示波器的應(yīng)用非常廣泛，是設(shè)計(jì)和測(cè)試電子設(shè)備和器件最常用的工具。數(shù)字存儲(chǔ)示波器(簡(jiǎn)稱DSO)和混合信號(hào)示波器(簡(jiǎn)稱MSO)都是強(qiáng)大的儀器，用于顯示及測(cè)量隨時(shí)間變化的電子信號(hào)，并且有助于確定哪個(gè)器件運(yùn)行正常，哪個(gè)出現(xiàn)故障。
數(shù)字存儲(chǔ)示波器 (digital storage oscilloscope)
數(shù)字是相對(duì)于模擬而言，將連續(xù)說(shuō)我模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào);存儲(chǔ)是表征AD采集后的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行存儲(chǔ);示波器的根本目的是顯示波形。
數(shù)字示波器的體系結(jié)構(gòu)
混合信號(hào)示波器(MSO)
DSO 的輸入信號(hào)屬于模擬信號(hào)，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其數(shù)字化。隨著數(shù)字電路技術(shù)的蓬勃發(fā)展，同時(shí)監(jiān)測(cè)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)變得越來(lái)越重要。鑒于此，示波器廠商著手生產(chǎn)能夠觸發(fā)和顯示模擬與數(shù)字信號(hào)的混合信號(hào)示波器。這類儀器通常具備少數(shù)幾個(gè)模擬通道(2 或 4)和更多的數(shù)字通道
混合信號(hào)示波器的前面板輸入提供了 4 個(gè)模擬通道和 8 個(gè)數(shù)字通道
混合信號(hào)示波器的優(yōu)點(diǎn)是可以觸發(fā)任意組合的模擬與數(shù)字信號(hào)，并且顯示以相同時(shí)基進(jìn)行關(guān)聯(lián)的所有信號(hào)。
基本原理
波形首先要通過探頭，經(jīng)由前端的放大器進(jìn)行放大，之后由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而存儲(chǔ)到采集內(nèi)存中，然后顯示到顯示器上。
示波器的功能遠(yuǎn)比數(shù)字萬(wàn)用表更強(qiáng)大，因?yàn)樗鼈兛梢允鼓^察電子信號(hào)的實(shí)際情況。
電子信號(hào)
示波器的主要用途低顯示電子信號(hào)。電子信號(hào)會(huì)以波形或者脈沖的形式出現(xiàn)。通過觀察示波器上顯示的信號(hào)，可以確定電子系統(tǒng)的某個(gè)元器件是否在正常工作。因此，想要了解示波器的工作方式，必須先要了解信號(hào)的基本原理。
波形
波形是指波的形狀或圖像。波形可以提供許多有關(guān)信號(hào)的信息，例如，它可以告訴您電壓是否突然發(fā)生改變、呈線性變化或保持不變。標(biāo)準(zhǔn)的波形有很多種，本節(jié)僅介紹您最常遇到的幾種。
正弦波 ：正弦波通常與交流(AC)電源有關(guān)，例如您屋內(nèi)的電源插座。正弦波的峰值幅度并非一直恒定，如果峰值幅度會(huì)隨著時(shí)間不斷地下降，我們就稱這種波形為阻尼正弦波。
圖 1. 正弦波
方波 / 矩形波：方波會(huì)在兩個(gè)不同的值之間周期性地跳動(dòng)，因此在高點(diǎn)和低點(diǎn)部分的長(zhǎng)度會(huì)相等。矩形波不同的地方在于高、低點(diǎn)部分的長(zhǎng)度并不相等。
圖 2. 方波
三角波 / 鋸齒波：在三角波中，電壓會(huì)隨著時(shí)間呈線性變化。它的信號(hào)邊沿稱為斜波，這是因?yàn)槠洳ㄐ螘?huì)斜升或斜降到某個(gè)電壓。由于鋸齒波前面或后面的信號(hào)沿會(huì)隨著時(shí)間產(chǎn)生線性的電壓響應(yīng)，所以看起來(lái)與三角波類似。但對(duì)面的信號(hào)沿幾乎是立即下降的。
