示波器科普---示波器的用途及類型
示波器是一種用于將某個變量顯示為另一變量的函數(shù)的測試與測量儀表。 例如，它可以在顯示屏上繪制電 壓（y 軸）與時間（x 軸）的關(guān)系圖。 圖 10 就是這樣一個關(guān)系圖示例。 如果您想測試某個電子元件是否工 作正常，這就非常有用。 如果您知道在撤出該元件后信號波形應(yīng)有的樣子，則可以使用示波器來查看該元 件是否確實輸出了正確的信號。 請注意，x 軸和 y 軸被網(wǎng)格分成了多個部分。 盡管對于現(xiàn)代示波器而言， 大多數(shù)測量都可以通過示波器自動執(zhí)行，而且結(jié)果更加準(zhǔn)確，但網(wǎng)格讓您能夠通過目測估計進行測量。 示波器不僅可以繪制電壓與時間的關(guān)系圖，還具有更多功能。
示波器有多個輸入，稱為通道，每個通道都 能獨立工作。 因此，您可以將通道 1 連接到某個設(shè)備，將通道 2 連接到另一個設(shè)備。 然后，示波器就可以 繪制通道 1 所測電壓與通道 2 所測電壓之間的關(guān)系。 這種模式稱為示波器的 XY 模式。 當(dāng)繪制 I-V 圖或李 薩如圖（Lissajous）時，這種模式很有用，通過這些圖的形狀，您就可以知道兩個信號之間的相位差和頻 率比。 圖 11 顯示的便是李薩如圖以及它們所代表的相位差/頻率比。
模擬示波器
最早的示波器就是模擬示波器，使用陰極射線管來顯示波形。 當(dāng)電子擊中屏幕時，屏幕上的磷光粉會發(fā) 光，當(dāng)有連續(xù)的磷光粉發(fā)光時，您就可以看到信號的表現(xiàn)了。 要使顯示的波形看起來穩(wěn)定就需要觸發(fā)。 當(dāng) 一個完整的軌跡顯示結(jié)束時，示波器就處于等待狀態(tài)，直到下一個特定事件發(fā)生（例如，跨越某個電壓的 上升沿），然后再次開始顯示軌跡。 未觸發(fā)的顯示是不能使用的，因為波形在顯示屏上未顯示為穩(wěn)定波形 （DSO 和 MSO 示波器也是如此，后面會討論到）。
模擬示波器非常有用，因為發(fā)光的磷光粉不會立即消失。 您可以看到示波器的多條軌跡相互重疊，從而可 以看出信號中的毛刺或不規(guī)則現(xiàn)象。 由于在電子撞擊屏幕時才會顯示波形，因此顯示信號的強度與實際信 號的強度直接相關(guān)。 這就使顯示相當(dāng)于一個三維圖（換句話說，x 軸是時間，y 軸是電壓，z 軸是強度）。 模擬示波器的缺點是它不能“凍結(jié)”顯示，不能使波形保留較長的時間。 一旦磷物質(zhì)擴散，那部分信號就 會消失。
此外，不能對波形自動執(zhí)行測量。 而是必須使用顯示屏上的網(wǎng)格進行測量。 由于電子束的水平和 垂直掃描速度有限，模擬示波器所能顯示的信號類型也非常有限。 雖然現(xiàn)在仍有許多人在使用模擬示波 器，但在市場上已不多見了。 目前，數(shù)字示波器已成為現(xiàn)代的主流工具。
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許多不足而發(fā)明的。 DSO 輸入一個信號，然 后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 將其數(shù)字化。 圖 12 所示的便是是德科技數(shù)字示波器所采用的一種 DSO 架構(gòu)。 它使用衰減器對波形進行縮放。 在將波形傳遞到模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）時，垂直放大器提供額外的縮放。 模 數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入信號進行采樣并將其數(shù)字化。 然后，將數(shù)據(jù)存儲在存儲器中。
觸發(fā)器搜索觸發(fā)事件，時基 調(diào)整示波器的時間顯示。 在示波器最終顯示信號之前，微處理器系統(tǒng)會執(zhí)行您指定的任何后期處理。 將數(shù)據(jù)保持?jǐn)?shù)字形式使示波器可以對波形進行各種測量。 信號也可以長期存儲在存儲器中。 這些數(shù)據(jù)可以 通過閃存、LAN、USB 或 DVD-RW 進行打印或傳輸?shù)接嬎銠C。 事實上，現(xiàn)在您可以使用虛擬的前面板通 過計算機控制和監(jiān)視示波器。
