什么是示波器？

示波器是一種電子測試和測量儀器，以 X-Y 圖的形式以圖形方式顯示電信號。在這里，水平（X）表示時(shí)間，垂直（Y）軸表示電壓大小。因此，示波器本質(zhì)上顯示電信號電壓如何隨時(shí)間變化的圖表。因此，早期的示波器被稱為示波器。

萬用表也測量電信號的電壓，而示波器通過使用波形直觀地表示信號，將這種測量提升到一個(gè)新的水平。通過繪制此類波形，可以輕松解釋信號的基本屬性，例如幅度、頻率、周期、上升和下降時(shí)間等。

例如，如果您正在設(shè)計(jì) 12V 電源，萬用表只能顯示電源的輸出是否為 12V。另一方面，示波器可以顯示輸出功率的波形，您可以在其中分析噪聲、紋波、開關(guān)頻率等，并進(jìn)行任何改進(jìn)或校正。

示波器簡介

你還記得 CRT 電視嗎？那些笨重的電視機(jī)有一個(gè)陰極射線管，負(fù)責(zé)在屏幕上顯示圖像。事實(shí)上，費(fèi)迪南德·布勞恩在 1897 年開發(fā)第一臺示波器時(shí)在陰極射線管上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1899年，Jonathan Zenneck通過添加波束形成板并應(yīng)用線性水平偏轉(zhuǎn)場開發(fā)了第一臺示波器。

所有這些實(shí)驗(yàn)大多產(chǎn)生了實(shí)驗(yàn)室有用的設(shè)備，但在1931年，當(dāng)V. K. Zworykin博士發(fā)表了一篇關(guān)于CRT的論文，解決了熱陰極和真空的問題時(shí)，這種情況發(fā)生了變化。這最終導(dǎo)致通用無線電公司發(fā)布了第一臺基于 CRT 的便攜式示波器。

有趣的事實(shí)：由于最初的示波器是使用陰極射線管技術(shù)開發(fā)的，因此早期的示波器稱為陰極射線示波器或簡稱CRO。術(shù)語“CRO”成為一個(gè)流行的行業(yè)術(shù)語，即使在今天，許多高級工程師使用CRO作為示波器的代名詞，盡管大多數(shù)現(xiàn)代示波器都是帶有LCD顯示器的數(shù)字示波器。

半導(dǎo)體技術(shù)（處理器、存儲器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器）、LCD 顯示技術(shù)的發(fā)展以及 CRT 成本的增加使工程師們涉足數(shù)字示波器。大多數(shù)現(xiàn)代示波器被稱為數(shù)字存儲示波器 （DSO），因?yàn)樗鼈儾东@并存儲跡線以供重新調(diào)查。

示波器的類型

基本上，示波器有兩種類型。

• 模擬

• 數(shù)字

這種分類只有在 1990 年代數(shù)字存儲示波器開發(fā)后才變得重要。

什么是模擬示波器？

早期的CRO是模擬示波器。它們非常簡單，因?yàn)椴恍枰魏晤愋偷男盘柼幚?，并且電信號顯示為波形，就像使用高增益放大器一樣。

一個(gè)簡單的CRO由CRT（陰極射線管）、垂直和水平放大器、觸發(fā)單元、時(shí)基（掃描發(fā)生器）和電源組成。

什么是數(shù)字示波器？

模擬示波器和數(shù)字示波器之間的主要區(qū)別在于，在數(shù)字示波器中，模擬信號被捕獲并使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

使用數(shù)字示波器的優(yōu)點(diǎn)是可以輕松地將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲在數(shù)字存儲器中。這是數(shù)字存儲示波器或DSO的主要功能，其中捕獲部分跡線并可以在以后進(jìn)行分析。

在使用LCD顯示器之前，數(shù)字示波器仍然使用CRT來顯示信號。這種示波器需要一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換回模擬信號并顯示在CRT上。但是對于LCD顯示器，我們可以完全避免這一步，因?yàn)閿?shù)字信號可以直接顯示在LCD上（經(jīng)過一些轉(zhuǎn)換）。

