示波器的工作原理與使用方法

　　示波器作為電子測量領(lǐng)域不可或缺的工具，其核心功能是將電信號的瞬時變化轉(zhuǎn)換為肉眼可見的圖形，從而幫助工程師和技術(shù)人員分析電路行為、診斷故障并進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。它以其獨(dú)特的時域分析能力，在研發(fā)、生產(chǎn)、維修等各個環(huán)節(jié)發(fā)揮著舉足輕重的作用。

　　一、 示波器的工作原理

　　示波器能夠?qū)⒊橄蟮碾娦盘柨梢暬浔澈笫且幌盗芯芏鴱?fù)雜的技術(shù)協(xié)同作用。從信號的輸入到最終波形的顯示，整個過程涉及信號采集、垂直偏轉(zhuǎn)、水平掃描、觸發(fā)系統(tǒng)以及顯示輸出等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　1. 信號采集與輸入

　　示波器的工作始于對被測信號的準(zhǔn)確采集。信號通過示波器前端的輸入接口（通常是BNC連接器）進(jìn)入。為了確保信號的完整性和示波器自身的安全，輸入端通常會包含衰減器和耦合電路。

　　衰減器（Attenuator）：衰減器是示波器前端的重要組成部分，它能夠根據(jù)輸入信號的幅度自動或手動地進(jìn)行衰減，以確保信號電平在示波器內(nèi)部放大器的線性工作范圍內(nèi)。例如，當(dāng)輸入信號幅度過大時，衰減器會將其按比例縮小，避免信號飽和或損壞內(nèi)部電路。常見的衰減倍數(shù)有1/1、1/10、1/100等，這與示波器探頭上的衰減設(shè)置相對應(yīng)，共同決定了最終顯示的信號幅度。

　　耦合方式（Coupling）：示波器提供兩種主要的耦合方式：直流（DC）耦合和交流（AC）耦合。

　　DC耦合：在直流耦合模式下，示波器允許信號的所有頻率分量（包括直流成分）通過。這種模式適用于測量包含直流偏置的信號，例如電源電壓的紋波、數(shù)字信號的電平轉(zhuǎn)換等。它能夠完整地呈現(xiàn)信號的瞬時值，真實(shí)反映信號的整體形態(tài)。

　　AC耦合：在交流耦合模式下，示波器在輸入端串聯(lián)一個電容，用于阻斷信號中的直流成分，只允許交流成分通過。這種模式非常適合于測量帶有較大直流偏置的交流信號，例如電源噪聲、音頻信號等。通過濾除直流偏置，可以更容易地觀察和分析交流信號的細(xì)節(jié)，避免直流成分導(dǎo)致波形被“抬高”或“壓低”超出屏幕顯示范圍。

　　2. 垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

　　信號經(jīng)過輸入端的處理后，進(jìn)入垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)負(fù)責(zé)將電信號的電壓變化轉(zhuǎn)換為垂直方向的位移。

　　前置放大器（Preamplifier）：前置放大器是垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)對經(jīng)過衰減的輸入信號進(jìn)行放大，使其達(dá)到足以驅(qū)動垂直偏轉(zhuǎn)板的電平。放大器的增益是可調(diào)的，這對應(yīng)于示波器面板上的“垂直靈敏度”或“伏特/格”（Volts/Div）設(shè)置。通過調(diào)整此設(shè)置，用戶可以控制屏幕上波形的垂直幅度，使其清晰地顯示在屏幕上。高靈敏度（小伏特/格）意味著對微弱信號的放大倍數(shù)更大，能夠觀察到更小的電壓變化；低靈敏度（大伏特/格）則適用于測量幅度較大的信號。

　　垂直偏轉(zhuǎn)板（Vertical Deflection Plates）：在模擬示波器中，經(jīng)過放大的信號電壓被施加到一對垂直放置的偏轉(zhuǎn)板上。根據(jù)電場原理，信號電壓越高，電子束受到的垂直作用力越大，從而導(dǎo)致電子束在垂直方向上偏離中心越遠(yuǎn)。而在數(shù)字示波器中，經(jīng)過放大的模擬信號會被模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由數(shù)字信號處理器進(jìn)行處理，最終在顯示器上以像素點(diǎn)的形式呈現(xiàn)波形，但其本質(zhì)仍然是反映信號的垂直變化。

