目錄

第一問：示波器的波形代表什么意義？

第二問：示波器的波形區(qū)的網(wǎng)格代表什么？

第三問：如何進(jìn)行示波器的探針補(bǔ)償？

第四問： 從“自動”談起，示波器是如何設(shè)置的？

第五問： 示波器設(shè)置——垂直幅度、水平時間

第六問： 示波器設(shè)置——穩(wěn)定波形

第七問： 示波器三大關(guān)鍵指標(biāo)——帶寬

第八問： 示波器三大關(guān)鍵指標(biāo)——采樣率

第九問： 示波器三大關(guān)鍵指標(biāo)——存儲深度

第十問：如何理解示波器的“波形刷新率”

第一問：示波器的波形代表什么意義？

一句話概括：水平坐標(biāo)代表時間，垂直坐標(biāo)代表電壓（一般是電壓），電壓隨時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)代表時間，有很多人被繞了進(jìn)去，但是只要注意以下一點就可以了：

注意：示波器是一個實時工具，示波器顯示的，就是當(dāng)前時刻正在發(fā)生的。

為什么要強(qiáng)調(diào)這個問題呢？因為曾經(jīng)有人問我：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)長度就是十幾秒。他認(rèn)為這十幾秒只是信號的特征，和真實時間沒有關(guān)系。

第二問：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：如何進(jìn)行示波器的探針補(bǔ)償？

測量一個1KHz的標(biāo)準(zhǔn)方波（示波器一般會自己輸出這個信號），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)試時注意事項：

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

2、X1探針無需補(bǔ)償,也不能補(bǔ)償；

3、調(diào)節(jié)的元件是一個可調(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： 從“自動”談起，示波器是如何設(shè)置的？

當(dāng)我們要測試一個信號時，最簡單的測試辦法，就是點一下示波器上的“Auto”，不同的示波器這個按鍵的名稱有一些差異，例如“AutoSet”、“自動”、“自動設(shè)置”等等。

注意事項：一定要先把探針接到信號上再按“自動”按鍵。

按下“自動”按鍵以后，示波器會根據(jù)信號的參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，讓信號波形以合適的幅度和 時基穩(wěn)定顯示在屏幕上。

由這里我們可以知道 示波器的 設(shè)置 包含了三個部分：

垂直幅度設(shè)置、水平時間設(shè)置、穩(wěn)定波形

接下來我們將逐個介紹。

第五問： 示波器設(shè)置——垂直幅度、水平時間

垂直幅度：

信號必須以合適的幅度（即垂直方向的大小）顯示在屏幕上。垂直檔位過小，信號波形會超出屏幕，不能完整顯示；垂直檔位過大，不僅看不清楚信號的細(xì)節(jié)，看起來也不舒服；

水平時間：

信號必須以合適的時基（即水平方向上的時間長度）顯示在屏幕上。如果時基檔位過小，信號波形被拉伸的太開，也看不了完整的周期。時基檔位過大的話，信號波形被壓縮在一起看不了細(xì)節(jié)。

第六問： 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)。

只有滿足一個預(yù)設(shè)的條件，示波器才會 捕獲一條波形，這個根據(jù)條件捕獲波形的動作就是觸發(fā)。

為什么要觸發(fā)呢？

如下圖，示波器沒有觸發(fā)的時候，會隨機(jī)抓取信號（自動模式）并生成圖像，由于信號是連續(xù)不斷的，隨機(jī)抓取的位置并無規(guī)律，這些靜態(tài)的圖像逐個顯示，就像放電影一樣，組合在一起就形成了動態(tài)的顯示，最終在屏幕上的效果就是看到波形來回滾動，如下圖所示：

我們設(shè)定一個條件，用一個直流電平作為參考，當(dāng)信號的電壓大于直流電平的一瞬間作為抓取信號的起始點，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，都是在信號的過直流電平的瞬間抓取的，所以每次抓取的信號相位一樣，連續(xù)顯示的時候完全重疊，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： 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，即：

