位置（零点上），位移的距离正比于电压Vo；在时间t=1的瞬间，电压为V1（负值），荧光屏上光点在坐标原点左方的1点上，位移的距离正比于电压V1；以此类推，在时间t=2，t=3，...,t=8的各个瞬间，荧光屏上光点的对应位置是2、3、…、8各点。在t=8这个瞬间，锯齿波电压由最大正值V8跃变到最大负值Vo，则荧光屏上光点从8点极其迅速地向左移到起始位置零点。如果锯齿波电压是周期性的，则在锯齿波电压的第二个周期、第三个周期、……都将重复第一个周期的情形。如果此时加在水平偏转板上的锯齿波电压频率很低，仅为1Hz ～2Hz，在荧光屏上便会看见光点自左边起始位置零点向右边8点处匀速地移动，随后光点又从右边8点处极其迅速地移动到左边起始位置零点。上述这个过程称为扫描。在水平轴加有周期性锯齿波电压时，扫描将周而复始地进行下去。光点距离起始位置零点的瞬时值，将与加在偏转板上的电压瞬时值成正比。如果加在偏转板上的锯齿波电压频率在10Hz～20Hz以上，则由于荧光屏的余辉现象和人眼的视觉暂留现象，就看到一根水平亮线，该水平亮线的长度，在示波器水平放大增益一定的情况下决定于锯齿波电压值，锯齿波电压值是与时间变化成正比的，而荧光屏上光点的位移又是与电压值成正比的，因此荧光屏上的水平亮线可以代表时间轴。在此亮线上的任何相等的线段都代表相等的一段时间。如果将被测信号电压加到垂直偏转板上，锯齿波扫描电压加到水平偏转板上，而且被测信号电压的频率等于锯齿波扫描电压的频率，则荧光屏上将显示出一个周期的被测信号电压随时间变化的波形曲线。在被测周期信号的第二个周期、第三个周期……都重复第一个周期的情形，光点在荧光屏上描出的轨迹也都重叠在第一次描出的轨迹上。所以，荧光屏上显示出来的被测信号电压是随时间变化的稳定波形曲线。为使荧光屏上的图形稳定，被测信号电压的频率应与锯齿波电压的频率保持整数比的关系，即同步关系。为了实现这一点，就要求锯齿波电压的频率连续可调，以便适应观察各种不同频率的周期信号。其次，由于被测信号频率和锯齿波振荡信号频率的相对不稳定性，即使把锯齿波电压的频率临时调到与被测信号频率成整倍数关系，也不能使图形一直保持稳定。因此，示波器中都设有同步装置。也就是在锯齿波电路的某部分加上一个同步信号来促使扫描的同步，对于只能产生连续扫描（即产生周而复始连续不断的锯齿波）一种状态的简易示波器（如国产SB-10型示波器等）而言，需要在其扫描电路上输入一个与被观察信号频率相关的同步信号，当所加同步信号的频率接近锯齿波频率的自主振荡频率（或接近其整数倍）时，就可以把锯齿波频率“拖入同步”或“锁住”。对于具有等待扫描（即平时不产生锯齿波，当被测信号来到时才产生一个锯齿波进行一次扫描）功能的示波器（如国产ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型双踪示波器等等）而言，需要在其扫描电路上输入一个与被测信号相关的触发信号，使扫描过程与被测信号密切配合。这样，只要按照需要来选择适当的同步信号或触发信号，便可使任何欲研究的过程与锯齿波扫描频率保持同步。双线示波在电子实践技术过程中，常常需要同时观察两种（或两种以上）信号随时间变化的过程。并对这些不同信号进行电量的测试和比较。为了达到这个目的，人们在应用普通示波器原理的基础上，采用了以下两种同时显示多个波形的方法：一种是双线（或多线）示波法；另一种是双踪（或多踪）示波法。应用这两种方法制造出来的示波器分别称为双线（或多线）示波器和双踪（或多踪）示波器。双线（或多线）示波器是采用双枪（或多枪）示波管来实现的。下面以双枪示波管为例加以简单说明。双枪示波管有两个互相独立的电子枪产生两束电子。另有两组互相独立的偏转系统，它们各自控制一束电子作上下、左右的运动。荧光屏是共用的，因而屏上可以同时显示出两种不同的电信号波形，双线示波也可以采用单枪双线示波管来实现。这种示波管只有一个电子枪，在工作时是依靠特殊的电极把电子分成两束。然后，由管内的两组互相独立的偏转系统，分别控制两束电子上下、左右运动。荧光屏是共用的，能同时显示出两种不同的电信号波形。由于双线示波管的制造工艺要求高，成本也高，所以应用并不十分普遍。双踪示波双踪（或多踪）示波是在单线示波器的基础上，增设一个专用电子开关，用它来实现两种（或多种）波形的分别显示。由于实现双踪（或多踪）示波比实现双线（或多线）示波来得简单，不需要使用结构复杂、价格昂贵的“双腔”或“多腔”示波管，所以双踪（或多踪）示波获得了普遍的应用。为了保持荧光屏显示出来的两种信号波形稳定，则要求被测信号频率、扫描信号频率与电子开关的转换频率三者之间必须满足一定的关系。首先，两个被测信号频率与扫描信号频率之间应该是成整数比的关系，也就是要求“同步”。这一点与单线示波器的原理是相同的，区别在于被测信号是两个，而扫描电压是一个。在实际应用中，需要观察和比较的两个信号常常是互相有内在联系的，所以上述的同步要求一般是容易满足的。为了使荧光屏上显示的两个被测信号波形都稳定，除满足上述要求外，还必须合理地选择电子开关的转换频率，使得在示波器上所显示的波形个数合适，以便于观察。下面谈谈电子开关的工作方式问题，这个问题与电子开关的转换频率有关。电子开关的工作方式有“交替”转换和“断续”转换两种。采用交替转换工作方式的显示的波形与双线示波法所显示的波形非常相似，它们都没有间断点。但由于被测信号UA、UB的波形是依次交替地出现在荧光屏上的，所以，如果交替的间隙时间超过了人眼的视觉暂留时间和荧光屏的余辉时间，则人们所看到的荧光屏上的波形就会有闪烁现象。为了避免这种情况的出现，就要求电子开关有足够高的转换频率。这就是说当被测信号的频率较低时，不宜采用交替转换工作方式，而应采用断续转换工作方式。当电子开关用断续转换工作方式时，在X轴扫描的每一个过程中，电子开关都以足够高的转换频率，分别对所显示的每个被测信号进行多次取样。这样，即使被测信号频率较低，也可避免出现波形的闪烁现象。双踪示波器的主要是由两个通道的Y轴前置放大电路、门控电路、电子开关、混合电路、延迟电路、Y轴后置放大电路、触发电路、扫描电路、X轴放大电路、Z轴放大电路、校准信号电路、示波管和高低压电源供给电路等组成。当显示方式开关置于交替位置时，电子开关为一双稳态电路。它受由扫描电路来的闸门信号控制，使得Y轴两个前置通道随着扫描电路门信号的变化而交替地工作。每秒钟交替转换次数与由扫描电路产生的扫描信号的重复频率有关。交替工作状态适用于观察频率不太低的被测信号。为了观察被测信号随时间变化的波形，示波管的水平偏转板上必须加以线性扫描电压（锯齿波电压）。这个扫描电压是由扫描电路产生的。当触发信号加到触发电路时，触发了扫描电路，扫描电路就产生相应的扫描信号；当不加触发信号时，扫描电路就不产生扫描信号。触发有内触发、外触发两种，由触发选择开关来选择。当该开关置于内的位置时，触发信号来自经Y轴通道送入的被测信号。当该开关置于外的位置时，触发信号是由外部送入的。这个信号应与被测信号的频率成整数比的关系。示波器在使用中，多数采用内触发工作方式。高、低压电源供给电路中的低压是供给示波器各级所需的低压电源的，高压是供给示波管显示系统电源的。参数特征通道数分类通常无论是模拟示波器还是数字示波器，可以根据其通道数分为：单通道/单踪示波器；双通道/双踪示波器；2+1通道（1外部触发）/三踪示波器；四通道/四踪示波器。带宽分类带宽是根据示波器测试要求来定，5M/10M/20M/40M/60M/100M/1G......等分类选型。使用方法示波器虽然分成好几类，各类又有许多种型号，但是一般的示波器除频带宽度、输入灵敏度等不完全相同外，在使用方法的基本方面都是相同的。以SR-8型双踪示波器为例介绍。（一）模拟示波器面板装置SR-8型双踪示波器的面板图如上图所示。其面板装置按其位置和功能通常可划分为3大部分：显示、垂直（Y轴）、水平（X轴）。现分别介绍这3个部分控制装置的作用。1．显示部分主要控制件为：（1）电源开关。（2）电源指示灯。（3）辉度调整光点亮度。（4）聚焦调整光点或波形清晰度。（5）辅助聚焦配合“聚焦”旋钮调节清晰度。（6）标尺亮度调节坐标片上刻度线亮度。（7）寻迹当按键向下按时，使偏离荧光屏的光点回到显示区域，而寻到光点位置。（8）标准信号输出1kHz、1V方波校准信号由此引出。加到Y轴输入端，用以校准Y轴输入灵敏度和X轴扫描速度。2．Y轴插件部分（1）显示方式选择开关用以转换两个Y轴前置放大器YA与YB 工作状态的控制件，具有五种不同作用的显示方式：“交替”：当显示方式开关置于“交替”时，电子开关受扫描信号控制转换，每次扫描都轮流接通YA或YB 信号。当被测信号的频率越高，扫描信号频率也越高。电子开关转换速率也越快，不会有闪烁现象。这种工作状态适用于观察两个工作频率较高的信号。“断续”：当显示方式开关置于“断续”时，电子开关不受扫描信号控制，产生频率固定为200kHz方波信号，使电子开关快速交替接通YA和YB。由于开关动作频率高于被测信号频率，因此屏幕上显示的两个通道信号波形是断续的。当被测信号频率较高时，断续现象十分明显，甚至无法观测；当被测信号频率较低时，断续现象被掩盖。因此，这种工作状态适合于观察两个工作频率较低的信号。“YA”、“YB ”：显示方式开关置于“YA ”或者“YB ”时，表示示波器处于单通道工作，此时示波器的工作方式相当于单踪示波器，即只能单独显示“YA”或“YB ”通道的信号波形。“YA + YB”：显示方式开关置于“YA + YB ”时，电子开关不工作，YA与YB 两路信号均通过放大器和门电路，示波器将显示出两路信号叠加的波形。（2）“DC-⊥-AC”Y轴输入选择开关，用以选择被测信号接至输入端的耦合方式。