目錄

第一問(wèn)：示波器的波形代表什么意義？

第二問(wèn)：示波器的波形區(qū)的網(wǎng)格代表什么？

第三問(wèn)：如何進(jìn)行示波器的探針補(bǔ)償？

第四問(wèn)： 從“自動(dòng)”談起，示波器是如何設(shè)置的？

第五問(wèn)： 示波器設(shè)置——垂直幅度、水平時(shí)間

第六問(wèn)： 示波器設(shè)置——穩(wěn)定波形

第七問(wèn)： 示波器三大關(guān)鍵指標(biāo)——帶寬

第八問(wèn)： 示波器三大關(guān)鍵指標(biāo)——采樣率

第九問(wèn)： 示波器三大關(guān)鍵指標(biāo)——存儲(chǔ)深度

第十問(wèn)：如何理解示波器的“波形刷新率”

第一問(wèn)：示波器的波形代表什么意義？

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

垂直坐標(biāo)比較好理解，就是電壓的大小。水平坐標(biāo)代表時(shí)間，有很多人被繞了進(jìn)去，但是只要注意以下一點(diǎn)就可以了：

注意：示波器是一個(gè)實(shí)時(shí)工具，示波器顯示的，就是當(dāng)前時(shí)刻正在發(fā)生的。

為什么要強(qiáng)調(diào)這個(gè)問(wèn)題呢？因?yàn)樵?jīng)有人問(wèn)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(shè)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(shè)置的水平坐標(biāo)長(zhǎng)度就是十幾秒。他認(rèn)為這十幾秒只是信號(hào)的特征，和真實(shí)時(shí)間沒有關(guān)系。

第二問(wèn)：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(shí)間，如圖所示，當(dāng)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(dāng)前垂直方向每格是500mV,方波幅值為4格，即2V。

第三問(wèn)：如何進(jìn)行示波器的探針補(bǔ)償？

測(cè)量一個(gè)1KHz的標(biāo)準(zhǔn)方波（示波器一般會(huì)自己輸出這個(gè)信號(hào)），正常的顯示如下：

如果出現(xiàn)以下這兩種情況，需要進(jìn)行探針補(bǔ)償：

調(diào)節(jié)探針補(bǔ)償?shù)奈恢茫缦聢D所示：

調(diào)試時(shí)注意事項(xiàng)：

1、必須用無(wú)感螺絲刀（非金屬 非導(dǎo)電 非導(dǎo)磁），一般探針里有配該工具；

2、X1探針無(wú)需補(bǔ)償,也不能補(bǔ)償；

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

第四問(wèn)： 從“自動(dòng)”談起，示波器是如何設(shè)置的？

當(dāng)我們要測(cè)試一個(gè)信號(hào)時(shí)，最簡(jiǎn)單的測(cè)試辦法，就是點(diǎn)一下示波器上的“Auto”，不同的示波器這個(gè)按鍵的名稱有一些差異，例如“AutoSet”、“自動(dòng)”、“自動(dòng)設(shè)置”等等。

注意事項(xiàng)：一定要先把探針接到信號(hào)上再按“自動(dòng)”按鍵。

按下“自動(dòng)”按鍵以后，示波器會(huì)根據(jù)信號(hào)的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，讓信號(hào)波形以合適的幅度和 時(shí)基穩(wěn)定顯示在屏幕上。

由這里我們可以知道 示波器的 設(shè)置 包含了三個(gè)部分：

垂直幅度設(shè)置、水平時(shí)間設(shè)置、穩(wěn)定波形

接下來(lái)我們將逐個(gè)介紹。

第五問(wèn)： 示波器設(shè)置——垂直幅度、水平時(shí)間

垂直幅度：

信號(hào)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(guò)小，信號(hào)波形會(huì)超出屏幕，不能完整顯示；垂直檔位過(guò)大，不僅看不清楚信號(hào)的細(xì)節(jié)，看起來(lái)也不舒服；

水平時(shí)間：

信號(hào)必須以合適的時(shí)基（即水平方向上的時(shí)間長(zhǎng)度）顯示在屏幕上。如果時(shí)基檔位過(guò)小，信號(hào)波形被拉伸的太開，也看不了完整的周期。時(shí)基檔位過(guò)大的話，信號(hào)波形被壓縮在一起看不了細(xì)節(jié)。

第六問(wèn)： 示波器設(shè)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(gè)預(yù)設(shè)的條件，示波器才會(huì) 捕獲一條波形，這個(gè)根據(jù)條件捕獲波形的動(dòng)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(shí)候，會(huì)隨機(jī)抓取信號(hào)（自動(dòng)模式）并生成圖像，由于信號(hào)是連續(xù)不斷的，隨機(jī)抓取的位置并無(wú)規(guī)律，這些靜態(tài)的圖像逐個(gè)顯示，就像放電影一樣，組合在一起就形成了動(dòng)態(tài)的顯示，最終在屏幕上的效果就是看到波形來(lái)回滾動(dòng)，如下圖所示：

我們?cè)O(shè)定一個(gè)條件，用一個(gè)直流電平作為參考，當(dāng)信號(hào)的電壓大于直流電平的一瞬間作為抓取信號(hào)的起始點(diǎn)，如下圖所示，紅色細(xì)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(hào)的過(guò)直流電平的瞬間抓取的，所以每次抓取的信號(hào)相位一樣，連續(xù)顯示的時(shí)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(shè)定的條件下抓取波形，而不是隨機(jī)抓取。

