示波器基础知识汇总（2）

系列文章目录

1.元件基础
2.电路设计
3.PCB设计
4.元件焊接
5.板子调试
6.程序设计
7.算法学习
8.编写exe
9.检测标准
10.项目举例
11.职业规划

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示波器基础知识汇总（1）

1、前面板基本控件

通常情况下，使用前面板上的旋钮和按钮来操作示波器。除了前面板上的控件以外，现在许多高端示波器都配备了操作系统，因此它们的操作方式与电脑一样。您可以将鼠标和键盘连接到示波器，使用鼠标控制显示屏上的下拉菜单和按钮来调整控件。此外，一些示波器配备触摸屏，您可以使用触控笔或指尖访问菜单。

2、开始使用之前……

当您第一次坐在示波器旁时，请检查您正在使用的输入通道是否已打开。按下 [Default Settings]（默认设置）按钮（如有）。这将使示波器返回其原始默认状态。然后按下 [Autoscale]（自动定标）按钮（如有）。如果您的波形不能在显示屏上良好显示，该功能将会自动设置垂直和水平标度。以此为起点，进行必要的调整。如果你失去了波形的踪迹，或者很难显示波形，请重复这些步骤。大多数示波器的前面板上至少包含四个主要区域：垂直控件、水平控件、触发控件和输入控件。

①、垂直控件

示波器上的垂直控件通常分布在标有“Vertical”（垂直）字样的区域中。这些控件让您可以在垂直方向上调整显示。例如，有一个控件用于指定显示网格的 y 轴上的每格（刻度）的电压数。您可以通过降低每格的电压数来放大波形，也可以通过增大这个数量来缩小波形。还有一个控件用于控制波形的垂直偏移。该控件可以在显示屏中上下平移整个波形。您可以在图 16 中看到 Keysight InfiniiVision 2000 X 系列示波器的垂直控件区。
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②、水平控件

示波器上的水平控件通常分布在前面板上标有“Horizontal”（水平）字样的区域。这些控件让您可以调整显示的水平标度。有一个控件用于指定 x 轴上每格的时间。同样，降低每格的时间可以让您放大更窄的时间范围。该区域还有一个用于水平延迟（偏移）的控件。该控件让您能够扫描一个时间段。您可以在图 17 中看到 Keysight InfiniiVision 2000 X 系列示波器的水平控件区。
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③、脉宽触发

当您需要找出特定的脉宽时，脉宽触发与毛刺触发功能相似。不过，通常您可以触发任何指定宽度的脉冲，并且可以选择要触发的脉冲的极性（负或正）。您还可以设置触发的水平位置。这样一来，您就可以看清触发前后的情况。例如，您可以执行毛刺触发，找出错误，然后查看触发前的信号，以确定产生毛刺的原因。如果您将水平延迟设置为零，则触发事件将被放在屏幕水平方向的中间位置。在触发之前发生的事件将位于屏幕左侧，而在触发之后发生的事件则位于屏幕右侧。您还可以设置触发耦合，并设置想要触发的输入源。您不是必须要触发自己的信号，还可以触发相关信号。图 20 显示了示波器前面板的触发控件区。

④、输入控件

示波器上通常有两个或四个模拟通道。这些通道会被编号，每个特定通道通常还会有一个相关的按钮，用于打开或关闭该通道。另外，可能还有一个选项，用来指定交流或直流耦合。如果选择直流耦合，整个信号都将被输入。反之，交流耦合会阻挡直流分量，使波形居中在 0 伏左右（接地）。此外，还可以通过选择按钮来指定每个通道的探头阻抗。使用输入控件还可以选择采样类型。基本的信号采样方法有两种：

• 实时采样实时采样通常会采集足够的波形样本，因此每次采集时都能捕获波形的完整图像。利用实时采样，当今一些更高性能的示波器在单次采集中就可以捕获高达 32GHz 的带宽信号。

• 等效时间采样等效时间采样通过多次采集建立波形。在第一次采集时对信号的一部分进行采样，然后在第二次采集时对另一部分进行采样，依此类推。然后，将所有这些信息组合在一起，以重建波形。对于速度太快、无法进行实时采样的的高频信号（> 32 GHz），等效时间采样非常有用。

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3、软件键

软键常出现在未安装 Windows 操作系统的示波器上（软键图片见图 8）。使用这些软键可以导航示波器显示屏上的菜单系统。图 21 显示了按下软键时下拉菜单的样子。图中显示的是用于选择触发模式的菜单。您可以连续按软键进行滚动选择，前面板上的有一个旋钮，也用于滚动选择。图 21. 当按下触发菜单下方的软键时，就会显示“Trigger Type”（触发类型）菜单。

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4、触发控件

正如我们之前所提到的，触发信号有助于提供稳定、可用的显示，您可以同步示波器对您感兴趣的波形的采集过程。

触发控件让您可以选择垂直触发电平（例如，希望示波器触发时的电压），以及在各种触发功能之中选择。常见的触发类型包括：

• 边沿触发边沿触发是最流行的触发模式。当电压超过某个设定的阈值时，触发就会发生。您可以选择在上升沿还是下降沿触发。图 18 显示的是在上升沿触发的图形表示。

• 毛刺触发毛刺触发模式允许您触发宽度大于或小于某个指定时间长度的事件或脉冲。该功能对于找出随机毛刺或错误非常有用。如果这些毛刺不常发生，就很难看到它们。不过，毛刺触发让您可以捕捉许多这种错误。