　　3. 水平掃描系統(tǒng)

　　示波器能夠顯示信號隨時間變化的波形，這得益于水平掃描系統(tǒng)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)在水平方向上以恒定速度移動顯示光點(diǎn)或數(shù)字采樣點(diǎn)，從而建立時間軸。

　　掃描發(fā)生器（Sweep Generator）：掃描發(fā)生器產(chǎn)生一個周期性的鋸齒波電壓。當(dāng)鋸齒波電壓從零逐漸上升時，它被施加到水平偏轉(zhuǎn)板上（或用于控制數(shù)字示波器的采樣時鐘）。在模擬示波器中，這將使電子束以恒定速度從屏幕左側(cè)向右側(cè)水平移動。當(dāng)鋸齒波電壓迅速下降到零時，電子束快速返回到左側(cè)，完成一個掃描周期。這個“回掃”過程通常被抑制，以免產(chǎn)生不必要的線條。

　　掃描速度（Sweep Speed）：掃描發(fā)生器的輸出電壓上升速率決定了水平掃描的速度，這對應(yīng)于示波器面板上的“水平時基”或“秒/格”（Sec/Div）設(shè)置。通過調(diào)整此設(shè)置，用戶可以改變屏幕上波形所代表的時間長度。高掃描速度（小秒/格）可以觀察信號的快速變化細(xì)節(jié)，而低掃描速度（大秒/格）則適合觀察信號的較長時間段內(nèi)的整體趨勢或低頻信號。

　　4. 觸發(fā)系統(tǒng)

　　觸發(fā)系統(tǒng)是示波器最關(guān)鍵且最復(fù)雜的部分之一，它確保了波形的穩(wěn)定顯示。如果沒有觸發(fā)系統(tǒng)，電子束（或數(shù)字采樣）將隨機(jī)開始掃描，導(dǎo)致屏幕上出現(xiàn)不穩(wěn)定的、閃爍的波形，難以進(jìn)行觀察和分析。

　　觸發(fā)電平（Trigger Level）：觸發(fā)電平是用戶設(shè)定的一個電壓閾值。當(dāng)輸入信號的電壓達(dá)到或超過此閾值時，示波器才開始一次掃描。

　　觸發(fā)沿（Trigger Slope）：觸發(fā)沿指定了觸發(fā)條件是在信號上升沿（正斜率）還是下降沿（負(fù)斜率）滿足觸發(fā)電平。

　　觸發(fā)模式（Trigger Mode）：

　　自動（Auto）模式：在自動模式下，如果信號沒有滿足觸發(fā)條件，示波器也會強(qiáng)制進(jìn)行掃描，以確保屏幕上總有波形顯示。這對于觀察連續(xù)的、周期性的信號非常方便，即使信號不穩(wěn)定，也能看到大致的波形。

　　正常（Normal）模式：在正常模式下，示波器只在滿足觸發(fā)條件時才進(jìn)行掃描。如果信號沒有達(dá)到觸發(fā)電平或沒有出現(xiàn)指定的觸發(fā)沿，屏幕將保持空白，直到觸發(fā)事件發(fā)生。這種模式非常適合觀察單次事件或不規(guī)則的信號。

　　單次（Single）模式：單次模式是正常模式的一種特殊應(yīng)用。當(dāng)觸發(fā)條件滿足時，示波器只進(jìn)行一次掃描，然后停止并凍結(jié)波形。這對于捕捉瞬態(tài)事件或只發(fā)生一次的信號非常有用。

　　觸發(fā)源（Trigger Source）：觸發(fā)源指定了哪個通道的信號用于觸發(fā)掃描。通常可以選擇任意輸入通道、外部觸發(fā)輸入（Ext Trigger）或電源線頻率（Line）。

　　預(yù)觸發(fā)/后觸發(fā)（Pre-trigger/Post-trigger）：現(xiàn)代數(shù)字示波器通常支持預(yù)觸發(fā)和后觸發(fā)功能。預(yù)觸發(fā)允許在觸發(fā)事件發(fā)生之前捕獲數(shù)據(jù)，這對于分析事件的發(fā)生原因或前因后果非常有用。后觸發(fā)則是在觸發(fā)事件發(fā)生之后繼續(xù)捕獲數(shù)據(jù)。