混合信號示波器（MSO）
在 DSO 中，輸入信號是模擬信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行數(shù)字化。 不過隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，同時監(jiān) 測模擬信號和數(shù)字信號已變得越來越有必要。 因此，示波器廠商開始生產(chǎn)能夠觸發(fā)和顯示模擬與數(shù)字兩種 信號的混合信號示波器。 通常情況下，這些示波器的模擬通道數(shù)量較少（2 個或 4 個），數(shù)字通道較多（8 個或 16 個，見圖 13）。13 混合信號示波器的優(yōu)點是能夠觸發(fā)模擬和數(shù)字信號的組合，并在同一時基上將它們?nèi)匡@示出來。
便攜/手持式示波器
顧名思義，便攜式示波器是一種小到可以隨身攜帶的示波器。 如果您需要將示波器帶到多個地方，或者在 實驗室里從一個工作臺移動到另一個工作臺，那么便攜式示波器可能非常適合您。 圖 14 所示的便是一臺便 攜式示波器 — Keysight InfiniiVision X 系列示波器。 便攜式示波器的優(yōu)點是重量輕、便于攜帶、開關(guān)機速度快，并且易于使用。 它們的性能往往低于大型示波 器，但 Keysight InfiniiVision 1000、2000 和 3000T X 系列示波器的出現(xiàn)，正在改變這一點。 這些示波器具 有便攜式示波器常見的所有便攜性和易用性特點，功能也足夠強大，帶寬高達 6GHz，可以應(yīng)對當(dāng)今的大多 數(shù)調(diào)試需求
經(jīng)濟型示波器
經(jīng)濟型示波器價格低廉，但其性能不如高性能示波器。 這類示波器通常多用于大學(xué)實驗室中。 這類示波器 的主要優(yōu)點是價格便宜。 只需一個相對較低的價格，您就能獲得一臺非常有用的示波器。
高性能示波器
高性能示波器可提供目前最優(yōu)異的性能。 對于需要帶寬高、采樣和更新速率快、存儲器深度大和測量功能 多的示波器的用戶來說，高性能示波器是最佳選擇。 圖 15 所示的便是一臺高性能示波器 — Keysight Infiniium 90000A 系列示波器。 高性能示波器的主要優(yōu)點是，讓您能夠正確分析各種信號，并提供了許多應(yīng)用程序和工具，可以更簡單、 更快速地分析當(dāng)前技術(shù)。 其主要缺點是價格高，體積大。
示波器的使用場合
如果一家公司正在測試或使用電子信號，則很可能擁有示波器。 因此，示波器的應(yīng)用領(lǐng)域有很多：
? 汽車技術(shù)人員使用示波器來診斷汽車的電氣問題。
? 大學(xué)實驗室使用示波器傳授學(xué)生電子學(xué)知識。
? 全世界的研究組織都要使用示波器。
? 手機制造商使用示波器來測試手機信號的完整性。
? 軍事和航空行業(yè)使用示波器來測試?yán)走_通信系統(tǒng)。
? 研發(fā)工程師使用示波器來測試和設(shè)計新技術(shù)。
? 示波器還用于合規(guī)性測試。
例如 USB 和 HDMI 的合規(guī)性測試：USB 和 HDMI 的輸出必須達到某 些特定標(biāo)準(zhǔn)。 以上僅僅是示波器的一小部分用途。 而它的確是一種功能強大的多功能儀表。
觸發(fā)控件
正如我們之前所提到的，觸發(fā)信號有助于提供穩(wěn)定、可用的顯示，您可以同步示波器對您感興趣的波形的 采集過程。
觸發(fā)控件讓您可以選擇垂直觸發(fā)電平（例如，希望示波器觸發(fā)時的電壓），以及在各種觸發(fā)功 能之中選擇。 常見的觸發(fā)類型包括：
? 邊沿觸發(fā) 邊沿觸發(fā)是最流行的觸發(fā)模式。 當(dāng)電壓超過某個設(shè)定的閾值時，觸發(fā)就會發(fā)生。 您可以選擇在上升沿 還是下降沿觸發(fā)。 圖 18 顯示的是在上升沿觸發(fā)的圖形表示。
? 毛刺觸發(fā) 毛刺觸發(fā)模式允許您觸發(fā)寬度大于或小于某個指定時間長度的事件或脈沖。 該功能對于找出隨機毛刺 或錯誤非常有用。 如果這些毛刺不常發(fā)生，就很難看到它們。 不過，毛刺觸發(fā)讓您可以捕捉許多這種錯誤。
