• 電子信號

• 示波器波形

• 什么是示波器，您為什么需要它？

• 信號完整性

• 示波器的外觀

• 示波器的用途

• 示波器的類型

• 模擬示波器

• 數(shù)字存儲示波器（DSO）

• 混合信號示波器（MSO）

• 便攜式 / 手持式示波器

• 示波器的類型

• 經(jīng)濟型示波器

• 高性能示波器

• 示波器的使用范圍

• 基本的示波器控制與測量

• 垂直控制

• 水平控制

• 觸發(fā)控制

• 輸入控制

• 功能鍵

• 示波器的使用

• 峰峰值電壓測量

• 電壓有效值（RMS 電壓）測量

• 脈寬測量

• 幅度和其它電壓測量

• 示波器基本運算功能

• 重要的示波器性能特性

• 示波器探頭

示波器是設計和測試電子設備和器件最常用的工具。數(shù)字儲存示波器（簡稱DSO）和混合信號示波器（簡稱MSO）都是強大的儀器，用于顯示及測量隨時間變化的電子信號，并且能有助于確定哪一個器件運行正常，而哪一個器件出現(xiàn)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型的探頭，并討論它們的優(yōu)缺點。

示波器電子技術(shù)在我們的生活中無所不在。每天都有上百萬人使用電子產(chǎn)品，例如手機、電視和計算機。隨著電子技術(shù)的進步，這些產(chǎn)品的工作速度也變得越來越快。如今，大多數(shù)電子產(chǎn)品都采用了高速數(shù)字技術(shù)。

工程師們應當能夠精確地設計和測試他們在高速數(shù)字產(chǎn)品中所使用的元器件。他們在設計和測試元器件時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(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計的元器件是否按照預想的方式進行工作。示波器的功能遠比數(shù)字萬用表更強大，因為它們可以使您觀察電子信號的實際情況。

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

示波器怎么看波形頻率? 示波器電子信號

示波器的主要用途是顯示電子信號。通過觀察示波器上顯示的信號，您可以確定電子系統(tǒng)的某個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。

示波器波形特性

電子信號會以波形或脈沖的形式出現(xiàn)。波形的基本特性包括：

幅度 - 在工程應用中經(jīng)常使用的幅度定義主要有兩個。第一種通常稱為峰值幅度，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。對正弦波來說，RMS 幅度等于峰值幅度的 0.707 倍。

圖 1. 正弦波的峰值幅度和 RMS 幅度

相移 - 相移是指兩個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 度來表示。因此，如果兩個正弦波相差半個周期，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(xiàn)一次所花費的時間，以秒為單位。

圖 2. 三角波的周期

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

示波器波形

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、呈線性變化或保持不變。標準的波形有很多種，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，如果峰值幅度會隨著時間不斷地下降，我們就稱這種波形為阻尼正弦波。

方波 / 矩形波 - 方波會在兩個不同的值之間周期性地跳動，因此在高點和低點部分的長度會相等。矩形波不同的地方在于高、低點部分的長度并不相等。

三角波 / 鋸齒波 - 在三角波中，電壓會隨著時間呈線性變化。它的信號邊沿稱為斜波，這是因為其波形會斜升或斜降到某個電壓。由于鋸齒波前面或后面的信號沿會隨著時間產(chǎn)生線性的電壓響應，所以看起來與三角波類似。但對面的信號沿幾乎是立即下降的。

什么是脈沖？

脈沖是指突然出現(xiàn)在固定電壓中的干擾，就像在一個房間中突然打開電燈，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，這就好比不斷重復快速開燈與關(guān)燈的動作一樣。脈沖是信號中常見的毛刺或錯誤波形。如果信號只傳送一條信息，那么脈沖也可看作是一個波形。

示波器復合波

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(shù)字信號的比較

模擬信號代表給定范圍內(nèi)的任意值。您不妨想象一下模擬時鐘，時針每隔 12 個小時旋轉(zhuǎn) 1 周。在此期間，時針一直不斷移動，不會出現(xiàn)讀值跳動或不連續(xù)的情形。現(xiàn)在將它與數(shù)字時鐘比較一下。數(shù)字時鐘僅顯示小時和分鐘，因此是以分鐘作為間隔時間。它會一下子從 11:54 跳至 11:55。數(shù)字信號同樣具備離散和量化的特性。通常，離散信號具有兩個可能的值（高或低，1 或 0 等），因此信號會在這兩個可能的值之間上下跳動。

