在射頻世界里，示波器如同一位魔法師，將復(fù)雜的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為可視化的波形圖形，讓工程師和技術(shù)人員能夠更直觀、更深入地理解和分析電路中的信號(hào)特性。本文將帶您走進(jìn)示波器的世界，探索其基本原理、信號(hào)測(cè)量類型以及使用技巧。
一、示波器的基本原理
示波器通過電子束在熒光屏上的掃描，根據(jù)輸入信號(hào)的變化，繪制出相應(yīng)的波形圖。其核心部件包括垂直放大器、水平放大器、觸發(fā)電路和顯示系統(tǒng)等。垂直放大器負(fù)責(zé)放大輸入信號(hào)的幅度，使其在熒光屏上呈現(xiàn)合適的高度；水平放大器則負(fù)責(zé)控制電子束在熒光屏上的掃描速度，以顯示信號(hào)的頻率和周期。觸發(fā)電路則確保示波器在正確的時(shí)刻開始掃描，以獲得穩(wěn)定的波形顯示。

二、示波器可以測(cè)量的信號(hào)類型
示波器具有廣泛的信號(hào)測(cè)量能力，包括但不限于以下幾種：
直流信號(hào)：示波器可以準(zhǔn)確地顯示直流信號(hào)的幅值和偏移，幫助工程師了解電路中的直流成分。
交流信號(hào)：對(duì)于周期性變化的交流信號(hào)，示波器可以顯示其頻率、幅值、相位等特性，幫助分析電路中的交流成分。
脈沖信號(hào)：示波器能夠捕捉短暫的脈沖信號(hào)，顯示其上升時(shí)間、下降時(shí)間、脈寬等特性，對(duì)于數(shù)字電路和邏輯電路的分析至關(guān)重要。
正弦信號(hào)：正弦信號(hào)是一種常見的周期性信號(hào)，示波器可以顯示其頻率、幅值、相位等特性，幫助分析電路中的正弦波形。
方波信號(hào)：方波信號(hào)在數(shù)字電路中廣泛存在，示波器可以顯示其頻率、占空比等特性。
脈寬調(diào)制信號(hào)：脈寬調(diào)制信號(hào)在通信和控制系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用，示波器可以顯示其脈寬、調(diào)制深度等特性。

三、示波器常用功能

當(dāng)使用示波器進(jìn)行各種測(cè)量和分析時(shí)，以下是對(duì)您所提供內(nèi)容的整理：
1. 測(cè)量電壓、電壓差和時(shí)間間隔
電壓測(cè)量：示波器可以直接顯示電壓波形的高度，結(jié)合“V/div”的指示值，可以換算出電壓值。
電壓差測(cè)量：同時(shí)顯示兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)，通過直接觀察或測(cè)量功能，可以比較不同信號(hào)之間的電壓差。
時(shí)間間隔測(cè)量：使用示波器的光標(biāo)或測(cè)量功能，可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)事件（如波形上的兩個(gè)點(diǎn)）之間的時(shí)間間隔。
2. 測(cè)量重復(fù)信號(hào)的頻率
頻率測(cè)量：通過測(cè)量信號(hào)的周期時(shí)間T，然后應(yīng)用公式f=1/T，可以計(jì)算出信號(hào)的頻率。
李沙育圖形法：當(dāng)信號(hào)頻率與參考頻率成整數(shù)倍時(shí)，利用示波器可以形成穩(wěn)定的李沙育圖形，從而輔助頻率測(cè)量。
3. 比較信號(hào)并查看它們之間的關(guān)系
信號(hào)比較：示波器的多通道功能可以同時(shí)顯示兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)，方便比較它們之間的關(guān)系。
特征比較：可以觀察一個(gè)波形上的特定特征（如峰值、過零點(diǎn)）與另一個(gè)波形上特征之間的相對(duì)位置，判斷先后關(guān)系。
4. 捕捉瞬變、故障等特別的行為
瞬變捕捉：通過示波器的高采樣率和存儲(chǔ)功能，可以捕捉和記錄信號(hào)中的瞬變行為。
故障分析：結(jié)合觸發(fā)設(shè)置和存儲(chǔ)功能，示波器可以幫助分析信號(hào)中的故障或異常行為。
5. 測(cè)量波形的直流和交流部分
直流測(cè)量：將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“地”位置，可以測(cè)量波形的直流部分。
交流測(cè)量：將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“AC”位置，示波器將只顯示輸入波形的交流成分。
6. 測(cè)量波形的各種特性
波形特性：示波器可以測(cè)量波形的多種特性，包括峰對(duì)峰電壓、均方根電壓、周期、上升時(shí)間、下降時(shí)間等。
7. 檢查信號(hào)噪聲及修改電路的影響
噪聲分析：通過示波器觀察信號(hào)的波形，可以分析信號(hào)上的噪聲情況。
電路影響：修改電路或電纜后，再次觀察信號(hào)波形，分析修改如何影響信號(hào)的噪聲水平。
8. 尋找電路中的失真
直觀比較：通過直接比較電路的輸入和輸出波形，可以尋找電路中的失真。
數(shù)學(xué)差異：使用示波器的功能將輸入和輸出波形相減，并觀察得到的數(shù)學(xué)差異，以更精確地檢測(cè)失真。

