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作者： Alan Yang

標簽 [工程] [通用][診斷][評估/開發工具][測試 - 工具和其它產品]

[ 示波器 ]是電子工程領域中不可或缺的工具。通過掌握示波器的使用技巧和方法，工程師可以更好地應對各種挑戰，提升自己的工作能力和專業水平。我們經常在設計研發過程中使用到示波器。本文將介紹示波器的一些基本概念，以及如何使用示波器實現基本的測量。

什么是示波器？

“示波器是一種電子測量裝置，它可以顯示電壓隨時間的函數圖。這使用戶能夠同時觀察電壓和時間的變化。許多示波器可以在其屏幕上顯示多個電壓信號，這使我們具有比較這些信號行為的能力。”

[ DigiKey示波器 ]

DigiKey示波器

上圖，我們可以看到兩個觀察結果:

波形的峰對峰電壓可以沿著縱軸測量。它是五個主要分區，垂直增益設置為200mv /分區(見黃色箭頭)，這給出了1伏峰對峰的信號幅度。
橫軸為時間，范圍設置為200μs/分頻(見白色箭頭)。正弦波的一個周期跨越五個主要部分，所以周期是1毫秒，這意味著頻率是1千赫。 (這個特殊的示波器有一個計數器，在右上角顯示信號的頻率。)

l示波器常用的功能：

測量電壓、電壓差和時間間隔。
測量重復信號的頻率。
比較兩個或多個隨時間變化的信號，并查看它們之間的關系(例如，一個波形上的特定特征是在另一個波形上的特征之前還是之后出現)。
捕捉瞬變，故障等特別的行為。
測量波形的直流和交流部分。
測量波形的各種特性，如峰對峰電壓、均方根電壓、周期、上升時間、下降時間等。
檢查信號上的噪聲，以及修改電路或電纜如何改變信號噪音。
通過直觀地比較電路的輸入和輸出波形來尋找電路中的失真——或者使用示波器將它們相減并查看數學差異。

符號的解釋

讀取示波器基本信息

信號與波形

就示波器而言，“信號”一詞是指可能隨時間變化的電壓。其中一個區別是信號是否具有周期性。周期性意味著信號在不同的間隔內重復地取相同的一組值。正弦波是周期性波形的一個例子。讓我們來看看它的一些特征:

正弦波

非正弦波形

A - 方波

B - 脈沖波

C - 三角波

D - 斜波（也叫鋸齒波）

E - 整流正弦波

F - 平方根波（振幅與波周期開始時間的平方根成正比）

屏幕格線

最原始的測量技術是使用屏幕上的格線和計算格數。

舉例

[Teledyne]的[HDO4104A]

下圖顯示了五個周期的正弦波

五個周期的正弦波

正弦波軌跡在垂直方向上覆蓋六格，乘以每格 50 毫伏 (mV) 的垂直比例系數（見通道 1 描述符方框），即可算出正弦波振幅為 300 mV（峰峰值）。同樣，正弦波的周期覆蓋了兩個水平的柵格，時基描述符方框中的每格為 100 納秒 (ns)，因而周期為 200 ns。

計算格數的方法似乎有些原始，但它是進行基本測量的非常快捷的方法。

更多內容，請參考：

[在示波器上進行快速、精確、完整的波形測量]

示波器探頭

[ 探頭 ]分為很多類型，包括：高阻抗無源、低電容、單端有源、差分有源、高電壓和電流探頭。其中，無源探頭很常見。

實際測量信號，有可能會很大，超出了示波器的輸入閾值。這時就需要一個帶有衰減器的探頭，比如常見的[10X探頭]，可以使輸入信號衰減10倍。

[Digilent] 的 [460-004]示波器探頭 1X/ 100X

還有一種[1X/10X探頭]也很受歡迎，因為它們在探頭體內包含一個開關，可以讓您在1X位置，10X位置和輸入線連接到地線的位置之間切換。然而，1X/10X探頭的一個缺點是：當您需要它處于10X位置時，您可能會意外地將它留在1X位置。這可能導致定性和定量測量誤差，因為衰減不是您所期望的，頻率響應與10X位置的頻率響應有很大不同。

示波器通常提供 50 Ω 或 1 MΩ 的輸入端口。50 Ω 端口通常與匹配的同軸電纜配合使用，以連接到帶 50 Ω 電流源的電路元件。

使用 1 MΩ 輸入端接來連接電路時，源阻抗更高

使用 1 MΩ 輸入端接來連接電路時，源阻抗更高。這種連接可以通過多種方式實現，包括直接使用電纜或 [X1 探頭]，或者使用高阻抗探頭。

DigiKey

[ 示波器探頭 ]* 探頭連接

將探頭上的開關設為1X，將探頭連接到示波器上的通道1。要做到這一點，將探頭連接器中的槽與CH 1 BNC上的鍵對齊，推動連接，并向右扭轉以將探頭鎖定到位。將探頭尖端和參考導線連接到probe COMP連接器上。

探頭連接

高阻抗探頭的低頻率補償

高阻抗探頭通過低頻率補償過程，與它們連接到的通道相匹配。對于這個過程，所有示波器都提供低頻率方波，一般頻率為 1 kHz，通常稱為 CAL 輸出。要利用這項功能，請首先將探頭連接到所需的通道，然后將探頭尖端連接到 CAL 輸出端。觸發示波器并在屏幕上查看選定通道軌跡。使用調節工具，在探頭連接器盒中更改補償調節，以獲取方波軌跡上的方角，如中間的軌跡所示。

高阻抗探頭的低頻率補償