什么是示波器，您為什么需要它？

信號完整性

示波器的主要用途是精確地顯示電子信號。因此，信號完整性顯得非常重要。信號完整性是指示波器重建波形并且精確顯示原始信號的能力。由于在示波器的波形不同于真實信號時，測試毫無意義，所以信號完整性低的示波器是沒有價值的。但是，無論示波器的性能有多高也無法完全再現(xiàn)真實信號。這是因為當您將示波器連接到電路時，示波器就會變成電路的一部分。換言之會有一些負載效應產(chǎn)生。儀器制造商雖然盡力將負載效應降至最低，但就某種程度而言它們?nèi)匀粫嬖凇?/span>

“高信號完整性對于示波器進行精確測量至關(guān)重要。要想實現(xiàn)穩(wěn)定設計，您必須知道需要關(guān)注哪些技術(shù)指標。”

示波器的外觀

一般，現(xiàn)代示波器的外觀與圖 8 中的示波器相似。然而示波器種類繁多，您的示波器看起來或許會與之不盡相同。盡管如此，大多數(shù)示波器都具備一些基本特性。多數(shù)示波器的前面板大致可分為幾個區(qū)域：通道輸入、顯示屏、水平控制、垂直控制以及觸發(fā)控制。如果您的示波器未配備 Microsoft Windows 操作系統(tǒng)，那么它很可能會提供一組功能鍵，用于控制屏幕上的菜單。

您可以通過通道輸入接頭（即插入到探頭的連接器）把信號發(fā)送到示波器中。顯示屏是用來顯示這些信號的屏幕。水平和垂直控制區(qū)域包含了一些旋鈕和按鍵，可用于控制在顯示屏上的信號的水平軸（通常表示時間）和垂直軸（通常表示電壓）。觸發(fā)控制支持您對示波器進行設置，確定在何種條件下時基可以執(zhí)行采集任務。

示波器的后面板如圖 9 所示。

如圖所示，許多示波器都擁有與個人計算機相同的連通性，包括光盤驅(qū)動器、CD-RW 驅(qū)動器、DVD-RW 驅(qū)動器、USB端口、串行端口，以及外部監(jiān)測器、鼠標和鍵盤輸入等。

示波器的用途

示波器是一種測試與測量儀器，可顯示某個變量與另一個變量之間的關(guān)系。例如，它可以在顯示屏上繪制一個電壓（y 軸）—時間（x 軸）圖。圖 10 顯示了一個圖表示例。如果您需要測試某個電子器件是否正常工作，這項功能會很有用。如果您知道移除該器件之后信號的波形會發(fā)生什么變化，您就可以利用示波器來查看這個器件是否在輸出正確的信號。

請注意，x 軸和 y 軸會以網(wǎng)格線分成一些格子。您可以利用這種網(wǎng)格線執(zhí)行手動測量，但新型示波器能夠自動執(zhí)行大多數(shù)的測量，并且得到更精確的結(jié)果。

示波器的功用不只是繪制電壓—時間圖。示波器提供多個輸入（也稱通道），每個通道都能獨立工作。因此，您可以將通道 1 連接到某個器件，并將通道 2 連接到另一個器件。隨后，示波器可以繪出通道 1 與通道 2 分別測得的電壓之間的比較圖。該模式稱為示波器的 XY 模式，適用于繪制 I-V 圖或 Lissajous 圖。

根據(jù) Lissajous 圖的形狀可以得知兩個信號之間的相位差與頻率比。圖 11 顯示了 Lissajous 圖及其代表的相位差/頻率比。

圖 10. 在示波器上顯示的方波的電壓－時間圖

示波器的類型

模擬示波器

第一種是模擬示波器，它使用陰極射線管來顯示波形。屏幕上涂有熒光物質(zhì)，只要被電子束集中就會發(fā)光。當連續(xù)的熒光點亮起時，您可以看到信號的再現(xiàn)圖形。為了使示波器穩(wěn)定地顯示波形，必須使用觸發(fā)。當顯示屏上的整個波形跡線完成時，示波器會等到特定的事件發(fā)生后（例如，上升沿超過某個電壓值）再次開始顯示跡線。未經(jīng)觸發(fā)的顯示畫面是沒有用處的，因為它顯示的波形并不穩(wěn)定（同樣適用于下面將會討論的 DSO 和 MSO 示波器）。

