示波器的使用介绍

在射频世界里，示波器如同一位魔法师，将复杂的电信号转化为可视化的波形图形，让工程师和技术人员能够更直观、更深入地理解和分析电路中的信号特性。本文将带您走进示波器的世界，探索其基本原理、信号测量类型以及使用技巧。
一、示波器的基本原理
示波器通过电子束在荧光屏上的扫描，根据输入信号的变化，绘制出相应的波形图。其核心部件包括垂直放大器、水平放大器、触发电路和显示系统等。垂直放大器负责放大输入信号的幅度，使其在荧光屏上呈现合适的高度；水平放大器则负责控制电子束在荧光屏上的扫描速度，以显示信号的频率和周期。触发电路则确保示波器在正确的时刻开始扫描，以获得稳定的波形显示。

二、示波器可以测量的信号类型
示波器具有广泛的信号测量能力，包括但不限于以下几种：
直流信号：示波器可以准确地显示直流信号的幅值和偏移，帮助工程师了解电路中的直流成分。
交流信号：对于周期性变化的交流信号，示波器可以显示其频率、幅值、相位等特性，帮助分析电路中的交流成分。
脉冲信号：示波器能够捕捉短暂的脉冲信号，显示其上升时间、下降时间、脉宽等特性，对于数字电路和逻辑电路的分析至关重要。
正弦信号：正弦信号是一种常见的周期性信号，示波器可以显示其频率、幅值、相位等特性，帮助分析电路中的正弦波形。
方波信号：方波信号在数字电路中广泛存在，示波器可以显示其频率、占空比等特性。
脉宽调制信号：脉宽调制信号在通信和控制系统中有广泛应用，示波器可以显示其脉宽、调制深度等特性。

三、示波器常用功能

当使用示波器进行各种测量和分析时，以下是对您所提供内容的整理：
1. 测量电压、电压差和时间间隔
电压测量：示波器可以直接显示电压波形的高度，结合“V/div”的指示值，可以换算出电压值。
电压差测量：同时显示两个或多个信号，通过直接观察或测量功能，可以比较不同信号之间的电压差。
时间间隔测量：使用示波器的光标或测量功能，可以测量两个事件（如波形上的两个点）之间的时间间隔。
2. 测量重复信号的频率
频率测量：通过测量信号的周期时间T，然后应用公式f=1/T，可以计算出信号的频率。
李沙育图形法：当信号频率与参考频率成整数倍时，利用示波器可以形成稳定的李沙育图形，从而辅助频率测量。
3. 比较信号并查看它们之间的关系
信号比较：示波器的多通道功能可以同时显示两个或多个信号，方便比较它们之间的关系。
特征比较：可以观察一个波形上的特定特征（如峰值、过零点）与另一个波形上特征之间的相对位置，判断先后关系。
4. 捕捉瞬变、故障等特别的行为
瞬变捕捉：通过示波器的高采样率和存储功能，可以捕捉和记录信号中的瞬变行为。
故障分析：结合触发设置和存储功能，示波器可以帮助分析信号中的故障或异常行为。
5. 测量波形的直流和交流部分
直流测量：将Y轴输入耦合开关置于“地”位置，可以测量波形的直流部分。
交流测量：将Y轴输入耦合开关置于“AC”位置，示波器将只显示输入波形的交流成分。
6. 测量波形的各种特性
波形特性：示波器可以测量波形的多种特性，包括峰对峰电压、均方根电压、周期、上升时间、下降时间等。
7. 检查信号噪声及修改电路的影响
噪声分析：通过示波器观察信号的波形，可以分析信号上的噪声情况。
电路影响：修改电路或电缆后，再次观察信号波形，分析修改如何影响信号的噪声水平。
8. 寻找电路中的失真
直观比较：通过直接比较电路的输入和输出波形，可以寻找电路中的失真。
数学差异：使用示波器的功能将输入和输出波形相减，并观察得到的数学差异，以更精确地检测失真。

