示波器的原理

示波器是設計和測試電子設備和器件常用的工具。數字儲存示波器（簡(jiǎn)稱(chēng)DSO）和混合信號示波器（簡(jiǎn)稱(chēng)MSO）都是強大的儀器，用于顯示及測量隨時(shí)間變化的電子信號，并且能有助于確定哪一個(gè)器件運行正常，而哪一個(gè)器件出現故障。示波器還能幫助您確定新近設計的器件是否能按照您想要的方式運行。

本文簡(jiǎn)要介紹示波器原理，讓您了解什么是示波器，以及如何操作示波器。我們將會(huì )探討示波器的應用，并概括介紹其基本的測量和性能特征。本文還將介紹不同類(lèi)型的探頭，并討論它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

。每天都有上百萬(wàn)人使用電子產(chǎn)品，例如手機、電視和計算機。隨著(zhù)電子技術(shù)的進(jìn)步，這些產(chǎn)品的工作速度也變得越來(lái)越快。如今，大多數電子產(chǎn)品都采用了高速數字技術(shù)。

工程師們應當能夠精確地設計和測試他們在高速數字產(chǎn)品中所使用的元器件。他們在設計和測試元器件時(shí)所使用的儀器必須特別適合處理高速和高頻的特性才行，而示波器正好是這樣的一種儀器。

示波器是一種功能強大的工具，在設計和測試電子器件方面很有用。它們在您判定系統器件是否正常方面扮演極為重要的角色，而且還能幫助您確定新設計的元器件是否按照預想的方式進(jìn)行工作。示波器的功能遠比數字萬(wàn)用表更強大，因為它們可以使您觀(guān)察電子信號的實(shí)際情況。

示波器的應用極為廣泛，包括通用電子測試、工業(yè)自動(dòng)化、汽車(chē)、大學(xué)的研究實(shí)驗室以及航空航天 / 國防產(chǎn)業(yè)等。許多公司都依賴(lài)示波器來(lái)查找缺陷，從而制造出質(zhì)量過(guò)硬的產(chǎn)品。

電子信號

示波器的主要用途是顯示電子信號。通過(guò)觀(guān)察示波器上顯示的信號，您可以確定電子系統的某個(gè)元器件是否在正常工作。因此，要想了解示波器的工作方式，必須先要了解信號的基本示波器原理。

波形特性

電子信號會(huì )以波形或脈沖的形式出現。波形的基本特性包括：

幅度 - 在工程應用中經(jīng)常使用的幅度定義主要有兩個(gè)。第一種通常稱(chēng)為峰值幅度，定義為干擾信號的最大位移量。第二種是均方根（RMS）幅度。要計算波形的 RMS 電壓，必須將波形值平方并求出平均電壓，然后再求平方根。對正弦波來(lái)說(shuō)，RMS 幅度等于峰值幅度的 0.707 倍。

相移 - 相移是指兩個(gè)其他條件都相同的波形之間的水平位移量，以度或弧度為單位。正弦波的周期以 360 度來(lái)表示。因此，如果兩個(gè)正弦波相差半個(gè)周期，那么它們的相對相移就是 180 度。

周期 - 波形的周期是指波形重復出現一次所花費的時(shí)間，以秒為單位。

頻率 - 每個(gè)周期性波形都有一個(gè)頻率。頻率是指波形在一秒內重復出現的次數（如果您使用 Hz 為單位）。頻率與周期互為倒數。

波形

波形是指波的形狀或圖像。波形可以提供許多有關(guān)信號的信息，例如，它可以告訴您電壓是否突然發(fā)生改變、呈線(xiàn)性變化或保持不變。標準的波形有很多種，本節僅介紹您最常遇到的幾種。

正弦波 - 正弦波通常與交流（AC）電源有關(guān)，例如您屋內的電源插座。正弦波的峰值幅度并非一直恒定，如果峰值幅度會(huì )隨著(zhù)時(shí)間不斷地下降，我們就稱(chēng)這種波形為阻尼正弦波。

方波 / 矩形波 - 方波會(huì )在兩個(gè)不同的值之間周期性地跳動(dòng)，因此在高點(diǎn)和低點(diǎn)部分的長(cháng)度會(huì )相等。矩形波不同的地方在于高、低點(diǎn)部分的長(cháng)度并不相等。

三角波 / 鋸齒波 - 在三角波中，電壓會(huì )隨著(zhù)時(shí)間呈線(xiàn)性變化。它的信號邊沿稱(chēng)為斜波，這是因為其波形會(huì )斜升或斜降到某個(gè)電壓。由于鋸齒波前面或后面的信號沿會(huì )隨著(zhù)時(shí)間產(chǎn)生線(xiàn)性的電壓響應，所以看起來(lái)與三角波類(lèi)似。但對面的信號沿幾乎是立即下降的。

脈沖 - 脈沖是指突然出現在固定電壓中的干擾，就像在一個(gè)房間中突然打開(kāi)電燈，然后迅速熄滅電燈的情形。一連串的脈沖被稱(chēng)為脈沖串。延續前面的比喻，這就好比不斷重復快速開(kāi)燈與關(guān)燈的動(dòng)作一樣。脈沖是信號中常見(jiàn)的毛刺或錯誤波形。如果信號只傳送一條信息，那么脈沖也可看作是一個(gè)波形。

復合波

波形也可以是以上各種波形的混合。它們不一定要具備周期性，而且可以是非常復雜的波形。

模擬信號與數字信號的比較

模擬信號代表給定范圍內的任意值。您不妨想象一下模擬時(shí)鐘，時(shí)針每隔 12 個(gè)小時(shí)旋轉 1 周。在此期間，時(shí)針一直不斷移動(dòng)，不會(huì )出現讀值跳動(dòng)或不連續的情形?，F在將它與數字時(shí)鐘比較一下。數字時(shí)鐘僅顯示小時(shí)和分鐘，因此是以分鐘作為間隔時(shí)間。它會(huì )一下子從 11:54 跳至 11:55。數字信號同樣具備離散和量化的特性。通常，離散信號具有兩個(gè)可能的值（高或低，1 或 0 等），因此信號會(huì )在這兩個(gè)可能的值之間上下跳動(dòng)。