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）表示時間，垂直（Y）軸表示電壓大小。因此，示波器本質上顯示電信號電壓如何隨時間變化的圖表。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、上升和下降時間等。

例如，如果您正在設計 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、開關頻率等，并進行任何改進或校正。

示波器簡介

你還記得 CRT 電視嗎？那些笨重的電視機有一個陰極射線管，負責在屏幕上顯示圖像。事實上，費迪南德·布勞恩在 1897 年開發第一臺示波器時在陰極射線管上進行實驗。1899年，Jonathan Zenneck通過添加波束形成板并應用線性水平偏轉場開發了第一臺示波器。

所有這些實驗大多產生了實驗室有用的設備，但在1931年，當V. K. Zworykin博士發表了一篇關于CRT的論文，解決了熱陰極和真空的問題時，這種情況發生了變化。這最終導致通用無線電公司發布了第一臺基于 CRT 的便攜式示波器。

有趣的事實：由于最初的示波器是使用陰極射線管技術開發的，因此早期的示波器稱為陰極射線示波器或簡稱CRO。術語“CRO”成為一個流行的行業術語，即使在今天，許多高級工程師使用CRO作為示波器的代名詞，盡管大多數現代示波器都是帶有LCD顯示器的數字示波器。

半導體技術（處理器、存儲器和數據轉換器）、LCD 顯示技術的發展以及 CRT 成本的增加使工程師們涉足數字示波器。大多數現代示波器被稱為數字存儲示波器 （DSO），因為它們捕獲并存儲跡線以供重新調查。

示波器的類型

基本上，示波器有兩種類型。

• 模擬

• 數字

這種分類只有在 1990 年代數字存儲示波器開發后才變得重要。

什么是模擬示波器？

早期的CRO是模擬示波器。它們非常簡單，因為不需要任何類型的信號處理，并且電信號顯示為波形，就像使用高增益放大器一樣。

一個簡單的CRO由CRT（陰極射線管）、垂直和水平放大器、觸發單元、時基（掃描發生器）和電源組成。

什么是數字示波器？

模擬示波器和數字示波器之間的主要區別在于，在數字示波器中，模擬信號被捕獲并使用模數轉換器轉換為數字信號。

使用數字示波器的優點是可以輕松地將數字數據存儲在數字存儲器中。這是數字存儲示波器或DSO的主要功能，其中捕獲部分跡線并可以在以后進行分析。

在使用LCD顯示器之前，數字示波器仍然使用CRT來顯示信號。這種示波器需要一個數模轉換器將數字信號轉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，因為數字信號可以直接顯示在LCD上（經過一些轉換）。

數字示波器進一步分為：

• 數字存儲示波器 （DSO）

• 混合信號示波器 （MSO）

• 數字熒光示波器 （DPO）

• 混合域示波器 （MDO）

• 數字采樣示波器

示波器如何工作？

現在我們已經了解了什么是示波器和兩種基本類型的示波器，現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字示波器，我們將看到它們中的每一個是如何工作的。

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建基塊。

上框圖中的垂直部分負責將主圖像發送到CRT的垂直偏轉板。垂直部分放大或衰減輸入信號。水平部分負責電子束從左到右的運動。觸發部分確定何時在CRT上繪制波形。

顯示系統

下圖顯示了模擬示波器的簡化顯示系統?？驁D中的Z軸電路負責控制電子束的亮度。

立式系統

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框圖。

垂直系統的衰減器部分衰減輸入信號，還允許交流或直流耦合。前置放大器級負責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

為了在示波器上正確顯示信號，垂直和水平系統同樣重要。雖然垂直系統負責信號的幅度部分，但水平系統帶來了 2德·維度，即信號的時間方面。

水平系統向水平板提供偏轉電壓，以水平移動電子束。為此，掃描發生器電路生成鋸齒（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的框圖。鋸齒或斜坡信號線性上升，可以測量兩個事件之間的時間。掃描發生器經過及時校準，因此也稱為時基。

除了時基，前面的Z軸控制系統也是水平系統的一部分。

觸發系統

示波器的最后一個重要部分是觸發系統。該系統確定示波器在屏幕上繪制波形的時間。

CRT的屏幕內部涂有磷，因此當電子撞擊它時，屏幕會發光。水平系統負責將光束從左向右移動。當它到達屏幕的最右側時，它會迅速返回左側以再次啟動該過程。此過程稱為掃描（或跟蹤或掃描）。

垂直系統負責垂直移動光束。示波器的觸發系統確保波形的跟蹤始終從屏幕上的同一點開始。

數字示波器

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

主要區別在于示波器的垂直系統。因此，讓我們只關注這一點，因為剩余的工作將與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（模數轉換器）將模擬信號轉換為數字信號。然后將數字信號提供給處理單元，該處理單元執行一些信號處理（計算基本參數，將其存儲在存儲器中等）。為了在CRT上顯示信號，必須在數模轉換器的幫助下將數字信號轉換回模擬信號。

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字示波器的工作原理，示波器領域還有很多值得探索的地方。