置于“DC”是直接耦合，能输入含有直流分量的交流信号；置于“AC”位置，实现交流耦合，只能输入交流分量；置于“⊥”位置时，Y轴输入端接地，这时显示的时基线一般用来作为测试直流电压零电平的参考基准线。（3）“微调V/div”灵敏度选择开关及微调装置。灵敏度选择开关系套轴结构，黑色旋钮是Y轴灵敏度粗调装置，自10mv/div～20v/div分11档。红色旋钮为细调装置，顺时针方向增加到满度时为校准位置，可按粗调旋钮所指示的数值，读取被测信号的幅度。当此旋钮反时针转到满度时，其变化范围应大于2.5倍，连续调节“微调”电位器，可实现各档级之间的灵敏度覆盖，在作定量测量时，此旋钮应置于顺时针满度的“校准”位置。（4）“平衡”当Y轴放大器输入电路出现不平衡时，显示的光点或波形就会随“V/div”开关的“微调”旋转而出现Y轴方向的位移，调节“平衡”电位器能将这种位移减至最小。（5）“↑↓” Y轴位移电位器，用以调节波形的垂直位置。（6）“极性、拉YA ”YA 通道的极性转换按拉式开关。拉出时YA 通道信号倒相显示，即显示方式（YA+ YB ）时，显示图像为YB - YA 。（7）“内触发、拉YB ”触发源选择开关。在按的位置上（常态) 扫描触发信号分别取自YA 及YB 通道的输入信号，适应于单踪或双踪显示，但不能够对双踪波形作时间比较。当把开关拉出时，扫描的触发信号只取自于YB 通道的输入信号，因而它适合于双踪显示时对比两个波形的时间和相位差。（8）Y轴输入插座采用BNC型插座，被测信号由此直接或经探头输入。3．X轴插件部分（1）“t/div”扫描速度选择开关及微调旋钮。X轴的光点移动速度由其决定，从0.2μs～1s共分21档级。当该开关“微调”电位器顺时针方向旋转到底并接上开关后，即为“校准”位置，此时“t/div”的指示值，即为扫描速度的实际值。（2）“扩展、拉×10”扫描速度扩展装置。是按拉式开关，在按的状态作正常使用，拉的位置扫描速度增加10倍。“t/div”的指示值，也应相应计取。采用“扩展拉×10”适于观察波形细节。（3）“→←” X轴位置调节旋钮。系X轴光迹的水平位置调节电位器，是套轴结构。外圈旋钮为粗调装置，顺时针方向旋转基线右移，反时针方向旋转则基线左移。置于套轴上的小旋钮为细调装置，适用于经扩展后信号的调节。（4）“外触发、X外接”插座采用BNC型插座。在使用外触发时，作为连接外触发信号的插座。也可以作为X轴放大器外接时信号输入插座。其输入阻抗约为1MΩ。外接使用时，输入信号的峰值应小于12V。（5）“触发电平”旋钮触发电平调节电位器旋钮。用于选择输入信号波形的触发点。具体地说，就是调节开始扫描的时间，决定扫描在触发信号波形的哪一点上被触发。顺时针方向旋动时，触发点趋向信号波形的正向部分，逆时针方向旋动时，触发点趋向信号波形的负向部分。（6）“稳定性”触发稳定性微调旋钮。用以改变扫描电路的工作状态，一般应处于待触发状态。调整方法是将Y轴输入耦合方式选择（AC-地-DC）开关置于地档，将V/div开关置于最高灵敏度的档级，在电平旋钮调离自激状态的情况下，用小螺丝刀将稳定度电位器顺时针方向旋到底，则扫描电路产生自激扫描，此时屏幕上出现扫描线；然后逆时针方向慢慢旋动，使扫描线刚消失。此时扫描电路即处于待触发状态。在这种状态下，用示波器进行测量时，只要调节电平旋钮，即能在屏幕上获得稳定的波形，并能随意调节选择屏幕上波形的起始点位置。少数示波器，当稳定度电位器逆时针方向旋到底时，屏幕上出现扫描线；然后顺时针方向慢慢旋动，使屏幕上扫描线刚消失，此时扫描电路即处于待触发状态。（7）“内、外”触发源选择开关。置于“内”位置时，扫描触发信号取自Y轴通道的被测信号；置于“外”位置时，触发信号取自“外触发X 外接”输入端引入的外触发信号。（8）“AC”“AC（H）”“DC”触发耦合方式开关。 “DC”档，是直流藕合状态，适合于变化缓慢或频率甚低（如低于100Hz）的触发信号。“AC”档，是交流藕合状态，由于隔断了触发中的直流分量，因此触发性能不受直流分量影响。“AC（H）”档，是低频抑制的交流耦合状态，在观察包含低频分量的高频复合波时，触发信号通过高通滤波器进行耦合，抑制了低频噪声和低频触发信号（2MHz以下的低频分量），免除因误触发而造成的波形幌动。（9）“高频、常态、自动”触发方式开关。用以选择不同的触发方式，以适应不同的被测信号与测试目的。“高频”档，频率甚高时（如高于5MHz），且无足够的幅度使触发稳定时，选该档。此时扫描处于高频触发状态，由示波器自身产生的高频信号（200kHz信号），对被测信号进行同步。不必经常调整电平旋钮，屏幕上即能显示稳定的波形，操作方便，有利于观察高频信号波形。“常态”档，采用来自Y轴或外接触发源的输入信号进行触发扫描，是常用的触发扫描方式。“自动”挡，扫描处于自动状态（与高频触发方式相仿），但不必调整电平旋钮，也能观察到稳定的波形，操作方便，有利于观察较低频率的信号。（10）“+、－”触发极性开关。在“+”位置时选用触发信号的上升部分，在“－”位置时选用触发信号的下降部分对扫描电路进行触发。（二）使用前的检查示波器初次使用前或久藏复用时，有必要进行一次能否工作的简单检查和进行扫描电路稳定度、垂直放大电路直流平衡的调整。示波器在进行电压和时间的定量测试时，还必须进行垂直放大电路增益和水平扫描速度的校准。示波器能否正常工作的检查方法、垂直放大电路增益和水平扫描速度的校准方法，由于各种型号示波器的校准信号的幅度、频率等参数不一样，因而检查、校准方法略有差异。（三）使用步骤用示波器能观察各种不同电信号幅度随时间变化的波形曲线，在这个基础上示波器可以应用于测量电压、时间、频率、相位差和调幅度等电参数。下面介绍用示波器观察电信号波形的使用步骤。1．选择Y轴耦合方式根据被测信号频率的高低，将Y轴输入耦合方式选择“AC-地-DC”开关置于AC或DC。2．选择Y轴灵敏度根据被测信号的大约峰-峰值（如果采用衰减探头，应除以衰减倍数；在耦合方式取DC档时，还要考虑叠加的直流电压值），将Y轴灵敏度选择V/div开关（或Y轴衰减开关）置于适当档级。实际使用中如不需读测电压值，则可适当调节Y轴灵敏度微调（或Y轴增益）旋钮，使屏幕上显现所需要高度的波形。3．选择触发（或同步）信号来源与极性通常将触发（或同步）信号极性开关置于“+”或“-”档。4．选择扫描速度根据被测信号周期（或频率）的大约值，将X轴扫描速度t/div（或扫描范围）开关置于适当档级。实际使用中如不需读测时间值，则可适当调节扫速t/div微调（或扫描微调）旋钮，使屏幕上显示测试所需周期数的波形。如果需要观察的是信号的边沿部分，则扫速t/div开关应置于最快扫速档。5．输入被测信号被测信号由探头衰减后（或由同轴电缆不衰减直接输入，但此时的输入阻抗降低、输入电容增大），通过Y轴输入端输入示波器。故障及原因没有光点或波形电源未接通。辉度旋钮未调节好。X，Y轴移位旋钮位置调偏。Y轴平衡电位器调整不当，造成直流放大电路严重失衡。水平方向展不开触发源选择开关置于外档，且无外触发信号输入，则无锯齿波产生。电平旋钮调节不当。稳定度电位器没有调整在使扫描电路处于待触发的临界状态。X轴选择误置于X外接位置，且外接插座上又无信号输入。两踪示波器如果只使用A通道（B通道无输入信号），而内触发开关置于拉YB位置，则无锯齿波产生。垂直方向无展示输入耦合方式DC-接地-AC开关误置于接地位置。输入端的高、低电位端与被测电路的高、低电位端接反。输入信号较小，而V/div误置于低灵敏度档。波形不稳定稳定度电位器顺时针旋转过度，致使扫描电路处于自激扫描状态（未处于待触发的临界状态）。触发耦合方式AC、AC（H）、DC开关未能按照不同触发信号频率正确选择相应档级。选择高频触发状态时，触发源选择开关误置于外档（应置于内档。）部分示波器扫描处于自动档（连续扫描）时，波形不稳定。垂直线条密集或呈现一矩形t/div开关选择不当，致使f扫描<>f信号。垂直方向的电压读数不准未进行垂直方向的偏转灵敏度（v/div）校准。进行v/div校准时，v/div微调旋钮未置于校正位置（即顺时针方向未旋足）。进行测试时，v/div微调旋钮调离了校正位置（即调离了顺时针方向旋足的位置）。使用10 ：1衰减探头，计算电压时未乘以10倍。被测信号频率超过示波器的最高使用频率，示波器读数比实际值偏小。测得的是峰-峰值，正弦有效值需换算求得。水平方向的读数不准未进行水平方向的偏转灵敏度（t/div）校准。进行t/div校准时，t/div微调旋钮未置于校准位置（即顺时针方向未旋足）。进行测试时，t/div微调旋钮调离了校正位置（即调离了顺时针方向旋足的位置）。扫速扩展开关置于拉（×10）位置时，测试未按t/div开关指示值提高灵敏度10倍计算。交直流叠加信号的直流电压值分辨不清Y轴输入耦合选择DC-接地-AC开关误置于AC档（应置于DC档）。测试前未将DC-接地-AC开关置于接地档进行直流电平参考点校正。Y轴平衡电位器未调整好。测不出两个信号间的相位差测不出两个信号间的相位差（波形显示法）双踪示波器误把内触发（拉YB）开关置于按（常态）位置应把该开关置于拉YB位置。双踪示波器没有正确选择显示方式开关的交替和断续档。单线示波器触发选择开关误置于内档。单线示波器触发选择开关虽置于外档，但两次外触发未采用同一信号。调幅波形失常t/div开关选择不当，扫描频率误按调幅波载波频率选择（应按音频调幅信号频率选择）。波形调不到要求的起始时间和部位稳定度电位器未调整在待触发的临界触发点上。触发极性（+、-）与触发电平（+、-）配合不当。触发方式开关误置于自动档（应置于常态档）。触发或同步扫描缓缓调节触发电平（或同步）旋钮，屏幕上显现稳定的波形，根据观察需要，适当调节电平旋钮，以显示相应起始位置的波形。如果用双踪示波器观察波形，作单踪显示时，显示方式开关置于YA或YB。