模擬示波器非常實用，因為熒光點會繼續(xù)發(fā)光一段時間而不會馬上消失。您可以在幾個彼此重疊的示波器跡線上看到信號的毛刺或不規(guī)則性。由于當電子束擊中屏幕時便會顯示波形，所以顯示信號的亮度與實際信號的亮度有關(guān)。這使顯示屏與三維顯示屏類似（換句話說，x 軸代表時間，y 軸代表電壓，而 z 軸則代表亮度）。

模擬示波器的不足之處是無法使顯示畫面 “固定”，從而使波形停留較長的時間。當熒光物質(zhì)不再發(fā)光時，該部分的信號也隨之消失。此外，您無法自動執(zhí)行波形測量，必須使用顯示屏上的網(wǎng)格線進行手動測量。電子束在進行水平掃描和垂直掃描時存在一個速度上限，這會導致模擬示波器可顯示的信號類型也十分有限。盡管模擬示波器目前還擁有不少用戶，但其銷量大不如前。數(shù)字示波器已經(jīng)成為用戶的主流選擇。

數(shù)字存儲示波器（DSO）

數(shù)字存儲示波器（通常稱為 DSO）是為了彌補模擬示波器的諸多不足而發(fā)明的。DSO 輸入一個信號，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其數(shù)字化。圖 12 顯示了是德科技數(shù)字示波器采用的一種 DSO 體系結(jié)構(gòu)。

衰減器會調(diào)整波形。垂直放大器會在波形傳到模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）時做進一步的調(diào)整。ADC 會對收到的信號進行采樣和數(shù)字轉(zhuǎn)換，隨后將這個數(shù)據(jù)存入存儲器中。觸發(fā)器會尋找觸發(fā)事件，而時基會調(diào)整示波器的時間顯示。在示波器顯示信號之前，微處理器系統(tǒng)可以執(zhí)行您指定的其他后期處理任務。

數(shù)據(jù)以數(shù)字形式表示，可使示波器執(zhí)行各種波形測量。信號可以無限期地存放在存儲器中，也可打印或通過閃存、LAN、 USB 或 DVD-RW 傳輸?shù)接嬎銠C中。事實上，您還能通過軟件提供的虛擬前面板在計算機上控制和監(jiān)測示波器。

混合信號示波器（MSO）

DSO 的輸入信號屬于模擬信號，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其數(shù)字化。隨著數(shù)字電路技術(shù)的蓬勃發(fā)展，同時監(jiān)測模擬信號與數(shù)字信號變得越來越重要。鑒于此，示波器廠商著手生產(chǎn)能夠觸發(fā)和顯示模擬與數(shù)字信號的混合信號示波器。這類儀器通常具備少數(shù)幾個模擬通道（2 或 4）和更多的數(shù)字通道（參見圖 13）。

混合信號示波器的優(yōu)點是可以觸發(fā)任意組合的模擬與數(shù)字信號，并且顯示以相同時基進行關(guān)聯(lián)的所有信號。

便攜式 / 手持式示波器

顧名思義，便攜式示波器是指外形小巧、利于隨身攜帶的示波器。如果您需要在許多地點或?qū)嶒炇业牟煌ぷ髋_之間移動示波器，那么便攜式示波器就是您的最佳選擇。圖 14 顯示了便攜式示波器。

便攜式示波器的優(yōu)點是輕便易攜帶，可快速打開和關(guān)閉，易于使用。它們不僅具備便攜式示波器的便攜性與易用性，還擁有足夠強大的功能，能夠應對目前大多數(shù)的調(diào)試需求（帶寬高達 6 GHz）。

示波器的類型

經(jīng)濟型示波器

經(jīng)濟型示波器的價位適中，但其性能遜于高性能示波器。這類示波器常用于大學的實驗室中，主要優(yōu)勢就是低價位。您可以適中的價格買到非常實用的示波器。

