示波器是一種電子測(cè)量?jī)x器，可以在無(wú)干擾的情況下監(jiān)控輸入信號(hào)，隨后以圖形方式采用簡(jiǎn)單的電壓與時(shí)間格式顯示這些信號(hào)。學(xué)生時(shí)代使用的這類(lèi)示波器可能就是基于模擬技術(shù)的示波器。這些采用早期技術(shù)的示波器通常稱(chēng)為模擬示波器，具有限定的帶寬，不執(zhí)行任何種類(lèi)的自動(dòng)測(cè)量，而且要求輸入信號(hào)是重復(fù)的。

示波器除了基礎(chǔ)的功能之外，示波器還能夠幫助工程師快速定量被測(cè)信號(hào)的頻率、幅度以及其它的波形參數(shù)。總之示波器可以測(cè)試基于時(shí)間和基于電壓的參數(shù)，如下：

基于時(shí)間的參數(shù): 頻率和周期、占空比、上升時(shí)間和下降時(shí)間等

電壓參數(shù): 幅度、**電壓、*小電壓、平均電壓等

那什么時(shí)候用示波器？

在調(diào)試電路的輸入、輸出以及中間系統(tǒng)的時(shí)候用以確定信號(hào)的頻率和幅度，基于這些信息可以判斷電路的工作是否正常。

確定電路中噪聲的大小

判斷波形的形狀 – 正弦波、方波、三角波、鋸齒波、復(fù)合波形等等測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同信號(hào)的相位差

示波器的選用依據(jù)

示波器的功能、性能、價(jià)格差別都非常大，示波器的選型需要根據(jù)使用的場(chǎng)景（考慮到將來(lái)所有可能的項(xiàng)目需求）并結(jié)合自己的預(yù)算進(jìn)行選擇，主要需要考慮的參數(shù)如下：

通道數(shù)–可以同時(shí)處理的模擬信號(hào)輸入的數(shù)量，2通道*為常見(jiàn)，其次是4通道；

帶寬–能夠可靠測(cè)量的模擬信號(hào)的頻率范圍，一般以MHz為單位來(lái)表示，下面的圖可以看出來(lái)如果模擬帶寬不夠?qū)Ρ粶y(cè)波形的影響。

取樣率–這是數(shù)字示波器*的指標(biāo)，反映了對(duì)模擬信號(hào)以每秒多少次的速度進(jìn)行采樣。有的多通道示波器，當(dāng)多個(gè)通道同時(shí)使用的時(shí)候采樣率可能會(huì)降低，一般以MSa/S來(lái)表示，示波器的**采樣率應(yīng)該大于4倍的模擬帶寬。

上升時(shí)間 – 示波器的上升時(shí)間決定了其能夠測(cè)量的*快的上升脈沖，這個(gè)指標(biāo)與帶寬高度相關(guān)。

**輸入電壓 – 每種電子產(chǎn)品都有其能夠承受電壓的**極限，示波器的**輸入電壓指的是，如果輸入的信號(hào)電壓超過(guò)這個(gè)值，極有可能會(huì)損毀示波器。

分辨率 – 表征了對(duì)輸入電壓的量化精度，一般高速的示波器都采用8bit的高速ADC對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行量化采樣。

垂直靈敏度 – 這個(gè)值表征了垂直顯示的電壓量程的*小和**值，單位是伏/格。

時(shí)間基準(zhǔn) – 表征了水平的時(shí)間軸的靈敏度范圍，單位是秒/格。

輸入阻抗 – 如果被測(cè)信號(hào)為很高頻率的信號(hào)，即便是非常小的阻抗（電阻、電容、電感）疊加在電路上都會(huì)對(duì)信號(hào)帶來(lái)比較大的影響。每一個(gè)示波器都會(huì)對(duì)測(cè)量的電路增加一定的阻抗，這個(gè)阻抗就是輸入阻抗，它一般是比較大的電阻(>1 MΩ)與比較小的電容（在pF的范圍）并聯(lián) (||). 在測(cè)量非常高頻率的信號(hào)的時(shí)候輸入阻抗的影響就變得比較明顯，可以通過(guò)調(diào)節(jié)使用的探頭來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。