被测信号通过YA或YB输入端输入示波器。Y轴的触发源选择“内触发一拉YB”开关置于按（常态）位置。若示波器作两踪显示时，显示方式开关置于交替档（适用于观察频率不太低的信号），或断续档（适用于观察频率不太高的信号），此时Y轴的触发源选择“内触发-拉YB”开关置“拉YB”档。使用不当造成的异常现象示波器在使用过程中，往往由于操作者对于示波原理不甚理解和对示波器面板控制装置的作用不熟悉，会出现由于调节不当而造成异常现象。测试应用电压的测量利用示波器所做的任何测量，都是归结为对电压的测量。示波器可以测量各种波形的电压幅度，既可以测量直流电压和正弦电压，又可以测量脉冲或非正弦电压的幅度。更有用的是它可以测量一个脉冲电压波形各部分的电压幅值，如上冲量或顶部下降量等。这是其他任何电压测量仪器都不能比拟的。1．直接测量法所谓直接测量法，就是直接从屏幕上量出被测电压波形的高度，然后换算成电压值。定量测试电压时，一般把Y轴灵敏度开关的微调旋钮转至“校准”位置上，这样，就可以从“V/div”的指示值和被测信号占取的纵轴坐标值直接计算被测电压值。所以，直接测量法又称为标尺法。（1）交流电压的测量将Y轴输入耦合开关置于“AC”位置，显示出输入波形的交流成分。如交流信号的频率很低时，则应将Y轴输入耦合开关置于“DC”位置。将被测波形移至示波管屏幕的中心位置，用“V/div”开关将被测波形控制在屏幕有效工作面积的范围内，按坐标刻度片的分度读取整个波形所占Y轴方向的度数H，则被测电压的峰-峰值VP-P可等于“V/div”开关指示值与H的乘积。如果使用探头测量时，应把探头的衰减量计算在内，即把上述计算数值乘10。例如示波器的Y轴灵敏度开关“V/div”位于0.2档级，被测波形占Y轴的坐标幅度H为5div，则此信号电压的峰-峰值为1V。如是经探头测量，仍指示上述数值，则被测信号电压的峰-峰值就为10V。（2）直流电压的测量将Y轴输入耦合开关置于“地”位置，触发方式开关置“自动”位置，使屏幕显示一水平扫描线，此扫描线便为零电平线。将Y轴输入耦合开关置“DC”位置，加入被测电压，此时，扫描线在Y轴方向产生跳变位移H，被测电压即为“V/div”开关指示值与H的乘积。直接测量法简单易行，但误差较大。产生误差的因素有读数误差、视差和示波器的系统误差（衰减器、偏转系统、示波管边缘效应）等。2．比较测量法比较测量法就是用一已知的标准电压波形与被测电压波形进行比较求得被测电压值。将被测电压Vx输入示波器的Y轴通道，调节Y轴灵敏度选择开关“V/div”及其微调旋钮，使荧光屏显示出便于测量的高度Hx并做好记录，且“V/div”开关及微调旋钮位置保持不变。去掉被测电压，把一个已知的可调标准电压Vs输入Y轴，调节标准电压的输出幅度，使它显示与被测电压相同的幅度。此时，标准电压的输出幅度等于被测电压的幅度。比较法测量电压可避免垂直系统引起和误差，因而提高了测量精度。收起时间的测量示波器时基能产生与时间呈线性关系的扫描线，因而可以用荧光屏的水平刻度来测量波形的时间参数，如周期性信号的重复周期、脉冲信号的宽度、时间间隔、上升时间（前沿）和下降时间（后沿）、两个信号的时间差等等。将示波器的扫速开关“t/div”的“微调”装置转至校准位置时，显示的波形在水平方向刻度所代表的时间可按“t/div”开关的指示值直读计算，从而较准确地求出被测信号的时间参数。相位的测量利用示波器测量两个正弦电压之间的相位差具有实用意义，用计数器可以测量频率和时间，但不能直接测量正弦电压之间的相位关系。利用示波器测量相位的方法很多，下面，仅介绍几种常用的简单方法。1．双踪法双踪法是用双踪示波器在荧光屏上直接比较两个被测电压的波形来测量其相位关系。测量时，将相位超前的信号接入YB通道，另一个信号接入YA通道。选用YB触发。调节“t/div”开关，使被测波形的一个周期在水平标尺上准确地占满8div，这样，一个周期的相角360°被8等分，每1div相当于45°。读出超前波与滞后波在水平轴的差距T，按下式计算相位差φ：φ=45°/div×T（div）如T==1.5div ，则φ=45°/div×1.5div=67.5°2．图形法测相位将示波器的X轴选择置于X轴输入位置，将信号u1接入示波器的Y轴输入端，信号u2接入示波器的X轴输入端。适当调节示波器面板上相关旋钮，使荧光屏上显现一个大小适宜的椭圆（在特殊情况下，可能是一个正圆或一根斜线）。设Y轴偏转板上的信号u1导前于X轴偏转板上的信号u21/8周期，设u2的初相为零，即φ2=0，因此当u2为零时，u1为一个较大的值。如图中的“0”点。此时，荧光屏上的光点也相应地位于“0”点。随着时间的变化，u1上升，u2也上升，则荧光屏上的光点向右上方移动。当经1/8周期后，u1、u2分别到达“1”点，此时u1到达最大值，u2为一个较大的值，荧光屏上的光点位于相应的“1”。如此继续下去，荧光屏上的光点将描出一个顺时针旋转的椭圆。如果u1滞后于u2则形成一个逆时针旋转的椭圆。当然，这只有在信号频率很低时（如几赫兹），且在短余辉的荧光屏上便会清楚地看到荧光屏上的光点顺时针或逆时针旋转的现象。由上述可见椭圆的形状是随两个正弦信号电压u1、u2相位差的不同而不同。因此可以根据椭圆的形状确定两个正弦信号之间的相位差Δφ。设A是椭圆与Y轴交点的纵坐标，B是椭圆上各点坐标的最大值。由图可见，A是对应于t=0时u1的瞬时电压，即A=Um1sinφ1B是对应于u1的幅值，即B=Um1于是A/B=（Um1sinφ1）/ Um1= sinφ1来表示。在实际测试中为读数方便，常读取2A，2B（或2C，2D），按式Δφ=arc sin（2A/2B）或Δφ=arc sin（2C/2D）来计算相位差。如果椭圆的主轴在第1和第3象限内，则相位差在0°～90°或270°～360°之间；如果主轴在第2和第4象限内，相位差在90°～180°或180°～270°之间。频率的测量用示波器测量信号频率的方法很多，下面介绍常用的两种基本方法。1．周期法对于任何周期信号，可用前述的时间间隔的测量方法，先测定其每个周期的时间T，再用下式求出频率f ：f=1/T例如示波器上显示的被测波形，一周期为8div，“t/div”开关置“1μs”位置，其“微调”置“校准”位置。则其周期和频率计算如下：T=1us/div×8div = 8usf= 1/8us =125kHz所以，被测波形的频率为125kHz。2．图形法测频率将示波器置X-Y工作方式，被测信号输入Y轴，标准频率信号输入“X外接”，慢慢改变标准频率，使这两个信号频率成整数倍时，例如fx :fy=1:2，则在荧光屏上会形成稳定的图形。图的形状不但与两个偏转电压的相位有关，而且与两个偏转电压的频率也有关。用描迹法可以画出ux与uy的各种频率比、不同相位差时的图形。利用图形与频率的关系，可进行准确的频率比较来测定被测信号的频率。其方法是分别通过图形引水平线和垂直线，所引的水平线垂直线不要通过图形的交叉点或与其相切。若水平线与图形的交点数为m，垂直线与图形的交点数n，则fy / fx=m / n当标准频率fx（或fy）为已知时，由上式可以求出被测信号频率fy（或fx）。显然，在实际测试工作中，用李沙育图形进行频率测试时，为了使测试简便正确，在条件许可的情况下，通常尽可能调节已知频率信号的频率，使荧光屏上显示的图形为圆或椭圆。这时被测信号频率等于已知信号频率。由于加到示波器上的两个电压相位不同，荧光屏上图形会有不同的形状，但这对确定未知频率并无影响。其他注意事项仪器操作人员的安全和仪器安全，仪器在安全范围内正常工作，保证测量波形准确、数据可靠，应注意：1．通用示波器通过调节亮度和聚焦旋钮使光点直径最小以使波形清晰，减小测试误差；不要使光点停留在一点不动，否则电子束轰击一点宜在荧光屏上形成暗斑，损坏荧光屏。2．测量系统- 例如示波器、信号源；打印机、计算机等设备等。被测电子设备- 例如仪器、电子部件、电路板、被测设备供电电源等设备接地线必须与公共地(大地)相连。3． TDS200/TDS1000/TDS2000 系列数字示波器配合探头使用时，只能测量（被测信号- 信号地就是大地，信号端输出幅度小于300V CAT II）信号的波形。绝对不能测量市电AC220V 或与市电AC220V 不能隔离的电子设备的浮地信号。（浮地是不能接大地的，否则造成仪器损坏，如测试电磁炉。）4．通用示波器的外壳，信号输入端BNC 插座金属外圈，探头接地线，AC220V 电源插座接地线端都是相通的。如仪器使用时不接大地线，直接用探头对浮地信号测量，则仪器相对大地会产生电位差；电压值等于探头接地线接触被测设备点与大地之间的电位差。这将对仪器操作人员、示波器、被测电子设备带来严重安全危险。5．用户如须要测量开关电源(开关电源初级，控制电路) 、UPS(不间断电源)、电子整流器、节能灯、变频器等类型产品或其它与市电AC220V 不能隔离的电子设备进行浮地信号测试时，必使用DP100高压隔离差分探头。示波器使用中的其他注意事项：(1)热电子仪器一般要避免频繁开机、关机，示波器也是这样。(2)如果发现波形受外界干扰，可将示波器外壳接地。(3)“Y输入”的电压不可太高，以免损坏仪器，在最大衰减时也不能超过400 V.“Y输入”导线悬空时，受外界电磁干扰出现干扰波形，应避免出现这种现象。(4)关机前先将辉度调节旋钮沿逆时针方向转到底，使亮度减到最小，然后再断开电源开关。(5)在观察荧屏上的亮斑并进行调节时，亮斑的亮度要适中，不能过亮。示波器分为万用示波表，数字示波器，模拟示波器，虚拟示波器，任意波形示波器，手持示波表，数字荧光示波器，数据采集示波器。注明：以上资料内容取自于网络。编辑于 2022-02-05 17:40赞同 3添加评论分享收藏喜欢收起

