在電子工程師和技術(shù)人員要用到的全部測(cè)試設(shè)備中，最有用的無(wú)疑就是示波器。示波器的功能強(qiáng)大，可以幫助電子工程師和技術(shù)人員快速、準(zhǔn)確地捕獲隨時(shí)間變化的電壓（或電流等其他參數(shù)）測(cè)量值，而實(shí)驗(yàn)室中的任何其他設(shè)備都無(wú)法輕松完成這樣的測(cè)量。
示波器是廣泛用于制造業(yè)、電路設(shè)計(jì)等行業(yè)，對(duì)于故障排除，信號(hào)完整性以及簡(jiǎn)單了解電子電路工作原理的基本必備工具。
盡管現(xiàn)代的示波器的整個(gè)按鍵，旋鈕，探針以及相關(guān)的探頭配件和彩色顯示屏看起來(lái)讓人感覺(jué)很復(fù)雜， 令想要學(xué)習(xí)的人感到退縮。但實(shí)際上，千萬(wàn)不要讓示波器的復(fù)雜外觀嚇到了，只要掌握一些基本的技巧，它是一種非常簡(jiǎn)單易用的設(shè)備。而且目前先進(jìn)的示波器還會(huì)帶有全觸控功能，意味著所有的原始復(fù)雜的按鍵旋鈕操作，都可以被觸屏操作所取代。如果您經(jīng)歷過(guò)早期的按鍵手機(jī)和現(xiàn)在的智能手機(jī)，您就能很快理解觸屏的優(yōu)勢(shì)。
成為示波器行家的關(guān)鍵，首先是了解示波器的基礎(chǔ)知識(shí)，然后再利用該基礎(chǔ)知識(shí)去拓展學(xué)習(xí)。以下簡(jiǎn)短文將在這些方面介紹，一些新用戶(hù)在示波器基本使用方面遇到的一些關(guān)鍵點(diǎn)和常見(jiàn)問(wèn)題。這將幫助我們快速的了解示波器，找到正確的學(xué)習(xí)方向。隨著學(xué)習(xí)時(shí)間的拉長(zhǎng)，使用示波器到達(dá)一定時(shí)間后，我們幾乎可以進(jìn)行任何測(cè)量，最終在測(cè)試領(lǐng)域變得更加熟練和專(zhuān)業(yè)。
為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文僅以麥科信STO1104C這款帶全觸控和安卓系統(tǒng)的智能示波器為例來(lái)介紹，對(duì)于老式傳統(tǒng)的模擬示波器，隨著時(shí)代的進(jìn)步已經(jīng)被明顯的淘汰，也就不再?gòu)?fù)述。
接地與安全
在了解示波器的基礎(chǔ)知識(shí)之前，我們先了解示波器適當(dāng)?shù)慕拥睾桶踩�，以避免人身傷害以及損毀示波器或與示波器連接的任何配件。探頭不正確的連接會(huì)形成電流通路，從而損壞探頭。為避免電擊，必須將示波器通過(guò)接地導(dǎo)線(xiàn)與大地相連。簡(jiǎn)而言之，探頭金屬部分連接到示波器是直接通過(guò)示波器的電源線(xiàn)與安全接地相連。
您可以使用歐姆表自己嘗試更改連接。這是一種低阻抗連接方式，當(dāng)被測(cè)電路也連接到大地時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)環(huán)路，并且非常低的阻抗會(huì)導(dǎo)致電路中的電流過(guò)大。探頭的接地導(dǎo)線(xiàn)的電流承載能力迅速超過(guò)其額定值，導(dǎo)線(xiàn)突然斷開(kāi)，您可能會(huì)聽(tīng)到一聲巨響！
解決此問(wèn)題的最佳方法是通過(guò)隔離被測(cè)電路或隔離示波器接地來(lái)斷開(kāi)接地環(huán)路。如果示波器的安全接地失效，最好的選擇是確保被測(cè)電路未與地面安全接地相連。使用隔離示波器或差分探頭，或選擇使用隔離電源或電池為測(cè)試電路供電。使用USB連接器之類(lèi)的東西給被測(cè)電路供電時(shí)要小心，因?yàn)檫@類(lèi)設(shè)備通常不與地面隔離，并且仍然會(huì)遇到接地回路的問(wèn)題。
示波器是什么?
