什么是示波器？示波器的使用方法，示波器的工作原理

　　什么是示波器？

　　示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像，便于人們研究各種電現象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質的屏面上，就可產生細小的光點（這是傳統的模擬示波器的工作原理）。在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等等。

　　示波器的使用方法：

　　示波器，“人”如其名，就是顯示波形的機器，它還被譽為“電子工程師的眼睛”。它的核心功能就是為了把被測信號的實際波形顯示在屏幕上，以供工程師查找定位問題或評估系統性能等等。它的發展同樣經歷了模擬和數字兩個時代，還是先來看圖認識一下，如圖1所示。

　　目前，模擬示波器也基本上被淘汰了，現在是數字示波器的天下。同理，我也將只以數字示波器為例來加以講解。

　　數字示波器，更準確的名稱是數字存儲示波器，即DSO（Digital Storage Oscilloscope）。這個“存儲”不是指它可以把波形存儲到U盤等介質上，而是針對于模擬示波器的即時顯示特性而言的。模擬示波器靠的是陰極射線管（CRT，即俗稱的電子槍）發射出電子束，而這束電子在根據被測信號所形成的磁場下發生偏轉，從而在熒屏上反映出被測信號的波形，這個過程是即時地，中間沒有任何的存儲過程的。而數字示波器的原理卻是這樣的：首先示波器利用前端ADC對被測信號進行快速的采樣，這個采樣速度通常都可以達到每秒幾百M到幾G次，是相當快的；而示波器的后端顯示部件是液晶屏，液晶屏的刷新速率一般只有幾十到一百多Hz；如此，前端采樣的數據就不可能實時的反應到屏幕上，于是就誕生了存儲這個環節：示波器把前端采樣來的數據暫時保存在內部的存儲器中，而顯示刷新的時候再來這個存儲器中讀取數據，用這級存儲環節解決前端采樣和后端顯示之間的速度差異。

　　很多人在第一次見到示波器的時候，可能會被他面板上眾多的按鈕唬住，再加上示波器一般身價都比較高，所以對使用它就產生了一種畏懼情緒。這是不必要的，因為示波器雖然看起來很復雜，但實際上要使用它的核心功能——顯示波形，并不復雜，只要三四個步驟就能搞定了，而現在示波器的復雜都是因為附加了很多輔助功能造成的，這些輔助功能自然都有它們的價值，熟練靈活的應用它們可以起到事半功倍的效果。作為初學者，我們先不管這些，我們只把它最核心的、最基本的功能應用起來即可。

　　示波器的使用圖解

　　跟萬用表類似，要使用示波器，首先也得把它和被測系統相連，用的是示波器探頭，如圖20-4所示。示波器一般都會有2個或4個通道（通常都會標有1～4的數字，而多余的那個探頭插座是外部觸發，一般用不到它），它們的低位是等同的，可以隨便選擇，把探頭插到其中一個通道上，探頭另一頭的小夾子連接被測系統的參考地（這里一定要注意一個問題：示波器探頭上的夾子是與大地即三插插頭上的地線直接連通的，所以如果被測系統的參考地與大地之間存在電壓差的話，將會導致示波器或被測系統的損壞），探針接觸被測點，這樣示波器就可以采集到該點的電壓波形了（普通的探頭不能用來測量電流，要測電流得選擇專門的電流探頭）。

　　接下來就要通過調整示波器面板上的按鈕，使被測波形以合適的大小顯示在屏幕上了。只需要按照一個信號的兩大要素——幅值和周期（頻率與周期在概念上是等同的）來調整示波器的參數即可，如圖2所示。

　　如上圖，在每個通道插座上方的旋鈕，就是調整該通道的幅值的，即波形垂直方向大小的調整。轉動它們，就可以改變示波器屏幕上每個豎格所代表的電壓值，所以可稱其為“伏格”調整，如以下兩幅對比圖所示：左圖是1V/grid，右圖是500mV/grid，左圖波形的幅值占了2.5個格，所以是2.5V，右圖波形的幅值占了5個格，也是2.5V。推薦是將波形調整到右圖這個樣子，因為此時波形占了整個測量范圍的較大空間，可以提高波形測量的精度，如圖3所示。