示波器的原理和使用方法 - 知乎

示波器的原理和使用方法 - 知乎切换模式写文章登录/注册示波器的原理和使用方法泰勤科技致力于测试测量领域的综合服务商在数字电路实验中，需要使用若干仪器、仪表观察实验现象和结果。常用的电子测量仪器有万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。万用表和逻辑笔使用方法比较简单，而逻辑分析仪和存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。示波器是一种使用非常广泛，且使用相对复杂的仪器。本章从使用的角度介绍一下示波器的原理和使用方法。1、示波器工作原理示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。1.1、示波管阴极射线管(CRT)简称示波管，是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。正如图1所示，电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内，构成了一个完整的示波管。图1示波管的内部结构和供电图示1.荧光屏现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10％所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0.1s为中余辉，0.1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。2.电子枪及聚焦电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极，阴极受热发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低，则全部电子返回阴极，即管子截止。调节电路中的W1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连，所加电位比A1高。G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在G2、 A1、A2区域，调节第二阳极A2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。A1上的电压叫做聚焦电压，A1又被叫做聚焦极。有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦，需微调第二阳极A2的电压，A2又叫做辅助聚焦极。3.偏转系统偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。图8.1中，Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。Y轴偏转板在前，X轴偏转板在后，因此Y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y轴)。两对偏转板分别加上电压，使两对偏转板间各自形成电场，分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。4.示波管的电源为使示波管正常工作，对电源供给有一定要求。规定第二阳极与偏转板之间电位相近，偏转板的平均电位为零或接近为零。阴极必须工作在负电位上。栅极G1相对阴极为负电位(—30V~—100V)，而且可调，以实现辉度调节。第一阳极为正电位(约+100V~+600V)，也应可调，用作聚焦调节。第二阳极与前加速极相连，对阴极为正高压(约+1000V)，相对于地电位的可调范围为±50V。由于示波管各电极电流很小，可以用公共高压经电阻分压器供电。1.2示波器的基本组成从上一小节可以看出，只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压，就能控制示波管显示的图形形状。我们知道，一个电子信号是时间的函数f(t)，它随时间的变化而变化。因此，只要在示波管的X轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压，在y轴加上被测信号(经过比例放大或者缩小)，示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。电信号中，在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。示波器的基本组成框图如图2所示。它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成。图2示波器基本组成框图被测信号①接到“Y"输入端，经Y轴衰减器适当衰减后送至Y1放大器(前置放大)，推挽输出信号②和③。经延迟级延迟Г1时间，到Y2放大器。放大后产生足够大的信号④和⑤，加到示波管的Y轴偏转板上。为了在屏幕上显示出完整的稳定波形，将Y轴的被测信号③引入X轴系统的触发电路，在引入信号的正(或者负) 极性的某一电平值产生触发脉冲⑥，启动锯齿波扫描电路(时基发生器)，产生扫描电压⑦。由于从触发到启动扫描有一时间延迟Г2，为保证Y轴信号到达荧光屏之前X轴开始扫描，Y轴的延迟时间Г1应稍大于X轴的延迟时间Г2。扫描电压⑦经X轴放大器放大，产生推挽输出⑨和⑩，加到示波管的X轴偏转板上。z轴系统用于放大扫描电压正程，并且变成正向矩形波，送到示波管栅极。这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度，而在扫描回程进行抹迹。以上是示波器的基本工作原理。双踪显示则是利用电子开关将Y轴输入的两个不同的被测信号分别显示在荧光屏上。由于人眼的视觉暂留作用，当转换频率高到一定程度后，看到的是两个稳定的、清晰的信号波形。示波器中往往有一个精确稳定的方波信号发生器，供校验示波器用。2、示波器使用本节介绍示波器的使用方法。示波器种类、型号很多，功能也不同。数字电路实验中使用较多的是20MHz或者40MHz的双踪示波器。这些示波器用法大同小异。本节不针对某一型号的示波器，只是从概念上介绍示波器在数字电路实验中的常用功能。2.1荧光屏荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间，垂直方向指示电压。水平方向分为10格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。垂直方向标有0％，10％，90％，100％等标志，水平方向标有10％，90％标志，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V／DIV，TIME／DIV)能得出电压值与时间值。2.2示波管和电源系统1.电源(Power)示波器主电源开关。当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接通。2.辉度(Intensity)旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些，高频信号时大些。一般不应太亮，以保护荧光屏。3.聚焦(Focus)聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。4.标尺亮度(Illuminance)此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下，照明灯暗一些好。室内光线不足的环境中，可适当调亮照明灯。2.3垂直偏转因数和水平偏转因数1.垂直偏转因数选择(VOLTS／DIV)和微调在单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为 cm/V，cm／mV或者DIV／mV，DIV／V，垂直偏转因数的单位是V／cm，mV／cm或者V／DIV，mV／DIV。实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按1，2，5方式从5mV／DIV到5V／DIV分为10档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于1V／DIV档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化1V。每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致，这点应引起注意。许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。例如，如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用×5扩展状态时，垂直偏转因数是 0.2V／DIV。在做数字电路实验时，在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V信号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的电压值。2.时基选择(TIME／DIV)和微调时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。时基选择也通过一个波段开关实现，按1、2、5方式把时基分为若干档。波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。例如在1μS／DIV档，光点在屏上移动一格代表时间值1μS。“微调”旋钮用于时基校准和微调。沿顺时针方向旋到底处于校准位置时，屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致。逆时针旋转旋钮，则对时基微调。旋钮拔出后处于扫描扩展状态。通常为×10扩展，即水平灵敏度扩大10倍，时基缩小到1／10。例如在2μS/DIV档，扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值等于2μS×(1/10)=0.2μSTDS实验台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的时钟信号，由石英晶体振荡器和分频器产生，准确度很高，可用来校准示波器的时基。示波器的标准信号源CAL，专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。例如COS5041型示波器标准信号源提供一个VP-P=2V,f=1kHz的方波信号。示波器前面板上的位移(Position)旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。旋转水平位移旋钮(标有水平双向箭头)左右移动信号波形，旋转垂直位移旋钮(标有垂直双向箭头)上下移动信号波形。2.4输入通道和输入耦合选择1.输入通道选择输入通道至少有三种选择方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)。选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号。选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号。选择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号。测试信号时，首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起。根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上，示波器探头上的地与被测电路的地连接在一起，示波器探头接触被测点。示波器探头上有一双位开关。此开关拨到“×1” 位置时，被测信号无衰减送到示波器，从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值。此开关拨到“×10"位置时，被测信号衰减为1／10，然后送往示波器，从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值。2.输入耦合方式输入耦合方式有三种选择：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号。交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。在数字电路实验中，一般选择“直流”方式，以便观测信号的绝对电压值。2.5触发第一节指出，被测信号从 Y轴输入后，一部分送到示波管的Y轴偏转板上，驱动光点在荧光屏上按比例沿垂直方向移动；另一部分分流到x轴偏转系统产生触发脉冲，触发扫描发生器，产生重复的锯齿波电压加到示波管的X偏转板上，使光点沿水平方向移动，两者合一，光点在荧光屏上描绘出的图形就是被测信号图形。由此可知，正确的触发方式直接影响到示波器的有效操作。为了在荧光屏上得到稳定的、清晰的信号波形，掌握基本的触发功能及其操作方法是十分重要的。1.触发源(Source)选择要使屏幕上显示稳定的波形，则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号加到触发电路。触发源选择确定触发信号由何处供给。通常有三种触发源：内触发(INT)、电源触发(LINE)、外触发EXT)。内触发使用被测信号作为触发信号，是经常使用的一种触发方式。由于触发信号本身是被测信号的一部分，在屏幕上可以显示出非常稳定的波形。双踪示波器中通道1或者通道2都可以选作触发信号。电源触发使用交流电源频率信号作为触发信号。这种方法在测量与交流电源频率有关的信号时是有效的。特别在测量音频电路、闸流管的低电平交流噪音时更为有效。外触发使用外加信号作为触发信号，外加信号从外触发输入端输入。外触发信号与被测信号间应具有周期性的关系。由于被测信号没有用作触发信号，所以何时开始扫描与被测信号无关。正确选择触发信号对波形显示的稳定、清晰有很大关系。例如在数字电路的测量中，对一个简单的周期信号而言，选择内触发可能好一些，而对于一个具有复杂周期的信号，且存在一个与它有周期关系的信号时，选用外触发可能更好。2.触发耦合(Coupling)方式选择触发信号到触发电路的耦合方式有多种，目的是为了触发信号的稳定、可靠。这里介绍常用的几种。AC耦合又称电容耦合。它只允许用触发信号的交流分量触发，触发信号的直流分量被隔断。通常在不考虑DC分量时使用这种耦合方式，以形成稳定触发。但是如果触发信号的频率小于10Hz，会造成触发困难。直流耦合(DC)不隔断触发信号的直流分量。当触发信号的频率较低或者触发信号的占空比很大时，使用直流耦合较好。低频抑制(LFR)触发时触发信号经过高通滤波器加到触发电路，触发信号的低频成分被抑制；高频抑制(HFR)触发时，触发信号通过低通滤波器加到触发电路，触发信号的高频成分被抑制。此外还有用于电视维修的电视同步(TV)触发。这些触发耦合方式各有自己的适用范围，需在使用中去体会。3.触发电平(Level)和触发极性(Slope)触发电平调节又叫同步调节，它使得扫描与被测信号同步。电平调节旋钮调节触发信号的触发电平。一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时，扫描即被触发。顺时针旋转旋钮，触发电平上升；逆时针旋转旋钮，触发电平下降。当电平旋钮调到电平锁定位置时，触发电平自动保持在触发信号的幅度之内，不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。当信号波形复杂，用电平旋钮不能稳定触发时，用释抑(HoldOff)旋钮调节波形的释抑时间(扫描暂停时间)，能使扫描与波形稳定同步。极性开关用来选择触发信号的极性。拨在“+”位置上时，在信号增加的方向上，当触发信号超过触发电平时就产生触发。拨在“-”位置上时，在信号减少的方向上，当触发信号超过触发电平时就产生触发。触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。2.6扫描方式(SweepMode)扫描有自动(Auto)、常态(Norm)和单次(Single)三种扫描方式。自动：当无触发信号输入，或者触发信号频率低于50Hz时，扫描为自激方式。常态：当无触发信号输入时，扫描处于准备状态，没有扫描线。触发信号到来后，触发扫描。单次：单次按钮类似复位开关。单次扫描方式下，按单次按钮时扫描电路复位，此时准备好(Ready)灯亮。触发信号到来后产生一次扫描。单次扫描结束后，准备灯灭。单次扫描用于观测非周期信号或者单次瞬变信号，往往需要对波形拍照。上面扼要介绍了示波器的基本功能及操作。示波器还有一些更复杂的功能，如延迟扫描、触发延迟、X-Y工作方式等，这里就不介绍了。示波器入门操作是容易的，真正熟练则要在应用中掌握。值得指出的是，示波器虽然功能较多，但许多情况下用其他仪器、仪表更好。例如，在数字电路实验中，判断一个脉宽较窄的单脉冲是否发生时，用逻辑笔就简单的多；测量单脉冲脉宽时，用逻辑分析仪更好一些。数字示波器使用必须注意问题前言数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点，其使用日益普及。由于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异，如果使用不当，会产生较大的测量误差，从而影响测试任务。区分模拟带宽和数字实时带宽带宽是最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值，而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽，数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关（数字实时带宽=最高数字化速率/K），一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出，模拟带宽只适合重复周期信号的测量，而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆，实际上指的是模拟带宽，数字实时带宽是要低于这个值的。例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz，实际上是指其模拟带宽为500MHz，而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。所以在测量单次信号时，一定要参考数字示波器的数字实时带宽，否则会给测量带来意想不到的误差。有关采样速率采样速率也称为数字化速率，是指单位时间内，对模拟输入信号的采样次数，常以MS/s表示。采样速率是数字示波器的一项重要指标。1.如果采样速率不够，容易出现混迭现象如果示波器的输人信号为一个100KHz的正弦信号，示波器显示的信号频率却是50KHz，这是怎么回事呢？这是因为示波器的采样速率太慢，产生了混迭现象。混迭就是屏幕上显示的波形频率低于信号的实际频率，或者即使示波器上的触发指示灯已经亮了，而显示的波形仍不稳定。混迭的产生如图1所示。那么，对于一个未知频率的波形，如何判断所显示的波形是否已经产生混迭呢？可以通过慢慢改变扫速t/div到较快的时基档，看波形的频率参数是否急剧改变，如果是，说明波形混迭已经发生；或者晃动的波形在某个较快的时基档稳定下来，也说明波形混迭已经发生。根据奈奎斯特定理，采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭，如一个500MHz的信号，至少需要1GS/s的采样速率。有如下几种方法可以简单地防止混迭发生：·调整扫速；·采用自动设置（Autoset）；·试着将收集方式切换到包络方式或峰值检测方式，因为包络方式是在多个收集记录中寻找极值，而峰值检测方式则是在单个收集记录中寻找最大最小值，这两种方法都能检测到较快的信号变化。·如果示波器有InstaVu采集方式，可以选用，因为这种方式采集波形速度快，用这种方法显示的波形类似于用模拟示波器显示的波形。2.采样速率与t/div的关系每台数字示波器的最大采样速率是一个定值。但是，在任意一个扫描时间t/div，采样速率fs由下式给出：fs=N/(t/div)N为每格采样点当采样点数N为一定值时，fs与t/div成反比，扫速越大，采样速率越低。下面是TDS520B的一组扫速与采样速率的数据：表1扫速与采样速率t/div（ns）1252550100200fs（GS/s）502510210.50.25综上所述，使用数字示波器时，为了避免混迭，扫速档最好置于扫速较快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，扫速档则最好置于主扫速较慢的位置。数字示波器的上升时间在模拟示波器中，上升时间是的一项极其重要的指标。而在数字示波器中，上升时间甚至都不作为指标明确给出。由于数字示波器测量方法的原因，以致于自动测量出的上升时间不仅与采样点的位置相关，如图2中a表示上升沿恰好落在两采样点中间，这时上升时间为数字化间隔的0.8倍。图2中的b的上升沿的中部有一采样点，则同样的波形，上升时间为数字化间隔的1.6倍。另外，上升时间还与扫速有关，下面是TDS520B测量同一波形时的一组扫速与上升时间的数据：表2扫速与上升时间t/div（ms）502010521tr(μs)800320160803216由上面这组数据可以看出，虽然波形的上升时间是一个定值，而用数字示波器测量出来的结果却因为扫速不同而相差甚远。模拟示波器的上升时间与扫速无关，而数字示波器的上升时间不仅与扫速有关，还与采样点的位置有关，使用数字示波器时，我们不能象用模拟示波器那样，根据测出的时间来反推出信号的上升时间。广东泰测电子有限公司（简称：广东泰测）成立于2021年，是深圳市泰勤科技有限公司的子公司，公司立身于测试测量仪器行、工业与制造行业，与多家国内外业界著名仪器厂商有着长远而稳固的战略合作关系，公司成立至今，紧跟世界工业与制造业发展趋势，为广大的客户提供了多元化的服务，产品用于研发、生产、测试、检测、高校实验室等，涉及领域有： 5G、人工智能、新基建、智能制造、智慧城市、光伏、新能源、电源、电池、半导体、储能等引领未来科技的新行业，在多个领域提供了具有竞争力的综合性测试服务和解决方案，满足客户各类需求。主营：数字示波器、探头、交直流电源、交直流电子负载、万用表、数据采集器、功率分析仪、信号发生器、热像仪、示波记录仪、安规测试仪等产品代理品牌：RIGOL普源精电,ITECH艾德克斯,CYBERTK知用电子,EEC华仪,FLUKE福禄克,KHC北京科环,Tektronix泰克,KEITHLEY吉时利,KEYSIGHT是德科技,HIOKL日置等品牌厂家编辑于 2022-04-15 14:28数字系统设计数字信号示波器赞同 13添加评论分享喜欢收藏申请