示波器是一種用于將某個變量顯示為另一變量的函數(shù)的測試與測量儀表。 例如，它可以在顯示屏上繪制電 壓（y 軸）與時間（x 軸）的關(guān)系圖。 圖 10 就是這樣一個關(guān)系圖示例。 如果您想測試某個電子元件是否工 作正常，這就非常有用。 如果您知道在撤出該元件后信號波形應(yīng)有的樣子，則可以使用示波器來查看該元 件是否確實輸出了正確的信號。 請注意，x 軸和 y 軸被網(wǎng)格分成了多個部分。 盡管對于現(xiàn)代示波器而言， 大多數(shù)測量都可以通過示波器自動執(zhí)行，而且結(jié)果更加準(zhǔn)確，但網(wǎng)格讓您能夠通過目測估計進行測量。 示波器不僅可以繪制電壓與時間的關(guān)系圖，還具有更多功能。
示波器有多個輸入，稱為通道，每個通道都 能獨立工作。 因此，您可以將通道 1 連接到某個設(shè)備，將通道 2 連接到另一個設(shè)備。 然后，示波器就可以 繪制通道 1 所測電壓與通道 2 所測電壓之間的關(guān)系。 這種模式稱為示波器的 XY 模式。 當(dāng)繪制 I-V 圖或李 薩如圖（Lissajous）時，這種模式很有用，通過這些圖的形狀，您就可以知道兩個信號之間的相位差和頻 率比。 圖 11 顯示的便是李薩如圖以及它們所代表的相位差/頻率比。
模擬示波器
最早的示波器就是模擬示波器，使用陰極射線管來顯示波形。 當(dāng)電子擊中屏幕時，屏幕上的磷光粉會發(fā) 光，當(dāng)有連續(xù)的磷光粉發(fā)光時，您就可以看到信號的表現(xiàn)了。 要使顯示的波形看起來穩(wěn)定就需要觸發(fā)。 當(dāng) 一個完整的軌跡顯示結(jié)束時，示波器就處于等待狀態(tài)，直到下一個特定事件發(fā)生（例如，跨越某個電壓的 上升沿），然后再次開始顯示軌跡。 未觸發(fā)的顯示是不能使用的，因為波形在顯示屏上未顯示為穩(wěn)定波形 （DSO 和 MSO 示波器也是如此，后面會討論到）。
模擬示波器非常有用，因為發(fā)光的磷光粉不會立即消失。 您可以看到示波器的多條軌跡相互重疊，從而可 以看出信號中的毛刺或不規(guī)則現(xiàn)象。 由于在電子撞擊屏幕時才會顯示波形，因此顯示信號的強度與實際信 號的強度直接相關(guān)。 這就使顯示相當(dāng)于一個三維圖（換句話說，x 軸是時間，y 軸是電壓，z 軸是強度）。 模擬示波器的缺點是它不能“凍結(jié)”顯示，不能使波形保留較長的時間。 一旦磷物質(zhì)擴散，那部分信號就 會消失。
此外，不能對波形自動執(zhí)行測量。 而是必須使用顯示屏上的網(wǎng)格進行測量。 由于電子束的水平和 垂直掃描速度有限，模擬示波器所能顯示的信號類型也非常有限。 雖然現(xiàn)在仍有許多人在使用模擬示波 器，但在市場上已不多見了。 目前，數(shù)字示波器已成為現(xiàn)代的主流工具。
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許多不足而發(fā)明的。 DSO 輸入一個信號，然 后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 將其數(shù)字化。 圖 12 所示的便是是德科技數(shù)字示波器所采用的一種 DSO 架構(gòu)。 它使用衰減器對波形進行縮放。 在將波形傳遞到模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）時，垂直放大器提供額外的縮放。 模 數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入信號進行采樣并將其數(shù)字化。 然后，將數(shù)據(jù)存儲在存儲器中。
觸發(fā)器搜索觸發(fā)事件，時基 調(diào)整示波器的時間顯示。 在示波器最終顯示信號之前，微處理器系統(tǒng)會執(zhí)行您指定的任何后期處理。 將數(shù)據(jù)保持?jǐn)?shù)字形式使示波器可以對波形進行各種測量。 信號也可以長期存儲在存儲器中。 這些數(shù)據(jù)可以 通過閃存、LAN、USB 或 DVD-RW 進行打印或傳輸?shù)接嬎銠C。 事實上，現(xiàn)在您可以使用虛擬的前面板通 過計算機控制和監(jiān)視示波器。
