示波器的原理

示波器是設(shè)計(jì)和測(cè)試電子設(shè)備和器件常用的工具。數(shù)字儲(chǔ)存示波器（簡(jiǎn)稱DSO）和混合信號(hào)示波器（簡(jiǎn)稱MSO）都是強(qiáng)大的儀器，用于顯示及測(cè)量隨時(shí)間變化的電子信號(hào)，并且能有助于確定哪一個(gè)器件運(yùn)行正常，而哪一個(gè)器件出現(xiàn)故障。示波器還能幫助您確定新近設(shè)計(jì)的器件是否能按照您想要的方式運(yùn)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(yīng)用，并概括介紹其基本的測(cè)量和性能特征。本文還將介紹不同類型的探頭，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(jī)、電視和計(jì)算機(jī)。隨著電子技術(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(shù)電子產(chǎn)品都采用了高速數(shù)字技術(shù)。

工程師們應(yīng)當(dāng)能夠精確地設(shè)計(jì)和測(cè)試他們?cè)诟咚贁?shù)字產(chǎn)品中所使用的元器件。他們?cè)谠O(shè)計(jì)和測(cè)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(qiáng)大的工具，在設(shè)計(jì)和測(cè)試電子器件方面很有用。它們?cè)谀卸ㄏ到y(tǒng)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(shè)計(jì)的元器件是否按照預(yù)想的方式進(jìn)行工作。示波器的功能遠(yuǎn)比數(shù)字萬(wàn)用表更強(qiáng)大，因?yàn)樗鼈兛梢允鼓^察電子信號(hào)的實(shí)際情況。

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

電子信號(hào)

示波器的主要用途是顯示電子信號(hào)。通過(guò)觀察示波器上顯示的信號(hào)，您可以確定電子系統(tǒng)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(hào)的基本示波器原理。

波形特性

電子信號(hào)會(huì)以波形或脈沖的形式出現(xiàn)。波形的基本特性包括：

幅度 - 在工程應(yīng)用中經(jīng)常使用的幅度定義主要有兩個(gè)。第一種通常稱為峰值幅度，定義為干擾信號(hào)的最大位移量。第二種是均方根（RMS）幅度。要計(jì)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(duì)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(duì)相移就是 180 度。

周期 - 波形的周期是指波形重復(fù)出現(xiàn)一次所花費(fèi)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(nèi)重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)（如果您使用 Hz 為單位）。頻率與周期互為倒數(shù)。

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(hào)的信息，例如，它可以告訴您電壓是否突然發(fā)生改變、呈線性變化或保持不變。標(biāo)準(zhǔn)的波形有很多種，本節(jié)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(nèi)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)隨著時(shí)間不斷地下降，我們就稱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(zhǎng)度會(huì)相等。矩形波不同的地方在于高、低點(diǎn)部分的長(zhǎng)度并不相等。

三角波 / 鋸齒波 - 在三角波中，電壓會(huì)隨著時(shí)間呈線性變化。它的信號(hào)邊沿稱為斜波，這是因?yàn)槠洳ㄐ螘?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(hào)沿會(huì)隨著時(shí)間產(chǎn)生線性的電壓響應(yīng)，所以看起來(lái)與三角波類似。但對(duì)面的信號(hào)沿幾乎是立即下降的。

脈沖 - 脈沖是指突然出現(xiàn)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。一連串的脈沖被稱為脈沖串。延續(xù)前面的比喻，這就好比不斷重復(fù)快速開(kāi)燈與關(guān)燈的動(dòng)作一樣。脈沖是信號(hào)中常見(jiàn)的毛刺或錯(cuò)誤波形。如果信號(hào)只傳送一條信息，那么脈沖也可看作是一個(gè)波形。

復(fù)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(fù)雜的波形。

模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的比較

模擬信號(hào)代表給定范圍內(nèi)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(zhuǎn) 1 周。在此期間，時(shí)針一直不斷移動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)讀值跳動(dòng)或不連續(xù)的情形。現(xiàn)在將它與數(shù)字時(shí)鐘比較一下。數(shù)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(shù)字信號(hào)同樣具備離散和量化的特性。通常，離散信號(hào)具有兩個(gè)可能的值（高或低，1 或 0 等），因此信號(hào)會(huì)在這兩個(gè)可能的值之間上下跳動(dòng)。