數(shù)字示波器進(jìn)一步分為：

• 數(shù)字存儲示波器 （DSO）

• 混合信號示波器 （MSO）

• 數(shù)字熒光示波器 （DPO）

• 混合域示波器 （MDO）

• 數(shù)字采樣示波器

示波器如何工作？

現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了什么是示波器和兩種基本類型的示波器，現(xiàn)在讓我們嘗試了解示波器的工作原理。由于一般有模擬和數(shù)字示波器，我們將看到它們中的每一個(gè)是如何工作的。

模擬示波器

CRT 是所有模擬示波器的主要部分。如果我們能理解CRT的工作原理，那么我們就可以很容易地知道如何在CRT的屏幕上顯示波形。下圖顯示了在 CRT 上顯示波形所需的基本構(gòu)建基塊。

上框圖中的垂直部分負(fù)責(zé)將主圖像發(fā)送到CRT的垂直偏轉(zhuǎn)板。垂直部分放大或衰減輸入信號。水平部分負(fù)責(zé)電子束從左到右的運(yùn)動。觸發(fā)部分確定何時(shí)在CRT上繪制波形。

顯示系統(tǒng)

下圖顯示了模擬示波器的簡化顯示系統(tǒng)。框圖中的Z軸電路負(fù)責(zé)控制電子束的亮度。

立式系統(tǒng)

模擬示波器的基本形式由衰減器、前置放大器、延遲線和主放大器組成。下圖顯示了示波器的垂直系統(tǒng)框圖。

垂直系統(tǒng)的衰減器部分衰減輸入信號，還允許交流或直流耦合。前置放大器級負(fù)責(zé)改變信號的直流分量，因此，它允許改變走線的位置。垂直部分的延遲線可以顯示信號的開頭。

臥式系統(tǒng)

為了在示波器上正確顯示信號，垂直和水平系統(tǒng)同樣重要。雖然垂直系統(tǒng)負(fù)責(zé)信號的幅度部分，但水平系統(tǒng)帶來了 2德·維度，即信號的時(shí)間方面。

水平系統(tǒng)向水平板提供偏轉(zhuǎn)電壓，以水平移動電子束。為此，掃描發(fā)生器電路生成鋸齒（或斜坡）信號以控制光束的掃描速率。

下圖顯示了示波器水平系統(tǒng)的框圖。鋸齒或斜坡信號線性上升，可以測量兩個(gè)事件之間的時(shí)間。掃描發(fā)生器經(jīng)過及時(shí)校準(zhǔn)，因此也稱為時(shí)基。

除了時(shí)基，前面的Z軸控制系統(tǒng)也是水平系統(tǒng)的一部分。

觸發(fā)系統(tǒng)

示波器的最后一個(gè)重要部分是觸發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)確定示波器在屏幕上繪制波形的時(shí)間。

CRT的屏幕內(nèi)部涂有磷，因此當(dāng)電子撞擊它時(shí)，屏幕會發(fā)光。水平系統(tǒng)負(fù)責(zé)將光束從左向右移動。當(dāng)它到達(dá)屏幕的最右側(cè)時(shí)，它會迅速返回左側(cè)以再次啟動該過程。此過程稱為掃描（或跟蹤或掃描）。

垂直系統(tǒng)負(fù)責(zé)垂直移動光束。示波器的觸發(fā)系統(tǒng)確保波形的跟蹤始終從屏幕上的同一點(diǎn)開始。

數(shù)字示波器

讓我們以帶有CRT的數(shù)字示波器為參考來了解其工作原理。下圖顯示了帶有 CRT 顯示屏的典型數(shù)字示波器的簡化框圖。

主要區(qū)別在于示波器的垂直系統(tǒng)。因此，讓我們只關(guān)注這一點(diǎn)，因?yàn)槭Ｓ嗟墓ぷ鲗⑴c模擬示波器的工作相似。

在衰減和前置放大器級之后，使用ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。然后將數(shù)字信號提供給處理單元，該處理單元執(zhí)行一些信號處理（計(jì)算基本參數(shù)，將其存儲在存儲器中等）。為了在CRT上顯示信號，必須在數(shù)模轉(zhuǎn)換器的幫助下將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換回模擬信號。

我們在本文中介紹了示波器的介紹性指南。我們了解了什么是示波器，示波器有哪些不同類型，示波器的基本組件以及模擬和數(shù)字示波器的工作原理，示波器領(lǐng)域還有很多值得探索的地方。