　　5. 顯示系統(tǒng)

　　顯示系統(tǒng)是示波器最終呈現(xiàn)波形的部分。

　　模擬示波器：在模擬示波器中，電子束經(jīng)過垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板的控制后，轟擊到涂有熒光物質(zhì)的陰極射線管（CRT）屏幕上，激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光，從而形成肉眼可見的波形。波形的亮度由電子束的強(qiáng)度控制。

　　數(shù)字示波器（Digital Storage Oscilloscope, DSO）：數(shù)字示波器是當(dāng)前主流的示波器類型。它將模擬信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，然后將這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲在存儲器中。數(shù)字信號處理器（DSP）對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，最終在液晶顯示屏（LCD）或LED顯示屏上以像素點(diǎn)的形式顯示波形。數(shù)字示波器具有存儲波形、進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算、自動測量、波形分析等強(qiáng)大功能。

　　二、 示波器的主要組成部分

　　除了上述工作原理中涉及的核心系統(tǒng)，示波器作為一個完整的測量儀器，還包括一些重要的組成部分。

　　1. 前面板與控制旋鈕

　　示波器前面板集成了大量的控制旋鈕、按鈕和顯示屏，是用戶與儀器進(jìn)行交互的主要界面。

　　垂直控制區(qū)：通常包括“伏特/格”（Volts/Div）旋鈕用于調(diào)整垂直靈敏度，“位置”（Position）旋鈕用于調(diào)整波形的垂直位置，以及輸入通道選擇按鈕（CH1, CH2, CH3, CH4等）和耦合方式選擇按鈕（AC/DC/GND）。

　　水平控制區(qū)：包括“秒/格”（Sec/Div）旋鈕用于調(diào)整水平時基，“位置”（Position）旋鈕用于調(diào)整波形的水平位置，以及“縮放”（Zoom）或“延遲”（Delay）功能。

　　觸發(fā)控制區(qū)：包括“觸發(fā)電平”（Trigger Level）旋鈕，觸發(fā)模式選擇按鈕（Auto/Normal/Single），觸發(fā)源選擇按鈕，以及觸發(fā)耦合方式（DC/AC/HF Reject/LF Reject等）。

　　測量與分析功能區(qū)：現(xiàn)代數(shù)字示波器通常配備有自動測量功能（如頻率、周期、峰峰值、均方根值等）、數(shù)學(xué)運(yùn)算功能（如加減乘除、FFT等）、光標(biāo)測量功能等。

　　顯示屏：用于顯示波形、測量結(jié)果、菜單和設(shè)置信息。

　　2. 示波器探頭

　　示波器探頭是連接被測電路與示波器輸入端的重要橋梁。它的質(zhì)量和類型直接影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　無源探頭（Passive Probe）：最常見的探頭類型，通常包含一個電阻器和一個電容器，用于衰減信號并進(jìn)行阻抗匹配。

　　1X探頭：通常用于低頻信號或要求最小信號衰減的場合，但輸入阻抗較低，可能對被測電路產(chǎn)生較大負(fù)載效應(yīng)。

　　10X探頭：最常用的探頭，它將信號衰減10倍，從而提高示波器的輸入阻抗，減少對被測電路的負(fù)載效應(yīng)，并提高示波器的測量范圍。在使用10X探頭時，示波器的垂直靈敏度設(shè)置需要相應(yīng)地乘以10。

　　100X或更高倍數(shù)探頭：適用于測量高電壓信號，提供更大的衰減倍數(shù)。

　　有源探頭（Active Probe）：有源探頭內(nèi)部集成了放大器或緩沖器，具有更高的輸入阻抗和更低的輸入電容，適用于測量高頻、低幅度或需要高保真度的信號。常見的有源探頭類型包括：

　　差分探頭：用于測量兩個非參考地點(diǎn)的電壓差，有效抑制共模噪聲。

　　電流探頭：通過霍爾效應(yīng)或電流互感原理將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，用于測量電路中的電流。

　　高壓探頭：專門設(shè)計(jì)用于測量數(shù)千伏甚至更高電壓的探頭。

　　探頭補(bǔ)償（Probe Compensation）：10X無源探頭通常需要進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整。這是因?yàn)樘筋^內(nèi)部的電容與示波器輸入端的電容會形成一個RC網(wǎng)絡(luò)，不正確的補(bǔ)償會導(dǎo)致高頻響應(yīng)失真（過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償）。示波器通常會提供一個方波校準(zhǔn)信號，用戶可以通過調(diào)整探頭上的補(bǔ)償電容來使顯示的方波達(dá)到平頂。