示波器的使用（界面、原理、操作及眼图）建议收藏！ - 知乎

示波器的使用（界面、原理、操作及眼图）建议收藏！ - 知乎切换模式写文章登录/注册示波器的使用（界面、原理、操作及眼图）建议收藏！华启学院通信达叔学通信，找达叔，通信人在线示波器的使用（界面、原理、操作及眼图）建议收藏！文章来源于微信公众号：华启学院本文包含三部分内容，分别为：一、示波器面板及功能键介绍二、示波器的工作原理三、示波器的使用教程四、眼图分析一、示波器面板及功能键介绍 ZDS3024 无 VGA 输出接口，对应的位置为 RS232 通讯接口。安全锁：用户可使用安全锁将示波器锁在固定位置。沿与后面板垂直的方向对准上图“防盗锁孔”将锁头插入，顺时针旋转钥匙锁定示波器，然后拔出钥匙。注意，不要将其它物品插入防盗锁孔以免损坏仪器。可调支架：调节示波器的倾斜角度，便于更好的操作和观察显示屏，向外打开支撑脚让示波器倾斜或向内关闭支撑脚让示波器直立。触发输出：将连接线的 BNC 母头接口与触发输出接口连接，顺时针旋转，两接口卡住即可。VGA 接口：该接口可用于外接显示器，ZDS3024 此接口为 RS232 串口。LAN 接口：将网线接口对准 LAN 接口连接，可进行网络通讯。 USB Device：将 standard B 类型 USB 线接入 USB Device 接口即可使用。 AC 电源插口：将符合规定的电源线对准电源接口连接即可。软键多功能旋钮区多功能旋钮区主要用于波形灰度显示、亮度调节和波形光标测量的调节。波形探测区主要用于对波形进行测量、搜索、缩放、分段存储和标记。水平控制区主要用于波形时基档位和波形偏移的调节（包括主时基和副时基）。快捷功能区主要对波形进行【一键清除】、【一键轨迹】、【硬件滤波】和【一键截屏】的操作。运行控制区被用于控制示波器采样的运行/停止，功能参数的复位。多功能控制区垂直控制区用于在垂直方向上控制波形的位置、波形的扩展或压缩显示。触发功能区面板组件二、示波器的工作原理视频连接：https://v.qq.com/x/page/a0631x4abvd.html三、示波器的使用视频连接：四、关于眼图视频连接：（a）无码间串扰的双极性基带波形（b）有码间串扰的双极性基带波形（c）无码间串扰的眼图（d）有码间串扰的眼图眼图中眼睛张开越大（抽样时刻最大信号畸变小），且眼图越端正（过零点畸变小），表明码间串扰越小，反之，码间串扰越大。眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带系统的性能优劣；可以指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰。1.最佳抽样时刻应在“眼睛”张开最大的时刻。2.对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。斜率越大，对定时误差就越灵敏。3.在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。4.眼图中央的横轴位置应对应判决门限电平。5.在抽样时刻上，上下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。6.对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要的影响。文章来源于微信公众号：华启学院发布于 2019-11-04 12:01示波器微电子仪器仪表赞同 2394 条评论分享喜欢收藏申请

