示波器

什么是示波器？

示波器，以前称为示波器（非正式名称为scope、oscope或o-scope），是一种以图形方式显示电信号及其随时间变化的仪器。它通过连接传感器来测量这些信号。传感器是一种能够响应声音、光和热等物理刺激而产生电信号的设备。例如，麦克风就是一种将声音转换为电信号的传感器。

示波器有什么用途？

示波器常用于设计、制造或维修电子设备。工程师使用示波器测量电气现象，快速准确地解决测量难题，以验证其设计或确认传感器是否正常工作。

谁使用示波器？

科学家、工程师、物理学家、维修技师和教育工作者都使用示波器来观察信号随时间的变化。汽车工程师可能会使用示波器将传感器的模拟数据与发动机控制单元的串行数据关联起来。同时，医学研究人员可能会使用示波器来测量脑电波。这种强大的仪器用途广泛。

示波器如何工作？

示波器主要有三种系统：垂直系统、水平系统和触发系统。这些系统共同提供有关电信号的信息，以便示波器能够准确地重建信号。下图显示了示波器的框图。

第一级衰减或放大信号电压，以优化信号幅度；这被称为垂直系统，因为它取决于垂直刻度控制。然后，信号到达采集模块，在这里，模数转换器 (ADC) 用于对信号电压进行采样并将其转换为数字格式值。水平系统包含一个采样时钟，为每个电压样本提供精确的时间（水平）坐标。采样时钟驱动 ADC，其数字输出作为记录点存储在采集存储器中。触发系统检测输入信号流中的用户指定条件，并将其用作波形记录中的时间参考。显示满足触发条件的事件，以及事件之前或之后的波形数据。

示波器测量什么？

简而言之，示波器测量的是电压波。在示波器屏幕上，电压垂直显示在 Y 轴上，时间水平显示在 X 轴上。显示的强度或亮度有时称为 Z 轴。生成的图表可以告诉你有关信号的很多信息，包括：

• 信号的时间和电压值

• 振荡信号的频率

• 信号代表电路的“运动部件”

• 信号某一部分相对于其他部分的发生频率

• 故障组件是否导致信号失真

• 信号中有多少是直流电 (DC) 或交流电 (AC)

• 信号中噪声部分

• 噪声是否随时间而变化

示波器、数字万用表和电压表

示波器、数字万用表、电压表——它们有什么区别？它们可以互换吗？电压表测量电路中两个节点之间的电位差。虽然数字万用表也能测量电压，但它也能测量电流和电阻。示波器可以显示电压随时间的变化。通常，随着应用的日益先进，示波器的性能也会随之提升。

示波器的类型

示波器有两种类型：模拟示波器和数字示波器。模拟示波器 捕获并以原始形式显示电压波形，而数字示波器则使用模数转换器以数字方式捕获和存储信息。如今，大多数工程师在调试和设计时都会使用数字示波器。数字示波器 通常分为五类，从价格较低的通用示波器到更复杂的示波器，后者虽然价格更高，但比基础型号具有更高级的功能和更高的精度。

• 数字存储示波器 (DSO)： 这是一种传统的数字示波器，非常适合低重复率或单次、高速、多通道设计应用。

• 数字荧光示波器 (DPO)：  DPO 采用了一种全新的示波器架构，与 DSO 不同，它能够实时提供 Z 轴（强度）信号。DPO 是适用于各种应用的最佳通用设计和故障排除工具，常用于高级分析、通信模板测试、间歇信号的数字调试、重复性数字设计和定时应用。

• 混合信号示波器（MSO） ： MSO 是一种 DSO，用于显示和比较模拟信号和数字信号。它是快速调试数字电路的首选仪器，拥有强大的数字触发功能、高分辨率采集能力和分析工具。

• 混合域示波器 (MDO)： 这些示波器提供与混合信号示波器相同的功能，但还提供内置频谱分析仪，在模拟和数字功能中添加射频调试。

• 数字采样示波器： 对于超高速信号分析，采样示波器支持抖动和噪声分析，并具有超低抖动采集功能。对于重复信号，它可实现比其他示波器高 10 倍的带宽和高速定时。

如何选择最佳示波器

在选择合适的示波器时，需要考虑许多因素，包括带宽、波形捕获率、采样率、上升时间、触发功能和价格。就像相机的快门速度、光照条件和光圈都会影响其清晰准确地捕捉图像的能力一样，示波器的性能考量也会显著影响其实现所需信号完整性的能力。

示波器的历史

1897 年，德国物理学家 Karl Ferdinand Braun 发明了阴极射线管，随之发明了第一台示波器。几十年后，AC Cossor 公司对其进行了扩展。1934 年，通用无线电公司推出了第一台商用示波器，这是第一台在实验室外使用的示波器。1946 年，Howard Vollum 和 Melvin Jack Murdock 创立了泰克公司，该公司后来成为全球领先的示波器制造商。