目錄

第一問：示波器的波形代表什么意義？

第二問：示波器的波形區(qū)的網(wǎng)格代表什么？

第三問：如何進行示波器的探針補償？

第四問： 從“自動”談起，示波器是如何設置的？

第五問： 示波器設置——垂直幅度、水平時間

第六問： 示波器設置——穩(wěn)定波形

第七問： 示波器三大關(guān)鍵指標——帶寬

第八問： 示波器三大關(guān)鍵指標——采樣率

第九問： 示波器三大關(guān)鍵指標——存儲深度

第十問：如何理解示波器的“波形刷新率”

第一問：示波器的波形代表什么意義？

一句話概括：水平坐標代表時間，垂直坐標代表電壓（一般是電壓），電壓隨時間變化的曲線就是示波器顯示的波形。

垂直坐標比較好理解，就是電壓的大小。水平坐標代表時間，有很多人被繞了進去，但是只要注意以下一點就可以了：

注意：示波器是一個實時工具，示波器顯示的，就是當前時刻正在發(fā)生的。

為什么要強調(diào)這個問題呢？因為曾經(jīng)有人問我：我的示波器怎么這么慢，顯示一條波形要等十幾秒鐘，作為電子設備，顯示一條波形不是一瞬間的事么？我一看，可不要十幾秒么，他設置的水平坐標長度就是十幾秒。他認為這十幾秒只是信號的特征，和真實時間沒有關(guān)系。

第二問：示波器的波形區(qū)的網(wǎng)格代表什么？

示波器波形區(qū)水平方向網(wǎng)格代表時間，如圖所示，當前水平方向每格是200us，方波周期為5格，即1ms，則該方波頻率為1KHz;

示波器波形區(qū)垂直方向網(wǎng)格代表電壓，如圖所示，當前垂直方向每格是500mV,方波幅值為4格，即2V。

第三問：如何進行示波器的探針補償？

測量一個1KHz的標準方波（示波器一般會自己輸出這個信號），正常的顯示如下：

如果出現(xiàn)以下這兩種情況，需要進行探針補償：

調(diào)節(jié)探針補償?shù)奈恢茫缦聢D所示：

調(diào)試時注意事項：

1、必須用無感螺絲刀（非金屬 非導電 非導磁），一般探針里有配該工具；

2、X1探針無需補償,也不能補償；

3、調(diào)節(jié)的元件是一個可調(diào)電容，部分探針不能進行360°旋轉(zhuǎn)，因此不要太用力。

第四問： 從“自動”談起，示波器是如何設置的？

當我們要測試一個信號時，最簡單的測試辦法，就是點一下示波器上的“Auto”，不同的示波器這個按鍵的名稱有一些差異，例如“AutoSet”、“自動”、“自動設置”等等。

注意事項：一定要先把探針接到信號上再按“自動”按鍵。

按下“自動”按鍵以后，示波器會根據(jù)信號的參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)，讓信號波形以合適的幅度和 時基穩(wěn)定顯示在屏幕上。

由這里我們可以知道 示波器的 設置 包含了三個部分：

垂直幅度設置、水平時間設置、穩(wěn)定波形

接下來我們將逐個介紹。

第五問： 示波器設置——垂直幅度、水平時間

垂直幅度：

信號必須以合適的幅度（即垂直方向的大小）顯示在屏幕上。垂直檔位過小，信號波形會超出屏幕，不能完整顯示；垂直檔位過大，不僅看不清楚信號的細節(jié)，看起來也不舒服；

水平時間：

信號必須以合適的時基（即水平方向上的時間長度）顯示在屏幕上。如果時基檔位過小，信號波形被拉伸的太開，也看不了完整的周期。時基檔位過大的話，信號波形被壓縮在一起看不了細節(jié)。

第六問： 示波器設置——穩(wěn)定波形

穩(wěn)定波形，專業(yè)上講就是觸發(fā)。

只有滿足一個預設的條件，示波器才會 捕獲一條波形，這個根據(jù)條件捕獲波形的動作就是觸發(fā)。

為什么要觸發(fā)呢？

如下圖，示波器沒有觸發(fā)的時候，會隨機抓取信號（自動模式）并生成圖像，由于信號是連續(xù)不斷的，隨機抓取的位置并無規(guī)律，這些靜態(tài)的圖像逐個顯示，就像放電影一樣，組合在一起就形成了動態(tài)的顯示，最終在屏幕上的效果就是看到波形來回滾動，如下圖所示：

我們設定一個條件，用一個直流電平作為參考，當信號的電壓大于直流電平的一瞬間作為抓取信號的起始點，如下圖所示，紅色細線就是參考的直流電平，由于每次抓取圖像的位置是有規(guī)律的，都是在信號的過直流電平的瞬間抓取的，所以每次抓取的信號相位一樣，連續(xù)顯示的時候完全重疊，看上去就是一條穩(wěn)定的波形。