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示波器的使用方法及工作原理 - 知乎切换模式写文章登录/注册示波器的使用方法及工作原理凡实测控仪器仪表解决方案提供商示波器的使用方法及工作原理示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器的使用方法：　　示波器，“人”如其名，就是显示波形的机器，它还被誉为“电子工程师的眼睛”。它的核心功能就是为了把被测信号的实际波形显示在屏幕上，以供工程师查找定位问题或评估系统性能等等。它的发展同样经历了模拟和数字两个时代数字示波器，更准确的名称是数字存储示波器，即DSO（Digital Storage Oscilloscope）。这个“存储”不是指它可以把波形存储到U盘等介质上，而是针对于模拟示波器的即时显示特性而言的。模拟示波器靠的是阴极射线管（CRT，即俗称的电子枪）发射出电子束，而这束电子在根据被测信号所形成的磁场下发生偏转，从而在荧屏上反映出被测信号的波形，这个过程是即时地，中间没有任何的存储过程的。而数字示波器的原理却是这样的：首先示波器利用前端ADC对被测信号进行快速的采样，这个采样速度通常都可以达到每秒几百M到几G次，是相当快的；而示波器的后端显示部件是液晶屏，液晶屏的刷新速率一般只有几十到一百多Hz；如此，前端采样的数据就不可能实时的反应到屏幕上，于是就诞生了存储这个环节：示波器把前端采样来的数据暂时保存在内部的存储器中，而显示刷新的时候再来这个存储器中读取数据，用这级存储环节解决前端采样和后端显示之间的速度差异。　　很多人在第一次见到示波器的时候，可能会被他面板上众多的按钮唬住，再加上示波器一般身价都比较高，所以对使用它就产生了一种畏惧情绪。这是不必要的，因为示波器虽然看起来很复杂，但实际上要使用它的核心功能——显示波形，并不复杂，只要三四个步骤就能搞定了，而现在示波器的复杂都是因为附加了很多辅助功能造成的，这些辅助功能自然都有它们的价值，熟练灵活的应用它们可以起到事半功倍的效果。作为初学者，我们先不管这些，我们只把它最核心的、最基本的功能应用起来即可。　　示波器的使用　　跟万用表类似，要使用示波器，首先也得把它和被测系统相连，用的是示波器探头，20-4所示。示波器一般都会有2个或4个通道（通常都会标有1～4的数字，而多余的那个探头插座是外部触发，一般用不到它），它们的低位是等同的，可以随便选择，把探头插到其中一个通道上，探头另一头的小夹子连接被测系统的参考地（这里一定要注意一个问题：示波器探头上的夹子是与大地即三插插头上的地线直接连通的，所以如果被测系统的参考地与大地之间存在电压差的话，将会导致示波器或被测系统的损坏），探针接触被测点，这样示波器就可以采集到该点的电压波形了（普通的探头不能用来测量电流，要测电流得选择专门的电流探头）。　　接下来就要通过调整示波器面板上的按钮，使被测波形以合适的大小显示在屏幕上了。只需要按照一个信号的两大要素——幅值和周期（频率与周期在概念上是等同的）来调整示波器的参数即可在每个通道插座上方的旋钮，就是调整该通道的幅值的，即波形垂直方向大小的调整。转动它们，就可以改变示波器屏幕上每个竖格所代表的电压值，所以可称其为“伏格”调整，如以下两幅对比所示：左是1V/grid，右是500mV/grid，左波形的幅值占了2.5个格，所以是2.5V，右波形的幅值占了5个格，也是2.5V。推荐是将波形调整到右这个样子，因为此时波形占了整个测量范围的较大空间，可以提高波形测量的精度，3所示。通常上方的伏格旋钮外，通常还会在面板上找到一个大小相同的旋钮（不一定像20-6所示的位置），这个旋钮是调整周期的，即波形水平方向大小的调整。转动它，就可以改变示波器屏幕上每个横格所代表的时间值，所以可称其为“秒格”调整，如以下两幅对比所示：左是500us/grid，右是200us/grid，左一个周期占2个格，周期是1ms，即频率为1KHz，右一个周期占5个格，也是1ms，即1KHz。这里就没有哪个更合理的问题了，具体问题具体对待，它们都是很合理的示波器利用狭窄的，由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可以产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。　　利用示波器能观察各种不同电信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同信号的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。　　双踪示波器是由两个通道的y轴前置放大电路、门控电路、电子开关、混合电路、延迟电路、y轴后置放大电路、触发电路、扫描电路、x轴放大电路、z轴放大电路、校准信号电路、示波管和高低压电源供给电路等组成。　　观察信号波形时，被测信号ＵＡ、ＵＢ，通过ＣＨＡ、ＣＨＢ两个输入端输入示波器，先分别送到y轴前置放大电路yＡ和yＢ进行放大。因通道yＡ和通道yＢ都受电子开关的控制，所以ＵＡ，ＵＢ两信号轮换着输送到后面的混合电路，延迟电路，y轴后置放大电路，加到示波管的垂直偏转板上。　　为了适应各种不同的测试需要，电子开关可有五种不同的工作状态，即ＣＨＡ、ＣＨＢ、交替、断续、ＡＤＤ等。这五种工作状态由显示方式开关来控制。　　当显示方式开关置于交替位置时，电子开关为一双稳态电路。它受由扫描电路来得闸门信号控制，使得y轴两个前置通道随着扫描电路。触发方式有内触发，外触发两种，由触发源选择开关来选择，当该开关置于内的位置时，触发信号来自经y轴通道送入的被测信号，当该开关置于外的位置时，触发信号是由外部送入的。这个信号应与被测信号的频率成整数比的关系。示波器使用中，多数采用内触发工作方式。　　扫描电路产生扫描信号（锯齿波电路）。通过x轴选择开关接到x轴放大电路，经放大后送到示波器的x轴偏转板上。　　Z轴放大电路对荧光屏上光点辉度起着调节的作用，抹去不必要显示的光点轨迹。当扫描电路的闸门信号来到z轴放大电路时，z轴放大电路便输出正向的增辉脉冲信号，加至示波器的控制极。这就是说，在扫描信号的正程时，荧光屏上的光点得以增辉，在电子开关的转换过程中，电子开关电路将输出脉冲信号也加至z轴放大电路，此时z轴放大电路便输出负向脉冲信号，加至示波器的控制极。这样在电子开关的转换过程中，就消除了两通道交替工作时的过度光点，以提高显示波形的清晰度　　校正信号产生电路产生一个一定频率和幅度的矩形信号。它是作校正y轴放大电路的灵敏度和x轴的扫描速度之用的。　　高低压电源，其中高压是供给示波管显示系统的。低压供给示波器各级电路。文章编辑：北京凡实测控技术有限公司发布于 2018-08-21 14:31示波器工作原理物理学赞同 19712 条评论分享喜欢收藏申请