高性能示波器

高性能示波器可提供最佳的性能。當用戶需要高帶寬、快速采樣率和更新速率、較大存儲器深度以及廣泛的測量功能時，通常會選擇這種示波器。圖 15 顯示了 高性能示波器。

高性能示波器的主要優(yōu)勢是支持您適當?shù)胤治龈鞣N信號，提供多種應用軟件和工具，使分析現(xiàn)有技術(shù)變得簡單而快速。它的劣勢主要是在它的價格和體積上。

示波器的使用范圍

凡是需要測試或應用電子信號的公司幾乎都會用到示波器。因此，示波器的應用范圍極為廣泛：

– 汽車技術(shù)人員通過示波器來診斷汽車的電氣問題。

– 大學實驗室使用示波器向?qū)W生教授電子知識。

– 全球各地的研究組都擁有示波器。

– 手機制造商使用示波器來測試信號的完整性。

– 軍事和航空航天行業(yè)使用示波器來測試雷達通信系統(tǒng)。

– 研發(fā)工程師使用示波器來測試和設計新的技術(shù)。

– 示波器也可用于一致性測試。例如，用于確保 USB 和 HDMI 的輸出符合某些標準。

示波器的用途十分廣泛，以上只是其中的幾種。它的確是一種功能強大的通用儀器。

基本的示波器控制與測量

基本的前面板控制

通常，您必須使用前面板上的旋鈕和按鍵來操作示波器。除了前面板上提供的控制機構(gòu)以外，許多高端示波器現(xiàn)在還配有操作系統(tǒng)，因此可以像計算機一樣來操作。您可以為示波器連接鼠標和鍵盤，并使用鼠標通過顯示屏上的下拉式菜單和按鍵來調(diào)整控制。此外，有些示波器還配有觸摸屏，只需通過觸筆或指尖就能訪問菜單。

開始之前 ...

當您第一次使用示波器時，請先檢查您要使用的輸入通道是否已經(jīng)打開。然后找到并按下 [Default Settings]，使示波器恢復到默認狀態(tài)。接著再按下 [Autoscale] 鍵，自動設定垂直和水平刻度，以便在顯示屏上完美地呈現(xiàn)波形。以此作為起點，然后再做些必要的調(diào)整。如果您無法追蹤到波形或在顯示波形方面出現(xiàn)困難，請重復以上步驟。大部分示波器的前面板都至少包括四個主要區(qū)域：垂直和水平控制，觸發(fā)控制以及輸入控制。

垂直控制

示波器的垂直控制結(jié)構(gòu)通常集中在一個標示為 Vertical 的區(qū)域內(nèi)，這些控制結(jié)構(gòu)可以讓您調(diào)整顯示屏的垂直刻度。例如，其中有一個控制機構(gòu)可以指定顯示屏網(wǎng)格的 y 軸上的每格（刻度）電壓。您可以通過降低每格電壓來放大顯示波形，或提高每格電壓來縮小顯示波形。另外還有一個控制機構(gòu)可以調(diào)整波形的垂直偏移，它可以讓整個波形在顯示屏上往上或往下平移。圖 16 是示波器的垂直控制區(qū)域。

水平控制

示波器的水平控制機構(gòu)通常集中在前面板上標示為 Horizontal 的區(qū)域。這些控制機構(gòu)可以讓您調(diào)整顯示屏的水平刻度。其中有一個控制機構(gòu)可以指定 x 軸的每格時間。同樣，只要減少每格時間，您就可以放大顯示較窄時間范圍內(nèi)的波形。另外還有一個控制機構(gòu)可調(diào)整水平延遲（偏置），它可以讓您掃描一個時間范圍。圖 17 是示波器的水平控制區(qū)域。

觸發(fā)控制

如前所述，在您的信號上進行觸發(fā)有助于顯示一個穩(wěn)定、可用的波形，并使您可以查看感興趣的波形部分。觸發(fā)控制可使您選擇垂直觸發(fā)電平（例如您希望示波器觸發(fā)時所在的電壓）和不同的觸發(fā)功能。常見的觸發(fā)類型包括：

邊沿觸發(fā)

邊沿觸發(fā)是最常見的一種觸發(fā)模式。當電壓越過某個閾值時，觸發(fā)就會發(fā)生。您可以選擇在上升沿或下降沿觸發(fā)。圖 18 是在上升沿觸發(fā)的圖形顯示。