第七問(wèn)： 示波器三大關(guān)鍵指標(biāo)——帶寬

帶寬是示波器的基本指標(biāo)，和放大器的帶寬一樣，是所謂的-3dB點(diǎn)，即：

在示波器的輸入端加正弦波，幅度衰減為實(shí)際幅度的70.7%時(shí)的頻率點(diǎn)稱為帶寬。

也就是說(shuō)用100MHz帶寬的示波器測(cè)量 幅值為1V 頻率為100MHz 的正弦波，實(shí)際得到的幅值會(huì)不小于0.707V。

理解了這樣的含義，我們也可以得到 上升時(shí)間和帶寬 的關(guān)系，即：

上升時(shí)間= 0.35/帶寬。

下圖是示波器帶寬對(duì)方波測(cè)試的影響，對(duì)比比較直接

第八問(wèn)： 示波器三大關(guān)鍵指標(biāo)——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(shí)間內(nèi)將模擬電平轉(zhuǎn)換成離散的采樣點(diǎn)的速率，我們常見的采樣率1GSa/S就表示 每秒采樣1G個(gè)點(diǎn)，其中Sa是Samples的縮寫。采樣的過(guò)程如下圖所示：

理解了采樣的過(guò)程和定義，那么采樣率對(duì)示波器測(cè)量會(huì)有哪些影響呢？

我們比較常見的奈奎斯特采樣定理：當(dāng)對(duì)一個(gè)最高頻率為f的有限信號(hào)進(jìn)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(lái)的信號(hào)，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(lái)模擬這個(gè)采樣過(guò)程：

很顯然我們可以看到，兩倍的采樣率下得到波形還是嚴(yán)重失真，這對(duì)于示波器來(lái)說(shuō)，還原波形是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，那對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，如何選擇合適的采樣率呢？這里有兩個(gè)條件可以供大家參考：

1、 帶寬為所測(cè)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(gè)概念：最高采樣率VS實(shí)時(shí)采樣率

一般來(lái)說(shuō)，示波器的采樣率指標(biāo)都是指的這臺(tái)示波器工作時(shí)能夠達(dá)到的最高采樣率。但是實(shí)際上示波器的“實(shí)時(shí)采樣率”受到存儲(chǔ)深度的限制，可能會(huì)隨著示波器采樣時(shí)間的增加，采樣率會(huì)被迫下降，這里就需要講到下一個(gè)指標(biāo)：存儲(chǔ)深度。

第九問(wèn)： 示波器三大關(guān)鍵指標(biāo)——存儲(chǔ)深度

什么是示波器的存儲(chǔ)深度？

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

其實(shí)示波器的存儲(chǔ)深度是指示波器在屏幕上顯示一條波形時(shí)，其波形的數(shù)據(jù)個(gè)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(diǎn)組成的，所有采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，就是存儲(chǔ)深度。假如一個(gè)示波器顯示的存儲(chǔ)深度是10Mpts，表示該示波器的一條波形是由10M（一千萬(wàn)）個(gè)采樣點(diǎn)組成的，pts是points的縮寫。

另外示波器有一個(gè)重要的關(guān)系式： 存儲(chǔ)深度=采樣率 × 采樣時(shí)間

我們用一張圖來(lái)表示他們的關(guān)系：

理解了這個(gè)關(guān)系式，那么存儲(chǔ)深度對(duì)測(cè)量會(huì)有哪些影響呢，我們通過(guò)一個(gè)對(duì)比來(lái)體現(xiàn)：

首先，我們給示波器加上一個(gè) 頻率為1KHz，幅值為2V的方波

用28M存儲(chǔ)深度的示波器，截取一屏14S的信號(hào)

放大2000倍，依然還是方波

用28K存儲(chǔ)深度的示波器，截取一屏14S的信號(hào)

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(chǔ)深度越大，保存的波形可以看到更多的細(xì)節(jié)。

第十問(wèn)：如何理解示波器的“波形刷新率”

很多時(shí)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?！保憔涂赡芗{悶了，我的采樣率這么高，為什么抓不到故障波形呢。其實(shí)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(gè)給波形拍照的錄像機(jī)。波形是連續(xù)的，時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生，而錄像機(jī)拍攝的只是圖片，是瞬間。哪怕機(jī)器一秒鐘能拍一百萬(wàn)次，但是兩次拍攝之間還是會(huì)漏掉一些波形，我們?yōu)榱丝吹礁咏鎸?shí)的波形，就要求一秒鐘內(nèi)拍攝更多的照片，這樣才會(huì)更有可能看到百萬(wàn)分之一概率的異常信號(hào)。

原理化：示波器從采集信號(hào)到屏幕上顯示出信號(hào)波形的過(guò)程，是由若干個(gè)捕獲周期組成的。一個(gè)捕獲周期包括采樣時(shí)間和死區(qū)時(shí)間，模擬信號(hào)通過(guò)ADC采樣量化變轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)同時(shí)存儲(chǔ)，整個(gè)采樣存儲(chǔ)過(guò)程的時(shí)間稱為采樣時(shí)間。示波器必須對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量運(yùn)算顯示等處理，才能開始下一次的采樣，這段時(shí)間稱為死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間內(nèi)，示波器并沒有進(jìn)行波形采集。當(dāng)一個(gè)捕獲周期完成就會(huì)進(jìn)入下一個(gè)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(shí)間一般都會(huì)很長(zhǎng)，而有效捕獲時(shí)間占不到一個(gè)捕獲周期的1%，也就意味著99%的時(shí)間內(nèi)示波器是不捕獲的，二是在做運(yùn)算。

總結(jié)：示波器刷新率越高，越有利于我們觀察到信號(hào)中的異常成分。