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在电子工程中，示波器的工作原理是什么？ - 知乎

在电子工程中，示波器的工作原理是什么？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册工程学示波器测量仪器仪器仪表在电子工程中，示波器的工作原理是什么？关注者2被浏览7,307关注问题写回答邀请回答好问题 1添加评论分享4 个回答默认排序是德科技 Keysight Technologies已认证账号关注示波器工作原理DSO 示波器块示意图所有数字存储示波器 (DSO) 的核心元件都是示波器的模数转换器 (ADC) 和采集存储器。这是示波器用来获取波形图形的最根本组件。ADC 获取模拟输入信号，然后将特定时间点的模拟电压值转换为数字二进制值。在如今的大多数 DSO 中，这通常是采用 8 位垂直分辨率完成的。也就是说，通常 DSO 能以 1/256 的分辨率来分辨输入信号的电压值。“衰减器”、“直流偏移”和“放大器”块执行输入信号的预刻度调整，以便将输入信号的刻度调整到 ADC 的固定动态范围内。当您调整 V/div 旋钮时，将在衰减器块内设置特定分压器网络，这可能会降低输入信号的幅度，还可设置放大器的增益。调整垂直位置旋钮时，将更改直流偏移。同样，这将使可能具有一定直流偏移量的输入信号位于 ADC 的固定动态范围内。触发和时基块控制 ADC 采样（获取图形）的时间和频率。触发信号实际上告诉时基块何时停止采集（图形）。例如，如果示波器的存储器深度为 1000 点（每次采集的采样数），并且如果示波器已设置为在屏幕正中触发，则时基块将启用 ADC/存储器块，连续采样输入或命令至少填充存储器的一半。触发事件发生后，时基块允许 ADC/存储器块在采样结束前再多进行 500 次采样。在此情况下，采集存储器中的头 500 次采样表示触发事件之前的波形数据，而采集存储器中的后 500 次采样触发事件之后的波形数据。采集周期结束后，必须对存储在采集存储器中的采样进行处理以进行显示。早期的 DSO 只是使用示波器的 CPU 系统将数据从采集存储器中读出（每次一个采样）、处理数据，然后再将采样数据存储到显示存储器中。这是一个非常耗时的过程，有时会导致波形更新率较慢 – 尤其是在处理较深的存储器记录时。如今的许多新型 DSO 都使用专用的可定制 DSP 来快速处理/数字式过滤数据，然后高效地将波形数据以“流水线”的方式输入显示存储器，因而提高了吞吐量和波形更新率。特別介紹一下数字实时示波器的核心-采样系统和模数转换器ADC采样系统本身与示波器并不是必然关联，因为模拟示波器并不存在采样电路。但是水平采样系统和数字示波器必然关联，无论是实时示波器还是采样示波器。尤其是在数字实时示波器领域，ADC芯片及采样电路相关技术已经成为核心技术。1 奈奎斯特采样定理和数字示波器的采样系统性能谈及采样技术无法绕开的是的奈奎斯特采样定理。奈奎斯特采样定理For a limited bandwidth signal with a maximum frequency fMAX, the equally spaced sampling frequency fS must be greater than twice the maximum frequency fMAX, in order to have the signal be uniquely reconstructed without aliasing.直译如下：对一最大频率fMAX的有限带宽信号，相等间隔的采样频率fS必须大于最大频率fMAX的两倍，以便唯一地重构信号而不会出现混叠。根据上述表述，解读奈奎斯特采样定理有两大原则：1.被采样的最高频率分量必须小于采样速率的一半;2.第二个经常被遗忘的规则是，采样样本必须等间隔。01 根据奈奎斯特采样定理，一般在中高带宽产品上采用平坦响应的实时示波器，带外分量基本被滤除，因此基于Sinx/x插值技术，兼顾经济性和性能考虑，业界通行的法则是采样速率是带宽的2.5倍，比奈奎斯特定理的2倍要求再高点。而针对采用高斯响应的低带宽示波器，则一般要求采样率是带宽的4倍以上，以免带外信号混叠。业界也有一些产品基于线性插值技术，则一般采用10倍法则即采样速率必须是带宽的10倍。因此比如50 GSa/s的采样能力，支持20 GHz带宽完全正常，但是如果标称支持到23 GHz带宽则有点勉强，其信号采样重构失真必然较大，当然也无法保证测量精度。在上一站的介绍文章中，我们用实验数据验证了实时示波器的平坦响应的特性，因此对应最高带宽6 GHz,按照2.5倍法则，需要15 GSa/s以上采样率。MXR全系列每通道均提供了16 GSa/s采样，完全满足带宽和采样两者的关系和要求。下图展示了MXR608A进行6GHz正弦波测试的结果图片，信号由Keysight E8267D输出：图2 实时示波器6GHz型号精确测试6GHz正弦波结果图02 而另外一条采样等间距原则，则常常被广大工程师朋友所忽视。尤其是在今天很多中高带宽产品上，为了实现高采样率，都会采用 Interleave Sampling 技术，如下图示：图3 Interleave Sampling架构原理图采用多路ADC进行交错采样时，采样时钟精度和相位延迟控制精度都是影响采样等间隔的重要干扰因素。而采样时钟精度反映在示波器的水平系统的重要指标就是水平刻度精度(Time Scale Accuracy)或者水平时基精度(Time Base Accuracy)。实时示波器示波器提供了业界最高的标配的水平时基精度，初始水平时基精度高达8ppb(ppb:Part per Billion,亿分之一)：图4 实时示波器水平时基精度指标这一指标远远高于业界其它同级别产品的100ppb水平，老化指标也相当优异。MXR的卓异的水平时基精度是采样等间隔的有力保证，也是多年来业界为什么对Keysight (及前身Agilent) 的数字示波器的测量精度有口皆碑的根本原因。2 ADC的位数和示波器的ENOB－实时示波器的另一重要指标反映数字实时示波器的另一重要指标是采样ADC的位数，这是非常直观的指标。01 ADC作为数字示波器的核心部件，是提高示波器测量精度或信号保真度的最重要的一环。在90年代中期，数字示波器的ADC就从初期的6bit提高到8bit，一直沿用了近20年，因为8bit ADC符合从90年代开始的以TTL/CMOS电平为主流的数字信号标准和应用。近几年随着市场对无限带宽需求带来的信号速率增长和在终端和IOT设备上对低能耗的的追求，由此带来信号幅度和容限持续降低。反映在测试测量设备上，一直在推动数字实时示波器的ADC位数取得了明显的提升。标志性产品是Keysight在2014年推出的S系列最高带宽8GHz 10bit示波器以及2018年推出的带宽高达110 GHz的10bit 的UXR超高端示波器。图5 持续推高的信号速率和降低的信号幅度与容限02 ADC 比特数与示波器的垂直分辨率成正比理论上讲，10位ADC示波器的分辨率比8位ADC示波器高4倍。而事实上反映在示波器上的最终指标则是ENOB，Effective Number of Bits，中文叫动态有效位。ENOB不仅和基础的ADC位数有关，还和示波器的本底噪声和水平插值误差或者采样精度有关。因此理论的ADC位数不能直接换算成示波器的最终ENOB，也就是说评估示波器的垂直分辨率更为有价值的指标是系统ENOB。因此如果您在评估示波器时应当要求厂家明确给出其产品带宽范围内在不同频点下的ENOB。客观上，由于示波器的本底噪声呈高斯随机分布，带宽越大，噪声越大，因此在高频点实时示波器的ENOB可能由于本底噪声的缘故牺牲很多。这也是为什么在高带宽示波器上必须采用更高ADC位数的原因。近几年来超高速串行信号和高阶调制信号的发展对更高带宽示波器的ADC位数提出了很苛刻的要求，当然Keysight已经用UXR系列10bit超高端示波器交出了完美的答卷。谈及ENOB则必须谈及针对ADC芯片的最常用评估参数——SINAD(Signal-to-Noise-and-Distortion Ratio)，是信号幅度均方根与所有其他频谱分量（包括谐波，但不包括DC）的均方根（RSS）平均值之比。除非另有说明，否则SINAD一般都使用正弦波输入信号进行测量。基于不同频率下的SINAD值，可以得到ADC或者示波器不同频点下的ENOB：图 6 ENOB与SINAD换算公式如何正确测试示波器的ENOB呢？沿袭自SINAD测量，用固定幅度的正弦波对示波器的通道进行扫频，测量示波器上的电压结果。然后使用后处理工具（例如MathWorks MATLAB）进行计算，无论在时域和频域都可以。基于时域方法，通过从测量所得结果中减去对应时间的理论最佳拟合电压。差值来源主要是噪声，这可能来自示波器的前端，一般由诸如相位非线性和扫频信号的幅度变化等。噪声也可能来自于ADC的间插采样失真。基于频域方法，则通过从整个宽带功率中减去与主频分量相关的功率来计算ENOB。基本步骤如下：1) 输入一个精准的RF正弦波到给定的通道，信号频率在带宽之内；2) 注意正弦波的Vpp保持不变，因为这非常重要，每个步骤都使用相同幅度的信号输入；3) 将捕获的波形文件加载到MathWorks中，并计算数据的均方误差;4) 以不同的正弦波频率重复步骤1至3，确保每个步骤的 Vpp都相同。（这是一个关键步骤，同时保持同一Vpp幅度，以免Vpp的变化导致更高或更低 ENOB）可见，采用精准正弦波扫频到示波器额定带宽频点进行测量是正确表征示波器ENOB的基础。业界有的产品给出的ENOB测量条件为10 MHz正弦波在示波器不同带宽下的值，显然没有完全准确表征，因为其输入的10 MHz正弦波在示波器不同带宽下没有任何幅度变化，主要计入的只是不同带宽下的示波器垂直本底噪声影响。03 除了常常提到的示波器中所用 ADC位数及系统 ENOB，今天在很多产品中还经常提到采用 Hi-Res Mode 时，示波器 ADC分辨率最高可以达到 16bit。Hi-Res 模式是示波器采集系统中常用的一种采集模式，主要是针对低频信号在无需高采样率情况下通过对若干原始采样点进行平均滤波（副作用是会降低带宽，因此只能针对低频信号测试用）得到的值作为样本来重构波形。图 7 Hi-Res采集模式原理架构在采用Hi-Res采集模式后，一般示波器带宽都会最低限制到20MHz左右，标称的ADC位数可以达到15/16 bit，最终可以实现的ENOB，不同公司的产品最终水平则略有差异。Keysight 实时示波器继承了上一代S示波器的优异的模拟前端设计，以及最新的实时示波器全新采集系统，采用硬件10bit ADC，所有通道在最高6GHz带宽和所有采样率下均可达到硬件10bit，是业界唯一“全天候”产品。采用Hi-Res模式下，最高可实现16bit ADC。图8 MXR系列ADC分辨率，采样率与带宽关系基于业界(ADC芯片公司)认可的最标准的ENOB测试方法标定，MXR具有业界优异的ENOB指标：图 9 MXR不同频点下ENOB示波器使用小技巧从使用角度来看，日常在使用示波器的时候，强烈推荐调节示波器垂直刻度到信号展开达到满屏的 90% 左右, 因为这时的垂直刻度为最优值，除以 ADC量化等级比如1024，量化误差为最优。比如一个典型的400mV信号(USB2.0)，设置示波器垂直刻度为 60mV/Div,全量程为480mV,在1024量化等级下，最小量化噪声为0.47mV左右。而如果设置垂直刻度为100mV/Div，全量程800mV,在1024量化等级下，最小量化噪声为 0.78mV，显然后一个刻度设置的测量精度要低。这个垂直刻度的不同设置其实背后反映的本质是在不同设置下示波器的ENOB 的差异。特别在采用两根电缆接入信号进行差分运算时，必须先分别对两个单端信号调节到最佳刻度，再进行差分运算。当然很多时候，示波器垂直刻度的设置不仅与示波器本身有关系，在采用探头探测信号时，也会和探头的衰减倍数有关系，示波器的最小可设置垂直刻度=外接探头衰减倍数*示波器本身的最小刻度。3 采样存储系统除了上面两节描述的对实时示波器至关重要的采样率和 ADC 外，与水平采样系统直接关联的还有示波器的存储深度。示波器的存储深度直接决定了实际工作中能够捕获的波形时长：捕获时长=存储深度 ÷ 采样率根据上面的公式，如果您想捕获更长时间的波形，有两种办法：降低采样率，但是采样率降低的同时也在降低数字带宽(奈奎斯特带宽)的风险，最终导致信号混叠，信号失真；另外一种办法就是增大存储深度，当然增大存储深度需要额外的成本。需要特别说明的是，示波器的采样存储器不同于其内部主板及操作系统里的内存。示波器的采样存储技术除了数据存储器本身外，最重要的在于对ADC采样后的数据进行缓存，预处理，乃至包括硬件滤波等等。MXR系列采用了一个100 M门FPGA进行专门的数据缓存和处理，框图如下：图10 实时示波器采集系统框图那么长存储有哪些典型应用场景呢？比如(不限于)：1) 捕获更长时间的波形进行协议分析，在不能确定问题发生原因以明确设置触发条件时；2) 捕获长时间的波形进行抖动和相噪分析，可以分析到低频抖动分量和更精确的相噪分析结果;3) 在对波形做时域到频域转换分析时，长存储波形可以提供更高的解析带宽或频域分辨率4) 针对当前热门的 mmW 和 5G 及雷达数字接收机相关应用，更长的存储深度确保高采样率下的更长捕获时长可以带来更高的 EVM 精度！实时示波器系列最新产品在所有型号上均提供了业界当前主流中端产品上最深的存储深度，标配200 M点每通道，可以升级扩展到400M点每通道，是业界其它产品的标配存储深度的2-3倍，而其它产品需要通过增加扩展存储选件以达到与MXR同一水平。4 小结今天，我们主要就数字实时示波器的水平采样系统和ADC相关指标和参数及存储深度等做了一些介绍，我们将会介绍的垂直系统性能和指标介绍，这两方面正是为什么 Keysight 示波器始终提供了最精确测量结果的原因，也是为什么 Keysight 示波器广为业界推崇的原因。希望能对您在选择或购买示波器时能有一些更全面的了解和认识。随着全新MXR系列实时示波器发布，Keysight 10bit ADC示波器家族再添新成员，三大系列，S,MXR及UXR系列，带宽全面覆盖从500MHz直到业界唯一的110GHz超高端产品，还提供了丰富的通道数选择，为业界各位工程师提供最广阔选择和最高的测量精度。图11 Keysight全系列 10bit 实时示波器示波器性能规格“带宽”是最重要的示波器规格示波器有很多种规格，但示波器最重要的规格是带宽。示波器能捕获的最高输入频率和准确测量都基于示波器的带宽规格。但示波器无法对具有与带宽频率相同的频率的信号进行准确测量。所有示波器都具有低通频率响应 – 通常称为高斯响应。高斯频率响应近似于单极点低通滤波器。当输入信号频率增加时，示波器将开始衰减输入信号，然后开始进行不准确测量。正弦波输入信号按 3 dB 衰减时的频率就是示波器的带宽。根据 20 Log(Vo/Vi) 公式，3 dB 衰减大约等于 30% 的衰减。选择合适的示波器带宽输入 = 100-MHz 数字时钟使用 100-MHz 带宽示波器的响应使用 500-MHz 带宽示波器的响应模拟应用所需带宽：≥ 最高正弦波频率的 3 倍。数字应用所需带宽：≥ 最高数字时钟频率的 5 倍。更为准确的带宽确定基于信号边沿速度（请参考演示结尾部分的“带宽”应用注释）由于输入正弦波按示波器带宽频率的 30% 左右 (-3 dB) 衰减，因此绝不应使用特定带宽示波器来测试具有相同频率的信号。对于纯模拟/RF 测量应用（正弦波），建议示波器带宽比要测量的最高输入正弦波频率高出三倍。在示波器带宽的 1/3 处，信号通常衰减最小。在今天实际上较为常见的数字应用中，示波器的带宽应至少比系统最高时钟频率高出 5 倍。回想一下某些电子工程课程，所有信号 – 包括数字时钟信号 – 都由多个正弦波组成。如果示波器带宽比最高时钟频率至少高五倍，则示波器便能够捕获衰减最小的第五谐波。本幻灯片展示了捕获同一 100 MHz 数字时钟信号的两种不同带宽示波器。左侧屏幕截图展示了使用 100 MHz 带宽示波器进行捕获时，100 MHz 数字时钟的波形。此信号的较高谐波均已衰减，以至于所有实际保留的部分只是此时钟信号（100 MHz 正弦波）的基本频率分量。右侧屏幕截图展示了使用 500 MHz 带宽示波器进行捕获时，同一 100 MHz 时钟信号的波形。500 MHz 带宽示波器不仅能捕获 100 MHz 基本频率分量，还能较为准确地捕获第三和第五谐波。请注意，数字应用的 5 倍系数实际上只是“单凭经验”的建议。实际上还有一种更为准确的确定合适带宽的方法，这种方法基于高速边沿的实际频率分量，而与时钟频率无关。如果有兴趣了解这种更为准确的方法，请参考本演示结尾部分列出的应用说明“评估应用的示波器带宽”。觀看視頻，了解示波器三大关键指标示波器三大关键指标：模数转换器ADC，系统有效位数ENOB和底噪示波器三大关键指标https://www.zhihu.com/video/1701199841924026368其他重要示波器规格尽管带宽是最重要的示波器规格，但在选择和购买示波器时，还应考虑其他一些规格。其中包括：−采样率（采样数/秒）– 应至少为示波器带宽的 4 倍−存储器深度 – 确定在使用示波器最高采样率进行采样时，能够捕获的最长波形。−通道数 – 通常为 2 或 4 通道。MSO 型号添加了分辨率为 1 位的 8 到 32 个数字采集通道（高或低）。−波形更新率 – 较快的更新率会增加捕获罕见电路问题的可能性。较快的更新率表示有较快的图形采集，这将提高示波器捕获罕见事件的（如毛刺）的可能性。−显示质量 – 大小、分辨率、亮度级数。包括显示屏大小、分辨率和亮度级数。在查看和凭直觉判断随机噪声和抖动时，亮度级别是示波器显示质量的重要特性。−高级触发模式 – 时间限定的脉冲宽度、样式、视频、串行、脉冲冲突（边沿速度、设置/保留时间、矮小脉冲）等。使示波器可以同步较为复杂的信号，如串行总线信号。是德科技编辑于 2023-11-05 21:30赞同 7添加评论分享收藏喜欢收起行行查行业研究数据库关注小编整理了以下内容，希望可以帮到你（数据来源：行行查 | 行业研究数据库）：示波器示波器是一种用途广泛、易于使用且功能强大的电子测量仪器，属于信号分析类仪器的一种，用于观测、分析和记录各种电信号的变化。示波器通过把被测电压随时间的变化关系转换为可视的波形图像，提供直观的研究各种电信号变化的方式。按照信号处理方式不同分类，示波器可分为模拟示波器和数字示波器两大类。模拟示波器是直接将被测电信号呈现在显示设备上，被测电信号通过控制从左到右扫过示波管的电子束在垂直方向的偏转来直接描绘出电压波形。数字示波器则是通过模数转换器（ADC）把被测电信号转换为数字信号，再以数字信号处理的方式将信号随时间的变化波形绘制在显示设备上。示波器的核心参数主要包括带宽、实时采样率、存储深度。•带宽：模拟带宽由放大器决定。其物理意义为在输入端的正弦波衰减幅度为70.7%时（半功率，即-3dB）的频率点。带宽是数值示波器的核心指标，带宽决定了示波器能检测到信号的频率范围，往往决定其价格水平。•实时采样率：由ADC决定。指的是ADC单位时间间隔内可以采样的样点数量，采样点数越多，波形越接近真实值，使用过程中还会受存储深度的影响，采样频率单位一般代表机器的上限，使用过程可以动态调整。•存储深度：由内存控制器和存储器决定。反应示波器内存区域的容量，即可以存储点的个数，是固定值。物理关系为采集时间=存储深度/采样频率。数字示波器的核心性能指标主要为带宽，带宽决定了示波器所能检测到的信号频率范围，最高带宽越高，能够检测的最高信号频率越高。而实时采样率与带宽密切相关，其决定了示波器ADC在单位时间间隔内可采集的样本点数，直接影响信号波形的还原程度，实时采样率越高，采样速度越快，失真越小。最高带宽和实时采样率越高，其技术难度越高，应用领域越丰富，产品价格也越昂贵。因此，数字示波器档次划分需同时满足所属系列的最高带宽核心指标和采样率重要指标的要求。可点击下方行行查链接查看报告全文欢迎评论、点赞、收藏和转发！有任何喜欢的行业和话题也可以私信我们。发布于 2023-02-13 11:49赞同添加评论分享收藏喜欢收起