四、示波器的关键参数与使用技巧

带宽：
定义：示波器能够准确显示被测试信号的范围（以频率表示）。
测量单位：赫兹（Hz）。
重要性：没有足够的带宽，示波器将无法准确再现真实的信号。
通道：
定义：示波器可以同时显示的信号数量。
常见数量：通常使用的为4通道。
采样率：
定义：示波器每秒可采集的样本数量。
建议：选择采样率至少比带宽大2.5倍的示波器，但最好为带宽的3倍以上。
存储深度：
定义：示波器可以存储的样本数量。
重要性：对于捕获长时间或复杂波形很重要。
波形捕获率：
定义：示波器采集和更新波形显示的速率。
重要性：虽然肉眼无法察觉到变化，但高捕获率对于捕获偶发事件或快速变化的信号至关重要。
探头类型：
有源探头：
供电：需要通过电源对探头内部的有源器件供电。
应用：适用于高频信号量测。
无源探头：
供电：不需要使用电源。
应用：在探测带宽小于600 MHz的信号时很有用。
电流探头：
功能：用来测量流经电路的电流。
特点：通常体积较大，且带宽有限（100 MHz）。
总结：在选择示波器时，需要考虑带宽、通道数、采样率、存储深度和波形捕获率等关键参数。同时，根据测量需求选择合适的探头类型也是非常重要的。

五、读取信息示例（引用得捷电子）

• 信号与波形

就示波器而言，“信号”一词是指可能随时间变化的电压。其中一个区别是信号是否具有周期性。周期性意味着信号在不同的间隔内重复地取相同的一组值。正弦波是周期性波形的一个例子。让我们来看看它的一些特征:
正弦波

非正弦波形
A - 方波B - 脉冲波C - 三角波D - 斜波（也叫锯齿波）E - 整流正弦波F - 平方根波（振幅与波周期开始时间的平方根成正比）

• 屏幕格线

最原始的测量技术是使用屏幕上的格线和计算格数。举例： Teledyne 的 HDO4104A
下图显示了五个周期的正弦波

正弦波轨迹在垂直方向上覆盖六格，乘以每格 50 毫伏 (mV) 的垂直比例系数（见通道 1 描述符方框），即可算出正弦波振幅为 300 mV（峰峰值）。同样，正弦波的周期覆盖了两个水平的栅格，时基描述符方框中的每格为 100 纳秒 (ns)，因而周期为200 ns。

下面还有一个有用的表格，列出了 Teledyne LeCroy HDO 系列示波器的标准参数。该表格对测量参数提供了很好的定义，具有很大的参考价值：

Amplitude/振幅		双峰信号的峰值和谷值之间的差，如果不是双峰信号，则为最大值 - 最小值
Area/面积		波形下方的面积
Base/基底		双峰波形中较低最可能状态的值
Delay/延时		触发与 50% 振幅处第一边沿之间的时间
Δ period@level		波形中每个周期的相邻周期偏差（周期之间的周期抖动）
Δ time@level		两个波形之间的可选电平之间的时间
Duty cycle/占空比		宽度占周期的百分比
Duty@level		选定电平处的占空比抖动
Edges@level		波形中的边沿数
Fall time/下降时间		下降沿从 90% 到 10% 的持续时间
Fall 80 - 20%		下降沿从 80% 到 20% 的持续时间
Frequency/频率		信号中 50% 电平处的每个周期的频率
Freq@level		波形中每个周期的特定电平和斜率处的频率
Maximum/最大值		测量波形的最高点
Mean/平均值		输入信号中的所有数据值的平均值
Minimum/最小值		测量波形的最低点
Overshoot−/负过冲		下降沿之后的过冲量，以振幅的百分比表示
Overshoot+/正过冲		上升沿之后的过冲量，以振幅的百分比表示
Peak to peak/峰峰值		波形中最高点和最低点之间的差
Period/周期		所测量周期性信号的周期，以 50% 电平之间的时间表示
Period@level		波形中每个周期的特定电平和斜率的周期
Phase/相位		两个选定信号之间的相位差
Rise/上升		上升沿从 10% 到 90% 的持续时间
Rise 20 - 80%		上升沿从 20% 到 80% 的持续时间
RMS		数据的均方根值
Skew/偏移		clock1 边沿的时间减去最近的 clock2 边沿的时间
Standard deviation/标准差		光标之间数据的标准差
Time@level		在指定电平下从触发到边沿的时间
Top/基顶		两种最可能状态中的较高者，较低者为基底
Width +/正脉宽		50% 交叉处的正脉冲宽度
Width -/负脉宽		50% 交叉处的负脉冲宽度