圖 18. 當您在上升沿進行觸發(fā)時，只要達到閾值，示波器就會進行觸發(fā)

毛刺觸發(fā)

在毛刺觸發(fā)模式下，當事件或脈沖寬度大于或小于指定的時間長度時就會進行觸發(fā)。這項功能對于發(fā)現(xiàn)隨機毛刺或錯誤非常有用。如果這些毛刺不常出現(xiàn)，可能會很難看到，但只要使用毛刺觸發(fā)您就可以捕獲到許多這類錯誤。圖 19 是示波器捕獲到的一個毛刺。

脈沖寬度觸發(fā)

當您尋找特定脈沖寬度時，脈沖寬度觸發(fā)與毛刺觸發(fā)類似。但這項觸發(fā)功能更普遍，因為您可以在任何指定寬度的脈沖上觸發(fā)，并可選擇想要在脈沖的哪個極性（負或正）上觸發(fā)。您也可以設定觸發(fā)的水平位置，以觀察觸發(fā)前后所發(fā)生的事。例如，您可以執(zhí)行毛刺觸發(fā)來找出錯誤，然后查看觸發(fā)前的信號以了解造成毛刺的原因。如果將水平延遲設置為 0，則觸發(fā)事件將會以水平方向出現(xiàn)在屏幕中間。在觸發(fā)之前發(fā)生的事件會出現(xiàn)在屏幕的左邊，在觸發(fā)之后立即發(fā)生的事件會出現(xiàn)在右邊。您也可以設置觸發(fā)耦合，以及想要觸發(fā)的輸入信號源。您不一定非得在您的信號上觸發(fā)，而是還可以在相關(guān)的信號上觸發(fā)。圖 20 是示波器前面板的觸發(fā)控制區(qū)域。

圖 20. 示波器前面板上的觸發(fā)控制區(qū)域

輸入控制

示波器通常提供 2 或 4 個模擬通道。這些通道會加以編號，而且每個通道通常會對應一個相關(guān)的按鍵，供您打開或關(guān)閉通道。另外，您也可以選擇指定的交流或直流耦合。如果選擇直流耦合，則輸入整個信號。反之，交流耦合會阻隔直流分量，并將波形的中心設在大約 0 V（接地）。此外，您還可以通過選擇鍵為每個通道指定探頭阻抗。您也可以通過輸入控制機構(gòu)選擇采樣類型。信號的采樣有兩種基本的方法：

什么是實時采樣？

實時采樣會對波形進行頻繁的采樣，因此在每次采集時都能捕獲到完整的波形圖像。借助實時采樣功能，當前的一些高性能示波器能夠單次捕獲高達 33-GHz 帶寬的信號。

什么是等效時間采樣？

等效時間采樣必須歷經(jīng)多次采集才能建立波形。它會在第一次采集時采樣信號的某個部分，在第二次采集時采樣另一部分，依此類推。隨后它會將所有的信息結(jié)合在一起以重建波形。等效時間采樣適用于高頻信號，這些信號對實時采樣來說速度太快（>33 GHz）。

功能鍵

您可以在未配備 Windows 操作系統(tǒng)的示波器上找到一些功能鍵（如圖 8 所示），利用這些功能鍵來訪問示波器顯示屏上的菜單系統(tǒng)。圖 21 列舉了按下功能鍵時彈出的一種快捷菜單。該菜單用于選擇觸發(fā)模式。您可以連續(xù)按動多功能鍵以切換不同的選項，或者利用前面板上的旋鈕轉(zhuǎn)到您想要的選項。

圖 21. 在觸發(fā)菜單下，按下功能鍵時出現(xiàn)的 Trigger Type（觸發(fā)類型）菜單。

如何使用示波器？

數(shù)字示波器可以支持您執(zhí)行廣泛的波形測量，測量的復雜程度和范圍取決于示波器的功能組合。圖 22 是示波器的空白屏面。請注意，在屏幕的最左邊有一排測量按鍵 / 圖標，使用鼠標將這些圖標拖曳到波形上，示波器便可計算出測量結(jié)果。這些圖標非常直觀地顯示了可以執(zhí)行哪一種測量計算，因此用起來非常方便。

