了解这几个点轻松玩转示波器！

2024-03-20 942

示波器是一种电子测量仪器，用于显示电压随时间变化的波形图像。它通常由屏幕、控制按钮、输入接口和触发电路等部分组成。示波器可分为模拟示波器和数字示波器两种类型，数字示波器在现代电子工程中得到广泛应用。在电子工程领域，示波器是一种不可或缺的工具，能够帮助工程师观察、分析和测量各种电信号。通过熟练掌握示波器的使用技巧和方法，工程师可以更好地理解电路运行情况，解决问题并提升自己的专业水平。本文将介绍示波器的一些基本概念，以及如何使用示波器实现基本的测量。

什么是示波器？

“示波器是一种电子测量装置，它可以显示电压随时间的函数图。这使用户能够同时观察电压和时间的变化。许多示波器可以在其屏幕上显示多个电压信号，这使我们具有比较这些信号行为的能力。”

DigiKey示波器

上图，我们可以看到两个观察结果:

波形的峰对峰电压可以沿着纵轴测量。它是五个主要分区，垂直增益设置为200mv /分区(见黄色箭头)，这给出了1伏峰对峰的信号幅度。
横轴为时间，范围设置为200μs/分频(见白色箭头)。正弦波的一个周期跨越五个主要部分，所以周期是1毫秒，这意味着频率是1千赫。(这个特殊的示波器有一个计数器，在右上角显示信号的频率。)

示波器常用的功能：

测量电压、电压差和时间间隔。
测量重复信号的频率。
比较两个或多个随时间变化的信号，并查看它们之间的关系(例如，一个波形上的特定特征是在另一个波形上的特征之前还是之后出现)。
捕捉瞬变，故障等特别的行为。
测量波形的直流和交流部分。
测量波形的各种特性，如峰对峰电压、均方根电压、周期、上升时间、下降时间等。
检查信号上的噪声，以及修改电路或电缆如何改变信号噪音。
通过直观地比较电路的输入和输出波形来寻找电路中的失真——或者使用示波器将它们相减并查看数学差异。

符号的解释

符号	含义
G	千兆
Hz	频率单位
k	千
m	毫
M	兆
n	纳
p	皮
s	秒
S /div	秒/格（division），示波器的时基设置(即扫描速度)
V/div	V/格（division），示波器垂直放大器的垂直增益
Vpp	峰对峰电压(V)
Vrms	RMS(均方根)电压(V)
Ω	欧姆
μ	微

读取示波器基本信息

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。

计算格数的方法似乎有些原始，但它是进行基本测量的非常快捷的方法。

示波器探头

探头分为很多类型，包括：高阻抗无源、低电容、单端有源、差分有源、高电压和电流探头。其中，无源探头很常见。

实际测量信号，有可能会很大，超出了示波器的输入阈值。这时就需要一个带有衰减器的探头，比如常见的 10X探头，可以使输入信号衰减10倍。

Digilent 的 460-004 示波器探头 1X/ 100X

还有一种1X/10X探头也很受欢迎，因为它们在探头体内包含一个开关，可以让您在1X位置，10X位置和输入线连接到地线的位置之间切换。然而，1X/10X探头的一个缺点是：当您需要它处于10X位置时，您可能会意外地将它留在1X位置。这可能导致定性和定量测量误差，因为衰减不是您所期望的，频率响应与10X位置的频率响应有很大不同。

示波器通常提供 50 Ω 或 1 MΩ 的输入端口。50Ω 端口通常与匹配的同轴电缆配合使用，以连接到带 50 Ω 电流源的电路元件。

使用 1 MΩ 输入端接来连接电路时，源阻抗更高。这种连接可以通过多种方式实现，包括直接使用电缆或 X1 探头，或者使用高阻抗探头。

DigiKey示波器探头

探头连接

将探头上的开关设为1X，将探头连接到示波器上的通道1。要做到这一点，将探头连接器中的槽与CH 1 BNC上的键对齐，推动连接，并向右扭转以将探头锁定到位。将探头尖端和参考导线连接到probe COMP连接器上。

高阻抗探头的低频率补偿

高阻抗探头通过低频率补偿过程，与它们连接到的通道相匹配。对于这个过程，所有示波器都提供低频率方波，一般频率为 1 kHz，通常称为 CAL 输出。要利用这项功能，请首先将探头连接到所需的通道，然后将探头尖端连接到 CAL 输出端。触发示波器并在屏幕上查看选定通道轨迹。使用调节工具，在探头连接器盒中更改补偿调节，以获取方波轨迹上的方角，如中间的轨迹所示。