其它的幾個(gè)按鈕和屏幕菜單一起構(gòu)成了觸發(fā)系統(tǒng)的其余部分，主要的用途是選擇觸發(fā)源以及觸發(fā)模式。幾種常用的觸發(fā)類(lèi)型：

*基本的邊沿觸發(fā) - 當(dāng)輸入信號(hào)的電壓超過(guò)某一個(gè)設(shè)定的電平，示波器開(kāi)始測(cè)量?？梢栽O(shè)置為上升沿或下降沿觸發(fā)，或者兩個(gè)沿都可以觸發(fā)。

脈沖觸發(fā) - 遇到某種的電壓脈沖的時(shí)候示波器開(kāi)始測(cè)量，你可以脈沖的寬度以及脈沖的方向。

斜坡觸發(fā) - 正向或負(fù)向的波形斜坡超過(guò)了某一個(gè)的時(shí)間則啟動(dòng)示波器的測(cè)量。

還有一些更復(fù)雜的觸發(fā)機(jī)制用以檢測(cè)某些標(biāo)準(zhǔn)的波形，比如NTSC或PAL信號(hào)。

探頭部分

示波器的測(cè)量離不開(kāi)同被測(cè)電路連接的探頭，它是一個(gè)單輸入的設(shè)備，將電信號(hào)從待測(cè)的電路上傳遞到示波器。它有一個(gè)比較尖的頭用以接觸你要檢測(cè)的電路的測(cè)試點(diǎn)，很多時(shí)候這個(gè)尖頭會(huì)配上鉤子、鑷子或夾子以方便連接到被測(cè)的電路上。每個(gè)探頭都有一個(gè)接地夾子，測(cè)試的時(shí)候需要將這個(gè)接地夾子安全地連接到待測(cè)電路的公共地的位置。

探頭看起來(lái)簡(jiǎn)單，用起來(lái)卻學(xué)問(wèn)大多了，多數(shù)硬件工程師不會(huì)使用示波器的探頭，我們來(lái)看看怎么回事：

理想狀況下，示波器的探頭應(yīng)該對(duì)被測(cè)的信號(hào)沒(méi)有任何影響，但現(xiàn)實(shí)卻是它長(zhǎng)長(zhǎng)的連線(xiàn)不可避免地有著雜散電感、電容、以及電阻。因此，無(wú)論如何，它們都會(huì)影響到示波器對(duì)待測(cè)信號(hào)的解讀，尤其在非常高的頻率的時(shí)候。

探頭有多種，*常用的是多數(shù)示波器自帶的無(wú)源（Passive）衰減探頭，它內(nèi)部有著大的電阻并聯(lián)一個(gè)很小的電容，以幫助減小探頭的長(zhǎng)電纜給待測(cè)電路帶來(lái)的負(fù)載效應(yīng)。這個(gè)內(nèi)部的高電阻同示波器輸入端的電阻串聯(lián)，對(duì)輸入信號(hào)構(gòu)成了分壓。

多數(shù)的示波器探頭的內(nèi)部阻抗為9MΩ的電阻，它同示波器輸入端的標(biāo)準(zhǔn)的1MΩ的輸入電阻相連接，構(gòu)成了1/10的分壓，這種探頭被稱(chēng)為10X衰減探頭。很多探頭都有一個(gè)開(kāi)關(guān)，可以切換是10:1衰減（10X）還是不做衰減（1X）。

衰減探頭在高頻應(yīng)用中能夠保證比較高的精準(zhǔn)度，但不好的地方就是對(duì)輸入信號(hào)先衰減了10倍，如果你要測(cè)量的信號(hào)是非常小幅度的微弱信號(hào)，**還是使用不做衰減的1x探頭，這時(shí)候你需要設(shè)置示波器的菜單以告知其衰減發(fā)生了變化，很多示波器能夠自動(dòng)檢測(cè)到探頭是衰減還是不衰減。