示波器的基本測量包括哪些？

許多示波器都會提供以下的基本測量：

峰峰值電壓測量

這項測量可以計算單個波形周期內(nèi)的高低電壓之間的電壓差。

圖 23. 峰峰值電壓

電壓有效值（RMS 電壓）測量

這項測量計算波形的 RMS 電壓，該值可進一步用來計算功率。

圖 24. 上升時間示例（顯示峰峰值電壓從 0% 到 100% 所需的時間，而不是通常設置的 10% 到 90%）

上升時間 - 這項測量旨在計算信號從低電壓上升到高電壓所花的時間。通常是計算波形從峰峰值電壓的 10% 變到 90% 所用的時間。上升時間是上限閾值上的時間減去您正在測量的邊緣的下閾值上的時間。下降時間相似，即下閾值上的時間減去您正在測量的邊緣的上限閾值上的時間。

一旦您已采集到信號并將其顯示在示波器上，下一步通常是在波形上進行測量。示波器現(xiàn)在具備極其豐富內(nèi)置測量功能，使您能迅速分析波形。這些基本測量的范例包括：

脈寬測量

脈寬是從第一個上升沿的中間閾值到下一個下降沿的中間閾值的時間。在進行正脈寬測量時，計算脈沖寬度的方法是，計算波形從峰峰值電壓的 50% 上升到最大電壓再回落到 50% 所需的時間。負脈寬測量則是計算波形從峰峰值電壓的 50% 降到最小電壓再回到 50% 所需的時間。

幅度和其它電壓測量

這是波形顯示幅度的測量。通常您也可測量峰峰值電壓、最大電壓、最低電壓以及平均電壓。

周期 / 頻率：周期定義為中間閾值兩次連續(xù)交叉點電壓之間的時間。頻率定義為 1/周期。

以上是許多示波器都會提供的測量項目，但大多數(shù)示波器所能執(zhí)行的測量并不僅限于此。

示波器基本運算功能

除了前面討論的測量功能以外，您還可以針對您的波形執(zhí)行許多數(shù)學運算，包括：包括：

傅立葉變換 - 通過傅立葉變換可以可知道信號由哪些頻率組成。
絕對值 - 此項運算功能可以幫助顯示波形的絕對值（以電壓值表示）。
積分 - 這個功能可以計算波形的積分。
加減運算 - 您可以利用加減運算將多個波形相加或相減，并示出運算結(jié)果所產(chǎn)生的信號。
再次強調(diào)，以上只是示波器所提供的一小部分測量與運算功能。

重要的示波器性能特性

示波器的許多特性都會明顯影響儀器的性能，進而決定您對設備做出準確測試的能力。本節(jié)介紹這些最基本的特性，也會幫助您熟悉示波器的術(shù)語，并說明如何明智地挑選最符合您需求的示波器。

示波器帶寬

帶寬是示波器的一項最重要特性，因為它表示了示波器在頻域內(nèi)的具體范圍。換言之，帶寬決定了您能夠準確顯示與測試的信號范圍（以頻率表示）。帶寬以赫茲為測量單位。沒有足夠的帶寬，您的示波器將無法準確再現(xiàn)真實的信號。例如，您可能會發(fā)現(xiàn)信號的幅度是錯的、信號邊沿并不穩(wěn)定或有波形細節(jié)丟失。示波器帶寬是指將信號衰減 3 dB 時的最低頻率。我們也可以從另外一個角度來解釋帶寬：如果您在示波器中輸入一個純正弦波，當顯示的幅度達到真實信號幅度的 70.7% 時的最小頻率即為帶寬。

有關(guān)示波器帶寬的詳細信息，請參見應用指南《為您的應用評測示波器帶寬》。

示波器通道

通道是指示波器的獨立輸入。示波器通道的數(shù)量介于 2 到 20 個之間，通常是 2 或 4 個。通道所傳送的信號類型也不盡相同。有些示波器只具有模擬通道（這些儀器稱為 DSO――數(shù)字信號示波器），另一些示波器同時具有模擬通道和數(shù)字通道，稱為混合信號示波器（MSO）。例如， MSO示波器提供 20 個通道，其中 16 個是數(shù)字通道，4 個是模擬通道。