四、示波器的關(guān)鍵參數(shù)與使用技巧

帶寬：
定義：示波器能夠準(zhǔn)確顯示被測(cè)試信號(hào)的范圍（以頻率表示）。
測(cè)量單位：赫茲（Hz）。
重要性：沒有足夠的帶寬，示波器將無法準(zhǔn)確再現(xiàn)真實(shí)的信號(hào)。
通道：
定義：示波器可以同時(shí)顯示的信號(hào)數(shù)量。
常見數(shù)量：通常使用的為4通道。
采樣率：
定義：示波器每秒可采集的樣本數(shù)量。
建議：選擇采樣率至少比帶寬大2.5倍的示波器，但最好為帶寬的3倍以上。
存儲(chǔ)深度：
定義：示波器可以存儲(chǔ)的樣本數(shù)量。
重要性：對(duì)于捕獲長時(shí)間或復(fù)雜波形很重要。
波形捕獲率：
定義：示波器采集和更新波形顯示的速率。
重要性：雖然肉眼無法察覺到變化，但高捕獲率對(duì)于捕獲偶發(fā)事件或快速變化的信號(hào)至關(guān)重要。
探頭類型：
有源探頭：
供電：需要通過電源對(duì)探頭內(nèi)部的有源器件供電。
應(yīng)用：適用于高頻信號(hào)量測(cè)。
無源探頭：
供電：不需要使用電源。
應(yīng)用：在探測(cè)帶寬小于600 MHz的信號(hào)時(shí)很有用。
電流探頭：
功能：用來測(cè)量流經(jīng)電路的電流。
特點(diǎn)：通常體積較大，且?guī)捰邢蓿?00 MHz）。
總結(jié)：在選擇示波器時(shí)，需要考慮帶寬、通道數(shù)、采樣率、存儲(chǔ)深度和波形捕獲率等關(guān)鍵參數(shù)。同時(shí)，根據(jù)測(cè)量需求選擇合適的探頭類型也是非常重要的。

五、讀取信息示例（引用得捷電子）

• 信號(hào)與波形

就示波器而言，“信號(hào)”一詞是指可能隨時(shí)間變化的電壓。其中一個(gè)區(qū)別是信號(hào)是否具有周期性。周期性意味著信號(hào)在不同的間隔內(nèi)重復(fù)地取相同的一組值。正弦波是周期性波形的一個(gè)例子。讓我們來看看它的一些特征:
正弦波

非正弦波形
A - 方波B - 脈沖波C - 三角波D - 斜波（也叫鋸齒波）E - 整流正弦波F - 平方根波（振幅與波周期開始時(shí)間的平方根成正比）

• 屏幕格線

最原始的測(cè)量技術(shù)是使用屏幕上的格線和計(jì)算格數(shù)。舉例： Teledyne 的 HDO4104A
下圖顯示了五個(gè)周期的正弦波

正弦波軌跡在垂直方向上覆蓋六格，乘以每格 50 毫伏 (mV) 的垂直比例系數(shù)（見通道 1 描述符方框），即可算出正弦波振幅為 300 mV（峰峰值）。同樣，正弦波的周期覆蓋了兩個(gè)水平的柵格，時(shí)基描述符方框中的每格為 100 納秒 (ns)，因而周期為200 ns。

下面還有一個(gè)有用的表格，列出了 Teledyne LeCroy HDO 系列示波器的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。該表格對(duì)測(cè)量參數(shù)提供了很好的定義，具有很大的參考價(jià)值：

Amplitude/振幅		雙峰信號(hào)的峰值和谷值之間的差，如果不是雙峰信號(hào)，則為最大值 - 最小值
Area/面積		波形下方的面積
Base/基底		雙峰波形中較低最可能狀態(tài)的值
Delay/延時(shí)		觸發(fā)與 50% 振幅處第一邊沿之間的時(shí)間
Δ period@level		波形中每個(gè)周期的相鄰周期偏差（周期之間的周期抖動(dòng)）
Δ time@level		兩個(gè)波形之間的可選電平之間的時(shí)間
Duty cycle/占空比		寬度占周期的百分比
Duty@level		選定電平處的占空比抖動(dòng)
Edges@level		波形中的邊沿?cái)?shù)
Fall time/下降時(shí)間		下降沿從 90% 到 10% 的持續(xù)時(shí)間
Fall 80 - 20%		下降沿從 80% 到 20% 的持續(xù)時(shí)間
Frequency/頻率		信號(hào)中 50% 電平處的每個(gè)周期的頻率
Freq@level		波形中每個(gè)周期的特定電平和斜率處的頻率
Maximum/最大值		測(cè)量波形的最高點(diǎn)
Mean/平均值		輸入信號(hào)中的所有數(shù)據(jù)值的平均值
Minimum/最小值		測(cè)量波形的最低點(diǎn)
Overshoot?/負(fù)過沖		下降沿之后的過沖量，以振幅的百分比表示
Overshoot+/正過沖		上升沿之后的過沖量，以振幅的百分比表示
Peak to peak/峰峰值		波形中最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間的差
Period/周期		所測(cè)量周期性信號(hào)的周期，以 50% 電平之間的時(shí)間表示
Period@level		波形中每個(gè)周期的特定電平和斜率的周期
Phase/相位		兩個(gè)選定信號(hào)之間的相位差
Rise/上升		上升沿從 10% 到 90% 的持續(xù)時(shí)間
Rise 20 - 80%		上升沿從 20% 到 80% 的持續(xù)時(shí)間
RMS		數(shù)據(jù)的均方根值
Skew/偏移		clock1 邊沿的時(shí)間減去最近的 clock2 邊沿的時(shí)間
Standard deviation/標(biāo)準(zhǔn)差		光標(biāo)之間數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差
Time@level		在指定電平下從觸發(fā)到邊沿的時(shí)間
Top/基頂		兩種最可能狀態(tài)中的較高者，較低者為基底
Width +/正脈寬		50% 交叉處的正脈沖寬度
Width -/負(fù)脈寬		50% 交叉處的負(fù)脈沖寬度