　　除了圖3通常上方的伏格旋鈕外，通常還會在面板上找到一個大小相同的旋鈕（不一定像圖20-6所示的位置），這個旋鈕是調整周期的，即波形水平方向大小的調整。轉動它，就可以改變示波器屏幕上每個橫格所代表的時間值，所以可稱其為“秒格”調整，如以下兩幅對比圖所示：左圖是500us/grid，右圖是200us/grid，左圖一個周期占2個格，周期是1ms，即頻率為1KHz，右圖一個周期占5個格，也是1ms，即1KHz。這里就沒有哪個更合理的問題了，具體問題具體對待，它們都是很合理的，如圖4所示。

　　很多時候只進行上述兩項調整的話，是能看到一個波形，但這個波形卻很不穩定，左右亂顫，相互重疊，導致看不清楚，如圖5所示。

　　這就是因為示波器的觸發沒有調整好的緣故，那么什么是觸發呢？簡單點理解，所謂觸發就是設定一個基準，讓波形的采集和顯示都圍繞這個基準來。最常用的觸發設置是基于電平的（也可基于時間等其它量，道理相同），大家看下上面的幾張波形圖，在左側總有一個T和一個小箭頭，T是觸發的意思，這個小箭頭指向的位置所對應的電壓值就是當前的觸發電平。示波器總是在波形經過這個電平的時候，把之前和之后的一部分存儲并最終顯示出來，于是就能看到圖4、5所示的波形。如圖6所示，我們可以看到，無論如何波形也不會經過T所指的位置，即用永遠達不到觸發電平，所以失去了基準的波形看上去就不穩定了。怎么調節這個觸發電平的位置呢，在示波器面板上找一個標了Trigger的旋鈕，如下圖，轉動這個旋鈕就可以改變這個T的位置了。

　　除了可以改變觸發電平的值以外，還可以設置觸發的方式：比如選擇上升沿還是下降沿觸發，也就是選擇讓波形向上增加的時候經過觸發電平還是向下減小的時候經過觸發電平來完成觸發，這些設置一般都是通過Trigger欄里的按鈕和屏幕方便的菜單鍵來完成。

　　只要經過上述的這三四步，你就可以把示波器的核心功能應用起來了，可以用它觀察單片機系統的各個信號了。比如說上電后系統不運行，就用它來測一下晶振引腳的波形正常與否吧。需要注意的是，晶振引腳上的波形并不是方波，而是更像正弦波，而且晶振的兩個腳上的波形是不一樣的，一個幅值小一點的是作為輸入的，一個幅值大一點的是作為輸出的，如圖7所示。

　　示波器的工作原理：

　　示波器用來測量交流電或脈沖電流波的形狀的儀器，由電子管放大器、掃描振蕩器、陰極射線管等組成。除觀測電流的波形外，還可以測定頻率、電壓強度等。凡可以變為電效應的周期性物理過程都可以用示波器進行觀測。

　　示波器分為數字示波器和模擬示波器。模擬示波器采用的是模擬電路（示波管，其基礎是電子槍）電子槍向屏幕發射電子，發射的電子經聚焦形成電子束，并打到屏幕上。屏幕的內表面涂有熒光物質，這樣電子束打中的點就會發出光來。而數字示波器則是數據采集，A/D轉換，軟件編程等一系列的技術制造出來的高性能示波器。數字示波器一般支持多級菜單，能提供給用戶多種選擇，多種分析功能。還有一些示波器可以提供存儲，實現對波形的保存和處理。

　　示波器工作原理是：利用顯示在示波器上的波形幅度的相對大小來反映加在示波器Y偏轉極板上的電壓最大值的相對大小，從而反映出電磁感應中所產生的交變電動勢的最大值的大小。因此借助示波器可以研究感應電動勢與其產生條件的關系。