請確保有足夠的通道供應用使用。如果您只有兩個通道，但必須同時顯示 4 個信號，顯然會出問題。

示波器采樣率

示波器的采樣率是指每秒可采集的樣本數(shù)量。建議您選擇采樣率至少比帶寬大 2.5 倍的示波器，但采樣率最好為帶寬的 3 倍以上。

在評估示波器制造商所宣傳的采樣率技術(shù)指標時必須要謹慎，廠商通常會列出示波器可達到的最大采樣率，但這樣的采樣率通常只有在使用一個通道的情況下才能達到。如果同時使用多個通道，采樣率就會下降。因此，請確認在使用多少個通道的情況下，仍可維持廠商所聲稱的最大采樣率。如果示波器的采樣率太低，您在示波器上所看到的信號可能不是很精確。例如，假設您想查看一個波形，但示波器的采樣率每個周期只能產(chǎn)生兩個數(shù)據(jù)點（圖 26）。

現(xiàn)在假設是相同的波形，但是采樣率提高為每個周期采樣 7 次（圖 27）。

顯然每秒采集的樣本越多，顯示的波形就越清晰、準確。如果針對以上的例子持續(xù)提高波形的采樣率，則采樣數(shù)據(jù)點最終看起來幾乎是連續(xù)的。事實上，示波器會使用 sin(x)/x 內(nèi)插法來填滿采樣數(shù)據(jù)點之間的空間。

示波器存儲深度

如前所述，數(shù)字示波器使用 A/D（模擬 /數(shù)字）轉(zhuǎn)換器對輸入的波形進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)會存儲到示波器的高速存儲器中。存儲深度是指可以存儲的采樣或數(shù)據(jù)點的數(shù)量，也就是可以存儲數(shù)據(jù)的時間長度。

存儲深度在示波器的采樣率方面扮演著相當重要的角色。在理想條件下，不論示波器如何設置，采樣率都應維持不變。但這樣的示波器在很大的每格時間（時間 / 格）設置下需要相當大存儲器，而其

售價將會超出許多客戶所能負擔的范圍。實際上，只要增加時間范圍，采樣率便會下降。存儲器深度至關(guān)重要，因為示波器的存儲器深度越大，您以全采樣速率來采集波形的時間就越久。我們可以用數(shù)學算式來表示：

存儲器深度 =（采樣率）（顯示屏的時間設置范圍）

因此，如果想在較長的時間范圍內(nèi)顯示高分辨率數(shù)據(jù)點，那么就需要使用深存儲器。確認示波器在最深的存儲器深度設置時的性能也很重要。在此模式下示波器的性能通常會急劇下降，因此許多工程師只有在必要的時候才會使用深存儲器。

有關(guān)設備存儲器深度的更多信息，請參見應用指南 Demystifying Deep Memory Oscilloscopes。

波形捕獲率

捕獲率是指示波器采集和更新波形顯示的速率。雖然肉眼上看上去好像示波器正在顯示“作用中”的波形，但那是因為更新的速度太快，以致肉眼無法察覺到變化。事實上，每次波形采集之間都會出現(xiàn)一段靜寂時間（也稱死區(qū)時間）（見圖 28），此時波形的某個部分并不會顯示在示波器上。因此，如果在這段時間出現(xiàn)一些偶發(fā)事件或毛刺，您是不會看見的。

顯而易見，快速的捕獲率非常重要。捕獲率越快，意味著死區(qū)時間越短，可捕獲到偶發(fā)事件或毛刺的機率就越高。

例如，您正在顯示的信號中，如果每 50,000 個周期出現(xiàn)一次毛刺，而您的示波器的捕獲率是每秒 100,000 個波形，那么平均每秒可以有兩次捕獲到這個毛刺。但如果示波器的捕獲率是每秒 800 個波形，那么平均要花一分鐘才能捕獲到這個毛刺。這將必須等待較長的時間。

在比較不同示波器的更新速率技術(shù)指標時必須要小心。有些制造商在廣告中所聲稱的更新速率，其實必須是在特殊的采集模式下才能達到。這些采集模式可能會嚴重限制示波器的性能，例如存儲深度、采樣率和波形的重建因此，最好能確認示波器在最大更新速率下顯示波形時的性能。