示波器可以通過(guò)電壓傳感器（即最常見(jiàn)的示波器電壓探頭）或某些其他傳感器（例如壓力傳感器，電流探頭，噪音計(jì)等）測(cè)量被測(cè)信號(hào)的電壓波形。 示波器產(chǎn)生的的曲線(xiàn)圖在垂直軸上測(cè)量的是電壓，在水平軸上代表的是信號(hào)時(shí)間。 從捕獲的波形中，我們可以獲得諸如信號(hào)的頻率，幅度，周期，相位，失真，噪聲，DC，AC，占空比，上升/下降時(shí)間等數(shù)據(jù)。
基礎(chǔ)
除了顯示屏外，還有其他三個(gè)重要的功能構(gòu)成了示波器。 這些功能是示波器的觸發(fā)，垂直方向上每格代表的伏特值，水平方向上每格代表的時(shí)間值。
觸發(fā)
觸發(fā)功能用于同步信號(hào)的水平掃描，這對(duì)于方便我們觀察信號(hào)至關(guān)重要。 觸發(fā)器通過(guò)重復(fù)顯示輸入信號(hào)的觸發(fā)部分，使重復(fù)出現(xiàn)的波形在顯示器上看起來(lái)靜止不動(dòng)。 示波器里最基本和常見(jiàn)的觸發(fā)方式就是邊沿觸發(fā)。 這是大多數(shù)人首次開(kāi)始使用示波器時(shí)最有可能使用的觸發(fā)方式。 除此以外，示波器還有許多其他特殊的甚至復(fù)雜的觸發(fā)方式用于響應(yīng)特定的條件，并且真正可以使示波器成為功能強(qiáng)大的測(cè)量工具。 這些觸發(fā)包括脈寬觸發(fā)、邏輯觸發(fā)，N邊沿觸發(fā)、欠幅觸發(fā)、斜率觸發(fā)、超時(shí)觸發(fā)、視頻觸發(fā)、串行總線(xiàn)觸發(fā)等。
垂直檔位（伏特/格）
通過(guò)調(diào)節(jié)示波器的垂直檔位，可以放大和縮小波形在垂直方向上的形狀。比如，如果我們將垂直檔位設(shè)置為1V/格，而示波器垂直方向上有10格，那么示波器整屏幕最多可以顯示10V的波形。需要注意的是，這個(gè)數(shù)值同樣也和探頭的衰減比有關(guān)，如果我們使用的是10X的探頭，但是我們沒(méi)有調(diào)節(jié)示波器通道的衰減比（默認(rèn)為1X），那么正確的讀數(shù)會(huì)和實(shí)際顯示的讀書(shū)相差10倍，因此在使用示波器的時(shí)候，也要注意探頭的衰減比，要將通道的衰減比和探頭的衰減比調(diào)成一致才可以。
輸入耦合
輸入耦合是示波器中另一種簡(jiǎn)單但普遍被忽略或誤解的功能。它是指用于將電信號(hào)從一個(gè)電路連接到另一電路的連接方法，即從被測(cè)電路到示波器的連接方法。 您可以將輸入耦合方式設(shè)置為直流耦合DC，交流耦合AC或接地耦合。 交流耦合僅阻止信號(hào)的直流部分通過(guò)，您會(huì)在顯示屏上看到以零電平為中心的波形。 接地耦合會(huì)斷開(kāi)垂直控制的輸入信號(hào)，從而讓您看到顯示屏上零電平的位置。 直流耦合設(shè)置允許顯示所有輸入信號(hào)，包括直流和交流。
水平檔位（時(shí)間/格）
水平檔位功能也叫時(shí)基，可確定波形在顯示屏上占有的時(shí)間。 與上述的垂直檔位控制一樣，水平檔位控制也可以對(duì)波形進(jìn)行縮放，相對(duì)于垂直檔位控制的是波形的垂直方向，水平檔位控制的是波形的水平方向。 如果時(shí)基設(shè)置為10ms，則顯示屏上的水平方向上每個(gè)一格代表10ms，并且整個(gè)屏幕（假定顯示屏上總共14個(gè)格）等于140ms，代表顯示的整個(gè)波形是140ms時(shí)長(zhǎng)，通過(guò)更改時(shí)基大小，可以輕松地觀察輸入信號(hào)的較長(zhǎng)或較短的時(shí)間間隔。
性能