　　示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不到的電信號變換成看得見的圖像，便于人們研究各種電現象的變化過程。

　　示波器利用狹窄的，由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質的屏面上，就可以產生細小的光點。在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。

　　利用示波器能觀察各種不同電信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同信號的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等等。

　　雙蹤示波器是由兩個通道的y軸前置放大電路、門控電路、電子開關、混合電路、延遲電路、y軸后置放大電路、觸發電路、掃描電路、x軸放大電路、z軸放大電路、校準信號電路、示波管和高低壓電源供給電路等組成。

　　觀察信號波形時，被測信號ＵＡ、ＵＢ，通過ＣＨＡ、ＣＨＢ兩個輸入端輸入示波器，先分別送到y軸前置放大電路yＡ和yＢ進行放大。因通道yＡ和通道yＢ都受電子開關的控制，所以ＵＡ，ＵＢ兩信號輪換著輸送到后面的混合電路，延遲電路，y軸后置放大電路，加到示波管的垂直偏轉板上。

　　為了適應各種不同的測試需要，電子開關可有五種不同的工作狀態，即ＣＨＡ、ＣＨＢ、交替、斷續、ＡＤＤ等。這五種工作狀態由顯示方式開關來控制。

　　當顯示方式開關置于交替位置時，電子開關為一雙穩態電路。它受由掃描電路來得閘門信號控制，使得y軸兩個前置通道隨著掃描電路。

　　閘門信號的變化而交替地工作。每秒鐘交替轉換次數與由掃描電路產生的掃描信號的重復頻率有關。交替工作狀態適用于觀察頻率不太低的被測信號。

　　當顯示方式開關置于斷續位置時，電子開關是一振蕩頻率約為２００ＫＨＺ的自激多諧振蕩電路。由它的兩個輸出端輸出相位相反的兩個矩形信號。前置放大電路ＣＨＡ和ＣＨＢ是受上述兩個矩形信號控制而輪流工作的。這樣就可以穩定地顯示出兩個信號。這種斷續工作狀態適用于觀察頻率不太高的被測信號。

　　當顯示方式開關置于ＣＨＡ或CＨＢ位置時，電子開關為一單穩態電路。前置放大電路ＣＨＡ或ＣＨＢ可單獨工作，此時，雙蹤示波器可作為普通單線示波器使用。

　　當顯示方式開關置于ＡＤＤ位置時，電子開關處于不工作狀態。此時，ＣＨＡ，ＣＨＢ兩通道同時工作，因而可得到兩信號相加或兩信號相減的顯示。然而，兩信號究竟是相加還是相減，這要通過ＣＨＡ通道的極性作用開關來選擇。

　　為了觀察被測試信號隨時間變化的波形，示波器的水平偏轉板上必須加以線性掃描電壓（鋸齒波電壓）。這個掃描電壓是由掃描電路產生的。當觸發信號加到觸發電路時，觸發掃描電路就產生相應的掃描信號，當不加觸發信號時，掃描電路就不產生掃描信號。

　　觸發方式有內觸發，外觸發兩種，由觸發源選擇開關來選擇，當該開關置于內的位置時，觸發信號來自經y軸通道送入的被測信號，當該開關置于外的位置時，觸發信號是由外部送入的。這個信號應與被測信號的頻率成整數比的關系。示波器使用中，多數采用內觸發工作方式。

　　掃描電路產生掃描信號（鋸齒波電路）。通過x軸選擇開關接到x軸放大電路，經放大后送到示波器的x軸偏轉板上。

　　Z軸放大電路對熒光屏上光點輝度起著調節的作用，抹去不必要顯示的光點軌跡。當掃描電路的閘門信號來到z軸放大電路時，z軸放大電路便輸出正向的增輝脈沖信號，加至示波器的控制極。這就是說，在掃描信號的正程時，熒光屏上的光點得以增輝，在電子開關的轉換過程中，電子開關電路將輸出脈沖信號也加至z軸放大電路，此時z軸放大電路便輸出負向脈沖信號，加至示波器的控制極。這樣在電子開關的轉換過程中，就消除了兩通道交替工作時的過度光點，以提高顯示波形的清晰度