在示波器的輸入端加正弦波，幅度衰減為實際幅度的70.7%時的頻率點稱為帶寬。

也就是說用100MHz帶寬的示波器測量 幅值為1V 頻率為100MHz 的正弦波，實際得到的幅值會不小于0.707V。

理解了這樣的含義，我們也可以得到 上升時間和帶寬 的關(guān)系，即：

上升時間= 0.35/帶寬。

下圖是示波器帶寬對方波測試的影響，對比比較直接

第八問： 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“，也就是單位時間內(nèi)將模擬電平轉(zhuǎn)換成離散的采樣點的速率，我們常見的采樣率1GSa/S就表示 每秒采樣1G個點，其中Sa是Samples的縮寫。采樣的過程如下圖所示：

理解了采樣的過程和定義，那么采樣率對示波器測量會有哪些影響呢？

我們比較常見的奈奎斯特采樣定理：當(dāng)對一個最高頻率為f的有限信號進(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)原來的信號，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模擬這個采樣過程：

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，這對于示波器來說，還原波形是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，那對于我們來說，如何選擇合適的采樣率呢？這里有兩個條件可以供大家參考：

1、 帶寬為所測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概念：最高采樣率VS實時采樣率

一般來說，示波器的采樣率指標(biāo)都是指的這臺示波器工作時能夠達(dá)到的最高采樣率。但是實際上示波器的“實時采樣率”受到存儲深度的限制，可能會隨著示波器采樣時間的增加，采樣率會被迫下降，這里就需要講到下一個指標(biāo)：存儲深度。

第九問： 示波器三大關(guān)鍵指標(biāo)——存儲深度

什么是示波器的存儲深度？

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

其實示波器的存儲深度是指示波器在屏幕上顯示一條波形時，其波形的數(shù)據(jù)個數(shù)。我們看到的示波器屏幕上顯示的波形，是由很多采樣點組成的，所有采樣點的個數(shù)，就是存儲深度。假如一個示波器顯示的存儲深度是10Mpts，表示該示波器的一條波形是由10M（一千萬）個采樣點組成的，pts是points的縮寫。

另外示波器有一個重要的關(guān)系式： 存儲深度=采樣率 × 采樣時間

我們用一張圖來表示他們的關(guān)系：

理解了這個關(guān)系式，那么存儲深度對測量會有哪些影響呢，我們通過一個對比來體現(xiàn)：

首先，我們給示波器加上一個 頻率為1KHz，幅值為2V的方波

用28M存儲深度的示波器，截取一屏14S的信號

放大2000倍，依然還是方波

用28K存儲深度的示波器，截取一屏14S的信號

同樣放大2000倍，得到的波形已經(jīng)失真。

總結(jié)：示波器的存儲深度越大，保存的波形可以看到更多的細(xì)節(jié)。

第十問：如何理解示波器的“波形刷新率”

很多時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“正常”，你就可能納悶了，我的采樣率這么高，為什么抓不到故障波形呢。其實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給波形拍照的錄像機(jī)。波形是連續(xù)的，時時刻刻都在發(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次，但是兩次拍攝之間還是會漏掉一些波形，我們?yōu)榱丝吹礁咏鎸嵉牟ㄐ危鸵笠幻腌妰?nèi)拍攝更多的照片，這樣才會更有可能看到百萬分之一概率的異常信號。

原理化：示波器從采集信號到屏幕上顯示出信號波形的過程，是由若干個捕獲周期組成的。一個捕獲周期包括采樣時間和死區(qū)時間，模擬信號通過ADC采樣量化變轉(zhuǎn)為數(shù)字信號同時存儲，整個采樣存儲過程的時間稱為采樣時間。示波器必須對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量運(yùn)算顯示等處理，才能開始下一次的采樣，這段時間稱為死區(qū)時間。死區(qū)時間內(nèi)，示波器并沒有進(jìn)行波形采集。當(dāng)一個捕獲周期完成就會進(jìn)入下一個捕獲周期。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)時間一般都會很長，而有效捕獲時間占不到一個捕獲周期的1%，也就意味著99%的時間內(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中的異常成分。