在對(duì)待信號(hào)快慢的態(tài)度上，大多數(shù)人一般只關(guān)心信號(hào)的頻率，卻不關(guān)心信號(hào)的上升時(shí)間。在標(biāo)準(zhǔn)的正弦波中，上升時(shí)間與頻率是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)關(guān)系，用于確定示波器帶寬是否足夠的典型公式為0.35除以上升時(shí)間。例如，需要測(cè)量上升時(shí)間為1ns的脈沖，這意味著示波器的最小帶寬應(yīng)在350MHz左右。但在實(shí)際中，傅立葉告訴我們，實(shí)際的波形是基波和高次諧波混合的產(chǎn)物。因此，波形的高次諧波比重越大，其上升時(shí)間越短。與信號(hào)的頻率對(duì)比，上升時(shí)間更能代表信號(hào)的快慢。所以不要小看低頻的信號(hào)，只要它的上升沿是在瞬間爆發(fā)的，則足以引起信號(hào)的振鈴、反射、過(guò)沖等一系列問(wèn)題。
采樣率（Samples/second）和存儲(chǔ)深度也是示波器的另一個(gè)重要考慮因素。采樣率表示示波器每秒能采集數(shù)據(jù)點(diǎn)量的能力。采樣率越高，示波器顯示波形的真實(shí)性和細(xì)節(jié)就越高，關(guān)鍵信息丟失的可能性也就越小。如果要測(cè)量正弦波，一般的經(jīng)驗(yàn)是示波器的采樣率至少應(yīng)為要測(cè)量的信號(hào)的最高頻率分量的2.5倍。而如果測(cè)量方波，脈沖和其他信號(hào)類(lèi)型，則采樣率至少應(yīng)為要測(cè)量的信號(hào)的最高頻率分量的10倍。存儲(chǔ)深度則代表示波器一屏幕最多可以保存多少個(gè)采樣點(diǎn)。如果示波器的采樣數(shù)據(jù)的能力足夠，但是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力不足，那么再大的采樣率也是白費(fèi)。就好比我們要倒一杯水喝，不管水壺開(kāi)口多大，倒水的速度有多快，如果我們杯子太小，那始終也裝不了多少水。采樣率=存儲(chǔ)深度÷波形記錄時(shí)長(zhǎng)，這就是這三者的關(guān)系。其中波形記錄時(shí)長(zhǎng)是我們控制的參數(shù)。其它2項(xiàng)一般都是固定參數(shù)（存儲(chǔ)深度大的示波器也可以調(diào)節(jié)存儲(chǔ)深度的大小，但是上限是固定的）。
探頭
關(guān)于示波器的探頭的知識(shí)，完全可以另起一篇文章也不為過(guò)。我們大多數(shù)人用的最多的探頭，應(yīng)該是1X或者10X衰減比的無(wú)源探頭。使用探頭時(shí)要注意探頭能承受的最大峰峰值電壓，防止被測(cè)電路的電容負(fù)載過(guò)大。測(cè)量高速信號(hào)，我們往往需要有源探頭或者差分探頭。
性?xún)r(jià)比
隨著國(guó)產(chǎn)示波器的發(fā)展與崛起，示波器不再是普通電子愛(ài)好者的奢侈品，而是成了大多數(shù)人都能擁有一臺(tái)的測(cè)試儀器。在示波器的中低端領(lǐng)域，現(xiàn)在的國(guó)產(chǎn)示波器的性?xún)r(jià)比已經(jīng)完全吊打那些進(jìn)口的示波器。所以，對(duì)于大多數(shù)人而言，購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)國(guó)產(chǎn)的示波器是很不錯(cuò)的選擇！
寫(xiě)在最后
示波器是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和測(cè)試的主要儀器設(shè)備。 一開(kāi)始它們也許看上去很復(fù)雜，但是實(shí)際上非常易于上手。 只要記住一些基本知識(shí)，多多使用她，您很快就會(huì)被認(rèn)為是公司的示波器專(zhuān)家。隨著電子器材系統(tǒng)繁雜度和工作頻率的不斷提高，需要用到示波器的應(yīng)用場(chǎng)景也必然越來(lái)越多，考慮到示波器的長(zhǎng)久使用壽命，早早的擁有和使用一臺(tái)示波器是十分劃算的。 |