這就是觸發(fā)最本質(zhì)的意義：在設定的條件下抓取波形，而不是隨機抓取。

第七問： 示波器三大關(guān)鍵指標——帶寬

帶寬是示波器的基本指標，和放大器的帶寬一樣，是所謂的-3dB點，即：

在示波器的輸入端加正弦波，幅度衰減為實際幅度的70.7%時的頻率點稱為帶寬。

也就是說用100MHz帶寬的示波器測量 幅值為1V 頻率為100MHz 的正弦波，實際得到的幅值會不小于0.707V。

理解了這樣的含義，我們也可以得到 上升時間和帶寬 的關(guān)系，即：

上升時間= 0.35/帶寬。

下圖是示波器帶寬對方波測試的影響，對比比較直接

第八問： 示波器三大關(guān)鍵指標——采樣率

示波器的“采樣率”，顧名思義就是“采樣的速率“，也就是單位時間內(nèi)將模擬電平轉(zhuǎn)換成離散的采樣點的速率，我們常見的采樣率1GSa/S就表示 每秒采樣1G個點，其中Sa是Samples的縮寫。采樣的過程如下圖所示：

理解了采樣的過程和定義，那么采樣率對示波器測量會有哪些影響呢？

我們比較常見的奈奎斯特采樣定理：當對一個最高頻率為f的有限信號進行采樣，采樣率SF必須大于f的2倍以上才能從采樣值完全重構(gòu)原來的信號，這里f稱為奈奎斯特頻率，2f成為奈奎斯特采樣率，下面用正弦波為例來模擬這個采樣過程：

很顯然我們可以看到，兩倍的采樣率下得到波形還是嚴重失真，這對于示波器來說，還原波形是遠遠不夠的，那對于我們來說，如何選擇合適的采樣率呢？這里有兩個條件可以供大家參考：

1、 帶寬為所測方波最大頻率的五倍；

2、采樣率為帶寬的10倍。

講到這里，我們需要還提一下這個概念：最高采樣率VS實時采樣率

一般來說，示波器的采樣率指標都是指的這臺示波器工作時能夠達到的最高采樣率。但是實際上示波器的“實時采樣率”受到存儲深度的限制，可能會隨著示波器采樣時間的增加，采樣率會被迫下降，這里就需要講到下一個指標：存儲深度。

第九問： 示波器三大關(guān)鍵指標——存儲深度

什么是示波器的存儲深度？

是示波器中所采用存儲器的最大容量嗎？還是示波器能夠記錄數(shù)據(jù)的長度？ 這是一個很多人都容易誤解的概念。

其實示波器的存儲深度是指示波器在屏幕上顯示一條波形時，其波形的數(shù)據(jù)個數(shù)。我們看到的示波器屏幕上顯示的波形，是由很多采樣點組成的，所有采樣點的個數(shù)，就是存儲深度。假如一個示波器顯示的存儲深度是10Mpts，表示該示波器的一條波形是由10M（一千萬）個采樣點組成的，pts是points的縮寫。

另外示波器有一個重要的關(guān)系式： 存儲深度=采樣率 × 采樣時間

我們用一張圖來表示他們的關(guān)系：

理解了這個關(guān)系式，那么存儲深度對測量會有哪些影響呢，我們通過一個對比來體現(xiàn)：

首先，我們給示波器加上一個 頻率為1KHz，幅值為2V的方波

用28M存儲深度的示波器，截取一屏14S的信號

放大2000倍，依然還是方波

用28K存儲深度的示波器，截取一屏14S的信號

同樣放大2000倍，得到的波形已經(jīng)失真。

總結(jié)：示波器的存儲深度越大，保存的波形可以看到更多的細節(jié)。

第十問：如何理解示波器的“波形刷新率”

很多時候電路明明有小概率的故障，但是接到示波器上看波形卻完全“正常”，你就可能納悶了，我的采樣率這么高，為什么抓不到故障波形呢。其實這里不是示波器的采樣率不夠，而是示波器的波形刷新率不夠。

如何理解示波器的波形刷新率？

形象化：我們把示波器比作一個給波形拍照的錄像機。波形是連續(xù)的，時時刻刻都在發(fā)生，而錄像機拍攝的只是圖片，是瞬間。哪怕機器一秒鐘能拍一百萬次，但是兩次拍攝之間還是會漏掉一些波形，我們?yōu)榱丝吹礁咏鎸嵉牟ㄐ危鸵笠幻腌妰?nèi)拍攝更多的照片，這樣才會更有可能看到百萬分之一概率的異常信號。

原理化：示波器從采集信號到屏幕上顯示出信號波形的過程，是由若干個捕獲周期組成的。一個捕獲周期包括采樣時間和死區(qū)時間，模擬信號通過ADC采樣量化變轉(zhuǎn)為數(shù)字信號同時存儲，整個采樣存儲過程的時間稱為采樣時間。示波器必須對存儲的數(shù)據(jù)進行測量運算顯示等處理，才能開始下一次的采樣，這段時間稱為死區(qū)時間。死區(qū)時間內(nèi)，示波器并沒有進行波形采集。當一個捕獲周期完成就會進入下一個捕獲周期。捕獲周期的倒數(shù)就是波形刷新率，示意圖如下所示：

所以我們可以看出：刷新率比較低的示波器，死區(qū)時間一般都會很長，而有效捕獲時間占不到一個捕獲周期的1%，也就意味著99%的時間內(nèi)示波器是不捕獲的，二是在做運算。

總結(jié)：示波器刷新率越高，越有利于我們觀察到信號中的異常成分。