除了剛才講的無(wú)源衰減探頭，還有有源探頭（單獨(dú)供電），能夠在送入示波器之前對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大甚至預(yù)處理；有能夠測(cè)量交流或直流電流的探頭，電流探頭一般是環(huán)繞著待測(cè)的信號(hào)線(xiàn)，而不接觸到被測(cè)的電路。

示波器的使用步驟

1.選擇和設(shè)置探頭

先根據(jù)需要選擇一個(gè)合適的探頭，對(duì)于多數(shù)測(cè)量的信號(hào)來(lái)講，你購(gòu)買(mǎi)的儀器里隨帶的簡(jiǎn)單的無(wú)源探頭就可以用了。

接下來(lái)，設(shè)置好探頭的衰減，一般常用的是10X，它是很多場(chǎng)合**的選擇，如果你要測(cè)量幅度比較小的信號(hào)，可以設(shè)置在1X檔。

2.接上探頭，打開(kāi)示波器

將探頭連接到示波器的**個(gè)通道，打開(kāi)示波器開(kāi)關(guān)開(kāi)始運(yùn)行，你可以看到示波器屏幕上的方格、刻度以及由一條水平線(xiàn)構(gòu)成的波形，帶著微弱的噪聲波動(dòng)。

屏幕上將顯示上次關(guān)機(jī)前設(shè)置好的時(shí)間（水平方向）和電壓（豎直方向）刻度，你不用管這些，調(diào)整相應(yīng)的旋鈕，將示波器放到標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置：

打開(kāi)通道1，關(guān)掉通道2；

設(shè)置通道1為直流耦合；

設(shè)置觸發(fā)源為通道1 – 沒(méi)有外接的信號(hào)源或其它通道的信號(hào)對(duì)此進(jìn)行觸發(fā)；

設(shè)置觸發(fā)類(lèi)型為上升沿觸發(fā), 觸發(fā)模式為自動(dòng)；

確認(rèn)示波器探頭的衰減設(shè)置同你使用的探頭的狀態(tài)一致（例如1X, 10X）；

3 校準(zhǔn)探頭

示波器一般在其面板的右下方都會(huì)提供一個(gè)內(nèi)部產(chǎn)生、供校準(zhǔn)用的高可靠、固定頻率和幅度的方波測(cè)試信號(hào)，它有兩個(gè)分開(kāi)的連接點(diǎn) - 一個(gè)輸出校正信號(hào)，一個(gè)連接系統(tǒng)的地。將探頭的接地夾子連接到這個(gè)測(cè)試信號(hào)的接地端，示波器的探頭連接到測(cè)試信號(hào)的輸出。

旋轉(zhuǎn)水平向和垂直向的調(diào)節(jié)按鈕，將波形適當(dāng)?shù)仫@示在屏幕上，調(diào)節(jié)“觸發(fā)”按鈕讓波形穩(wěn)定地顯示在屏幕上。

如果探頭設(shè)置為10X，卻發(fā)現(xiàn)顯示的方波波形不是嚴(yán)格的方波，你需要進(jìn)行阻抗補(bǔ)償 - 用小改錐調(diào)節(jié)如下圖中顯示的探頭上的并聯(lián)電容的大小。

在調(diào)節(jié)的時(shí)候你可以看到屏幕上的波形在變化。

調(diào)節(jié)直至屏幕上顯示的波形為的方波。記住，只有在用10X的時(shí)候才需要進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)。

對(duì)于被測(cè)的電路來(lái)講示波器探頭+示波器等效為一個(gè)10MΩ的電阻和Cload的并聯(lián)，對(duì)被測(cè)電路工作的影響可以根據(jù)這個(gè)等效電路來(lái)計(jì)算。

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