混合信號示波器（MSO）
在 DSO 中，輸入信號是模擬信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行數(shù)字化。 不過隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，同時監(jiān) 測模擬信號和數(shù)字信號已變得越來越有必要。 因此，示波器廠商開始生產(chǎn)能夠觸發(fā)和顯示模擬與數(shù)字兩種 信號的混合信號示波器。 通常情況下，這些示波器的模擬通道數(shù)量較少（2 個或 4 個），數(shù)字通道較多（8 個或 16 個，見圖 13）。13 混合信號示波器的優(yōu)點是能夠觸發(fā)模擬和數(shù)字信號的組合，并在同一時基上將它們?nèi)匡@示出來。
便攜/手持式示波器
顧名思義，便攜式示波器是一種小到可以隨身攜帶的示波器。 如果您需要將示波器帶到多個地方，或者在 實驗室里從一個工作臺移動到另一個工作臺，那么便攜式示波器可能非常適合您。 圖 14 所示的便是一臺便 攜式示波器 — Keysight InfiniiVision X 系列示波器。 便攜式示波器的優(yōu)點是重量輕、便于攜帶、開關(guān)機速度快，并且易于使用。 它們的性能往往低于大型示波 器，但 Keysight InfiniiVision 1000、2000 和 3000T X 系列示波器的出現(xiàn)，正在改變這一點。 這些示波器具 有便攜式示波器常見的所有便攜性和易用性特點，功能也足夠強大，帶寬高達 6GHz，可以應(yīng)對當(dāng)今的大多 數(shù)調(diào)試需求
經(jīng)濟型示波器
經(jīng)濟型示波器價格低廉，但其性能不如高性能示波器。 這類示波器通常多用于大學(xué)實驗室中。 這類示波器 的主要優(yōu)點是價格便宜。 只需一個相對較低的價格，您就能獲得一臺非常有用的示波器。
高性能示波器
高性能示波器可提供目前最優(yōu)異的性能。 對于需要帶寬高、采樣和更新速率快、存儲器深度大和測量功能 多的示波器的用戶來說，高性能示波器是最佳選擇。 圖 15 所示的便是一臺高性能示波器 — Keysight Infiniium 90000A 系列示波器。 高性能示波器的主要優(yōu)點是，讓您能夠正確分析各種信號，并提供了許多應(yīng)用程序和工具，可以更簡單、 更快速地分析當(dāng)前技術(shù)。 其主要缺點是價格高，體積大。
示波器的使用場合
如果一家公司正在測試或使用電子信號，則很可能擁有示波器。 因此，示波器的應(yīng)用領(lǐng)域有很多：
? 汽車技術(shù)人員使用示波器來診斷汽車的電氣問題。
? 大學(xué)實驗室使用示波器傳授學(xué)生電子學(xué)知識。
? 全世界的研究組織都要使用示波器。
? 手機制造商使用示波器來測試手機信號的完整性。
? 軍事和航空行業(yè)使用示波器來測試?yán)走_通信系統(tǒng)。
? 研發(fā)工程師使用示波器來測試和設(shè)計新技術(shù)。
? 示波器還用于合規(guī)性測試。
例如 USB 和 HDMI 的合規(guī)性測試：USB 和 HDMI 的輸出必須達到某 些特定標(biāo)準(zhǔn)。 以上僅僅是示波器的一小部分用途。 而它的確是一種功能強大的多功能儀表。
觸發(fā)控件
正如我們之前所提到的，觸發(fā)信號有助于提供穩(wěn)定、可用的顯示，您可以同步示波器對您感興趣的波形的 采集過程。
觸發(fā)控件讓您可以選擇垂直觸發(fā)電平（例如，希望示波器觸發(fā)時的電壓），以及在各種觸發(fā)功 能之中選擇。 常見的觸發(fā)類型包括：
? 邊沿觸發(fā) 邊沿觸發(fā)是最流行的觸發(fā)模式。 當(dāng)電壓超過某個設(shè)定的閾值時，觸發(fā)就會發(fā)生。 您可以選擇在上升沿 還是下降沿觸發(fā)。 圖 18 顯示的是在上升沿觸發(fā)的圖形表示。
? 毛刺觸發(fā) 毛刺觸發(fā)模式允許您觸發(fā)寬度大于或小于某個指定時間長度的事件或脈沖。 該功能對于找出隨機毛刺 或錯誤非常有用。 如果這些毛刺不常發(fā)生，就很難看到它們。 不過，毛刺觸發(fā)讓您可以捕捉許多這種錯誤。