圖 3. 三角波
圖 4. 鋸齒波
脈沖： 脈沖是指突然出現(xiàn)在固定電壓中的干擾，就像在一個(gè)房間中突然打開電燈，然后迅速熄滅電燈的情形。一連串的脈沖被稱為脈沖串。延續(xù)前面的比喻，這就好比不斷重復(fù)快速開燈與關(guān)燈的動(dòng)作一樣。脈沖是信號(hào)中常見的毛刺或錯(cuò)誤波形。如果信號(hào)只傳送一條信息，那么脈沖也可看作是一個(gè)波形。
圖 5. 脈沖
復(fù)合波
波形也可以是以上各種波形的混合。它們不一定要具備周期性，而且可以是非常復(fù)雜的波形。
波形基本特性如下：
幅度：在工程應(yīng)用中經(jīng)常使用的幅度定義主要有兩個(gè)。第一種通常稱為峰值幅度，定義為干擾信號(hào)的最大位移量。第二種是均方根(RMS)幅度。要計(jì)算波形的 RMS 電壓，必須將波形值平方并求出平均電壓，然后再求平方根。對(duì)正弦波來(lái)說(shuō)，RMS 幅度等于峰值幅度的 0.707 倍。
相移： 相移是指兩個(gè)其他條件都相同的波形之間的水平位移量，以度或弧度為單位。正弦波的周期以 360 度來(lái)表示。因此，如果兩個(gè)正弦波相差半個(gè)周期，那么它們的相對(duì)相移就是 180 度。
周期：波形的周期是指波形重復(fù)出現(xiàn)一次所花費(fèi)的時(shí)間，以秒為單位。
頻率：每個(gè)周期性波形都有一個(gè)頻率。頻率是指波形在一秒內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)(如果您使用 Hz 為單位)。頻率與周期互為倒數(shù)。
圖 6. 正弦波的峰值幅度和 RMS 幅度
圖 7 三角波的周期
模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的比較
模擬信號(hào)代表給定范圍內(nèi)的任意值。您不妨想象一下模擬時(shí)鐘，時(shí)針每隔 12 個(gè)小時(shí)旋轉(zhuǎn) 1 周。在此期間，時(shí)針一直不斷移動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)讀值跳動(dòng)或不連續(xù)的情形�，F(xiàn)在將它與數(shù)字時(shí)鐘比較一下。數(shù)字時(shí)鐘僅顯示小時(shí)和分鐘，因此是以分鐘作為間隔時(shí)間。它會(huì)一下子從 11:54 跳至 11:55。數(shù)字信號(hào)同樣具備離散和量化的特性。通常，離散信號(hào)具有兩個(gè)可能的值(高或低，1 或 0 等)，因此信號(hào)會(huì)在這兩個(gè)可能的值之間上下跳動(dòng)。
示波器的使用范圍
凡是需要測(cè)試或應(yīng)用電子信號(hào)的公司幾乎都會(huì)用到示波器。因此，示波器的應(yīng)用范圍極為廣泛：
– 汽車技術(shù)人員通過示波器來(lái)診斷汽車的電氣問題。
– 大學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用示波器向?qū)W生教授電子知識(shí)。
– 全球各地的研究組都擁有示波器。
– 手機(jī)制造商使用示波器來(lái)測(cè)試信號(hào)的完整性。
– 軍事和航空航天行業(yè)使用示波器來(lái)測(cè)試?yán)走_(dá)通信系統(tǒng)。
– 研發(fā)工程師使用示波器來(lái)測(cè)試和設(shè)計(jì)新的技術(shù)。
– 示波器也可用于一致性測(cè)試。例如，用于確保 USB 和 HDMI 的輸出符合某些標(biāo)準(zhǔn)。
示波器的用途十分廣泛，以上只是其中的幾種。它的確是一種功能強(qiáng)大的通用儀器。