示波器連通性

示波器提供了多種連通功能。有些示波器會配備 USB 端口、DVD-RW 光驅(qū)、外置硬盤和外部顯示器端口等。以上所有的特性都可以幫助您更容易地使用示波器和傳輸數(shù)據(jù)。有些示波器還會配備操作系統(tǒng)，讓您的示波器像個人計算機一樣運行。在連接了外部顯示器、鼠標和鍵盤后，您就可以像把示波器嵌入到電腦中一樣來查看示波器的顯示畫面和進行控制操作。在許多情況下，您也可以通過 USB 或 LAN 連接，將數(shù)據(jù)從示波器傳送到 PC。

良好的連通性特性可節(jié)省大量寶貴的時間，協(xié)助您更輕松地完成工作。例如，您可以迅速而完整地將數(shù)據(jù)傳送到筆記本電腦，或與不同地點的同事分享數(shù)據(jù)。您也可以通過 PC 對示波器進行遠程控制。在很多情況下，用戶都需要高效地傳輸數(shù)據(jù)，因此購買具備出色連通特性的示波器才是明智的投資。

示波器探頭

示波器決定著顯示信號和分析信號的準確程度，而用來連接示波器與被測件（DUT）的探頭則與信號完整性息息相關(guān)。如果您使用的是 1 GHz 的示波器，但探頭卻只支持 500 MHz 的帶寬，那么您將無法充分利用示波器的帶寬。本節(jié)討論探頭的類型及每種探頭所適合的應用。

負載

沒有任何一個探頭可以完美地復制您的信號，因為當您把探頭連接到電路上時，探頭就會變成該電路的一部分。電路中的部分電能會流經(jīng)探頭，我們稱之為負載。負載共有三種：電阻、電容和電感。

電阻負載

電阻負載會造成顯示的信號出現(xiàn)錯誤的幅度，也可能在連接探頭時導致故障的電路開始發(fā)生作用。探頭的電阻最好比信號源電阻大 10 倍以上，以便使幅度降低到 10% 以下。

電容負載

電容負載會導致上升時間變慢，并使帶寬變小。為了減少電容負載，探頭的帶寬至少應是信號帶寬的 5 倍。

電感負載

電感負載在您的信號中會以振鈴形式出現(xiàn)。它是由探頭接地導線的電感效應引起的，因此請盡可能選用最短的導線。

無源探頭

無源探頭只包含無源器件，不需要使用電源便可運行。這類探頭在探測帶寬小于 600 MHz 的信號時很有用，一旦超過這個

頻率，就需使用另一種探頭（有源探頭）。

無源探頭通常價格較低，且兼具易于使用和堅固耐用的特性。它是一種精確的多功能探頭。無源探頭的種類包括低阻分壓探頭、補償探頭、高阻分壓探頭及高電壓探頭。

無源探頭通常會產(chǎn)生高電容負載和低電阻負載。

圖 29. 無源探頭

有源探頭

使用有源探頭時，必須通過電源對探頭內(nèi)部的有源器件供電。有時，探頭會通過 USB 電纜連接、外部機箱或示波器主機供電。這類探頭使用有源器件來放大或調(diào)整信號。有源探頭可支持更高的信號帶寬，因此很適合高性能的應用。

有源探頭的價格要比無源探頭高出許多，不但耐用性差，探針也比較重。但這類探頭可以提供最佳的電阻和電容負載組合，并可讓您測試更高頻率的信號。

示波器 In?niiMax 系列探頭屬于高性能探頭。它們在探針中使用一個阻尼電阻器，可以大幅減少負載效應。此外，它們也提供非常高的帶寬。

電流探頭

電流探頭可用來測量流經(jīng)電路的電流，它們通常體積較大，且?guī)捰邢蓿?00 MHz）。

探頭附件

與探頭相配套的還有各種不同類型的探針，從可以包裹纜線的粗大型探針，到細如發(fā)絲的纖細型的探針應有盡有。有了這些探針，您就可以更輕松地接觸測試電路或被測件的各個部分。

圖 31. 電流探頭

結(jié)論

在當今的科技領域中，示波器是一種功能強大的工具。它們適用于非常廣泛的應用，并且較之于其他的測試與測量工具擁有許多優(yōu)點。閱讀了本應用指南之后，您應該已對示波器原理有了較為清晰的認識。如能再接再厲，閱讀一些更高級的專題文章，相信您在以后使用示波器時會更加得心應手。

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