示波器的原理和使用方法详细说明-电子发烧友网

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示波器的原理和使用方法详细说明

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2020-07-27

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　　示波器是一种使用非常广泛，且使用相对复杂的仪器。本章从使用的角度介绍一下示波器的原理和使用方法。

　　一、示波器工作原理

　　示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。

　　1、示波管

　　阴极射线管（CRT）简称示波管，是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。正如图1所示，电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内，构成了一个完整的示波管。

　　（1）荧光屏

　　现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。

　　当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10％所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0.1s为中余辉，0.1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。

　　由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。

　　（2）电子枪及聚焦

　　电子枪由灯丝（F）、阴极（K）、栅极（G1）、前加速极（G2）（或称第二栅极）、第一阳极（A1）和第二阳极（A2）组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极，阴极受热发射电子。

　　栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。

　　如果栅极电位过低，则全部电子返回阴极，即管子截止。调节电路中的W1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连，所加电位比A1高。G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。

　　电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域，调节第二阳极A2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。A1上的电压叫做聚焦电压，A1又被叫做聚焦极。有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦，需微调第二阳极A2的电压，A2又叫做辅助聚焦极。

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示波器的工作原理和使用方法

示波器是一种常见的电子测试仪器，它可以用来观测和分析电信号的波形、幅度、频率等参数，是电子工程师和电子爱好者必备的工具之一。本文将介绍示波器的工作原理和使用方法，帮助读者更好地理解和应用示波器。一、示波器的工作原理

示波器的主要功能是显示电信号的波形，它的工作原理可以简单地概括为：将待测信号与参考信号进行比较，然后将结果显示在屏幕上。

具体来说，示波器的工作原理如下： 1. 信号输入

示波器的输入端口接收待测信号，可以是电压、电流、频率等类型的信号。通常示波器有多个输入通道，可以同时显示多个信号波形。

2. 信号放大

示波器将输入信号放大，以便更好地观测和分析。放大倍数可以手动调节或自动调节。 3. 参考信号

示波器的参考信号可以是一个内部信号源，也可以是外部信号源。参考信号和待测信号进行比较，产生一个测量结果。 4. 比较和显示

示波器将待测信号和参考信号进行比较，然后将结果显示在屏

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