　　校正信號產生電路產生一個一定頻率和幅度的矩形信號。它是作校正y軸放大電路的靈敏度和x軸的掃描速度之用的。

　　高低壓電源，其中高壓是供給示波管顯示系統的。低壓供給示波器各級電路。

　　示波器的作用與應用范圍：

　　差分探頭對與差分放大器相匹配，均衡于衰減系數，能提高最大輸人信號和共模范圍。該系統可以完成如廠的測試功能：功率器件分析，圖2展示瞬時功率的測試。另外，對于器件的安全工作區域，動態導通電阻及其它有關性能分析都可以借助本系統進行測量，只需輕輕按幾個鍵即可完成。調制分析，圖3展示器件在轉換過程中信白、狀況。剛試系統圖數字示波器不儀能有效地用干觀察和分析各種波形，而且還能顯示各種“模擬參數”，配上適當的外用設備接「l，很容易捕捉如負載變化，電源開關等重要的電路轉換的每一個周期及位一個細節的完整記錄，從而得到各種測試數據的逼真形象的實時分析。電源測量軟件為儀器提供了智能化測試的必要手段。在硬件電路的支持卜，依靠程序軟件有序協調地完善各項功能。用戶利用專用菜單和快捷方式可以方便地設置示波器，進行采樣、觀察、分析信號及智能提示，確保正確和準確的測量。差分放大器頻響為IOOMHz，增益可設為1或10。作為示波器側試系統的一部分，它不僅可以將信號進行調整，而且能提高輸人阻抗和共模抑制比。放大器的面板接受遙控命令或RS232的控制。電流探頭可測量流經導體的電流。制分析可在垂直軸上顯示每一個脈沖的脈寬值，穩定觀測軟啟動電路的特性‘à監視5伏電源從。伏到穩定的+5過程放大功能允許襯每個門驅動脈沖獨立觀察圖歇電路器件工作狀態試驗分析電源設計者能夠簡明直觀觀察到電路工作時的各種信息狀態，如占空比、周期、脈寬、階躍響應等。線電源測量與分析：對于模擬信號如工頻電壓，可以方便測量其功率因數和功耗，電壓與電流有效值，以及各次諧波測量。

　　放大軌跡能時其它的波形放大或進行運葬，如數字示波器的運茸功能可立即用來顯示一個能量的波形（焦耳丸心圣擇5作如O或6OH之@工領電壓灼有效位工頻電流的有效位有效功率視在功率功率因素都為“實時波形圖4：線電源測試分析圖2：瞬時功率剛試示波器還能用J二計算功率，圖5上部顯示的兩條波形表示電源輸人時負載上面電壓波形和電流波形，顯　隨著無線通信系統性能更強，功耗更低，在為諸如移動電話這類無線設計方案選擇處理引擎的時候，設計人員不得不倍加細心。隨著手機發展到第三代甚至是第四代，設計人員已經開始研制一些新的功能如視頻功能。

　　傳統的基于微處理器和DSP的無線設計方案已經顯得后勁不足，另一方面，自適應運算機（ACM）設備卻可以為無線系統設計提供一種更為有效的方式。以便RISC微處理器核與精細的自適應結構能相配這是一個自適應運算機的早期原型，片，它將一個RISC處理器核與一種大規模的自適應結構集成在一起。通常一個DSP芯片的CPE大約是10%，這意著在任一時刻，DSP芯片中只有10%的邏輯門被用于執行實際的任務，也就是說只有一小部分干了“有用的”工作，其它的部分干的都是輔助性的工作。

　　當處理器忙于進行實際工作的時候，就要求這種輔助性的工作盡可能少地占用處理器的資源。