5、示波器种类

示波器是一种用于将某个变量显示为另一变量的函数的测试与测量仪表。例如，它可以在显示屏上绘制电压（y 轴）与时间（x 轴）的关系图。图 10 就是这样一个关系图示例。如果您想测试某个电子元件是否工作正常，这就非常有用。如果您知道在撤出该元件后信号波形应有的样子，则可以使用示波器来查看该元件是否确实输出了正确的信号。请注意，x 轴和 y 轴被网格分成了多个部分。尽管对于现代示波器而言，大多数测量都可以通过示波器自动执行，而且结果更加准确，但网格让您能够通过目测估计进行测量。示波器不仅可以绘制电压与时间的关系图，还具有更多功能。

示波器有多个输入，称为通道，每个通道都能独立工作。因此，您可以将通道 1 连接到某个设备，将通道 2 连接到另一个设备。然后，示波器就可以绘制通道 1 所测电压与通道 2 所测电压之间的关系。这种模式称为示波器的 XY 模式。当绘制 I-V 图或李萨如图（Lissajous）时，这种模式很有用，通过这些图的形状，您就可以知道两个信号之间的相位差和频率比。图 11 显示的便是李萨如图以及它们所代表的相位差/频率比。

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①、模拟示波器

最早的示波器就是模拟示波器，使用阴极射线管来显示波形。当电子击中屏幕时，屏幕上的磷光粉会发光，当有连续的磷光粉发光时，您就可以看到信号的表现了。要使显示的波形看起来稳定就需要触发。当一个完整的轨迹显示结束时，示波器就处于等待状态，直到下一个特定事件发生（例如，跨越某个电压的上升沿），然后再次开始显示轨迹。未触发的显示是不能使用的，因为波形在显示屏上未显示为稳定波形（DSO 和 MSO 示波器也是如此，后面会讨论到）。

模拟示波器非常有用，因为发光的磷光粉不会立即消失。您可以看到示波器的多条轨迹相互重叠，从而可以看出信号中的毛刺或不规则现象。由于在电子撞击屏幕时才会显示波形，因此显示信号的强度与实际信号的强度直接相关。这就使显示相当于一个三维图（换句话说，x 轴是时间，y 轴是电压，z 轴是强度）。模拟示波器的缺点是它不能“冻结”显示，不能使波形保留较长的时间。一旦磷物质扩散，那部分信号就会消失。

此外，不能对波形自动执行测量。而是必须使用显示屏上的网格进行测量。由于电子束的水平和垂直扫描速度有限，模拟示波器所能显示的信号类型也非常有限。虽然现在仍有许多人在使用模拟示波器，但在市场上已不多见了。目前，数字示波器已成为现代的主流工具。

②、数字存储示波器（DSO）

数字存储示波器（通常称为 DSO）是为了弥补模拟示波器的许多不足而发明的。 DSO 输入一个信号，然后通过模数转换器将其数字化。图 12 所示的便是是德科技数字示波器所采用的一种 DSO 架构。它使用衰减器对波形进行缩放。在将波形传递到模数转换器（ADC）时，垂直放大器提供额外的缩放。模数转换器对输入信号进行采样并将其数字化。然后，将数据存储在存储器中。

触发器搜索触发事件，时基调整示波器的时间显示。在示波器最终显示信号之前，微处理器系统会执行您指定的任何后期处理。将数据保持数字形式使示波器可以对波形进行各种测量。信号也可以长期存储在存储器中。这些数据可以通过闪存、LAN、USB 或 DVD-RW 进行打印或传输到计算机。事实上，现在您可以使用虚拟的前面板通过计算机控制和监视示波器。

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③、混合信号示波器（MSO）

在 DSO 中，输入信号是模拟信号，通过模数转换器进行数字化。不过随着数字电子技术的发展，同时监测模拟信号和数字信号已变得越来越有必要。因此，示波器厂商开始生产能够触发和显示模拟与数字两种信号的混合信号示波器。通常情况下，这些示波器的模拟通道数量较少（2 个或 4 个），数字通道较多（8 个或 16 个，见图 13）。13 混合信号示波器的优点是能够触发模拟和数字信号的组合，并在同一时基上将它们全部显示出来。

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④、便携/手持式示波器

顾名思义，便携式示波器是一种小到可以随身携带的示波器。如果您需要将示波器带到多个地方，或者在实验室里从一个工作台移动到另一个工作台，那么便携式示波器可能非常适合您。图 14 所示的便是一台便携式示波器 — Keysight InfiniiVision X 系列示波器。便携式示波器的优点是重量轻、便于携带、开关机速度快，并且易于使用。它们的性能往往低于大型示波器，但 Keysight InfiniiVision 1000、2000 和 3000T X 系列示波器的出现，正在改变这一点。这些示波器具有便携式示波器常见的所有便携性和易用性特点，功能也足够强大，带宽高达 6GHz，可以应对当今的大多数调试需求。
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⑤、经济型示波器

经济型示波器价格低廉，但其性能不如高性能示波器。这类示波器通常多用于大学实验室中。这类示波器的主要优点是价格便宜。只需一个相对较低的价格，您就能获得一台非常有用的示波器。

⑥、高性能示波器

高性能示波器可提供目前最优异的性能。对于需要带宽高、采样和更新速率快、存储器深度大和测量功能多的示波器的用户来说，高性能示波器是最佳选择。图 15 所示的便是一台高性能示波器 — Keysight Infiniium 90000A 系列示波器。高性能示波器的主要优点是，让您能够正确分析各种信号，并提供了许多应用程序和工具，可以更简单、更快速地分析当前技术。其主要缺点是价格高，体积大。