　　3. 校準(zhǔn)信號輸出（Probe Compensation Output）

　　大多數(shù)示波器前面板都會提供一個校準(zhǔn)信號輸出端，通常輸出一個已知頻率和幅度的方波信號（例如1kHz，5Vpp）。這個信號主要用于校準(zhǔn)示波器探頭，確保探頭在各個頻率下都能準(zhǔn)確傳輸信號。

　　4. 外部觸發(fā)輸入（External Trigger Input）

　　一些示波器提供外部觸發(fā)輸入接口，允許用戶使用外部信號作為觸發(fā)源，這在調(diào)試多路信號同步或復(fù)雜時序電路時非常有用。

　　5. USB/以太網(wǎng)/GPIB接口

　　現(xiàn)代數(shù)字示波器通常配備多種通信接口，用于連接PC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制、軟件升級等。

　　三、 示波器的關(guān)鍵性能指標(biāo)

　　了解示波器的關(guān)鍵性能指標(biāo)對于選擇合適的儀器和準(zhǔn)確理解測量結(jié)果至關(guān)重要。

　　1. 帶寬（Bandwidth）

　　帶寬是示波器最重要的指標(biāo)之一，它定義了示波器能夠準(zhǔn)確測量到的最高頻率。帶寬通常定義為示波器對正弦波信號的幅度響應(yīng)下降到-3dB（約70.7%）時的頻率。選擇示波器時，其帶寬應(yīng)至少是被測信號最高頻率分量的3到5倍，以確保信號的完整性。對于數(shù)字信號，帶寬的選擇更為復(fù)雜，通常需要考慮信號的上升/下降時間。

　　2. 采樣率（Sample Rate）

　　采樣率是數(shù)字示波器獨(dú)有的指標(biāo)，它表示示波器每秒鐘采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量，單位是S/s（Samples per second）。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，為了無失真地恢復(fù)信號，采樣率至少應(yīng)是被測信號最高頻率的兩倍。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，為了更準(zhǔn)確地重建波形，通常建議采樣率是被測信號帶寬的5到10倍。高采樣率意味著能夠捕捉到更精細(xì)的信號細(xì)節(jié)和更快的瞬態(tài)變化。

　　3. 存儲深度（Memory Depth）

　　存儲深度是指示波器能夠存儲的采樣點(diǎn)總數(shù)。存儲深度與采樣率和捕獲時間密切相關(guān)：

　　捕獲時間 = 存儲深度 / 采樣率 更大的存儲深度意味著示波器可以在高采樣率下捕獲更長時間的信號，這對于分析偶發(fā)事件、長時間波形或復(fù)雜時序信號非常重要。

　　4. 垂直分辨率（Vertical Resolution）

　　垂直分辨率表示示波器模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號時所使用的位數(shù)。例如，8位分辨率意味著ADC可以將信號量化為28=256個離散的垂直電平。更高的垂直分辨率（如10位、12位甚至16位）意味著示波器能夠區(qū)分更小的電壓變化，從而提供更精細(xì)的波形細(xì)節(jié)。

　　5. 上升時間（Rise Time）

　　上升時間是示波器響應(yīng)階躍信號的速度。它通常定義為示波器顯示一個從10%上升到90%的理想階躍信號所需的時間。對于測量快速上升沿的數(shù)字信號，示波器的上升時間應(yīng)遠(yuǎn)小于被測信號的上升時間，否則會導(dǎo)致波形失真。

　　6. 靈敏度（Vertical Sensitivity）

　　靈敏度表示示波器能夠檢測到的最小電壓變化，通常以“伏特/格”（Volts/Div）表示。越小的伏特/格設(shè)置意味著越高的靈敏度，能夠觀察到更微弱的信號。

　　7. 噪聲（Noise Floor）

　　所有示波器都會產(chǎn)生一定的內(nèi)部噪聲。較低的噪聲基底意味著示波器能夠更準(zhǔn)確地測量小信號，避免噪聲淹沒真實(shí)的信號。

　　8. 通道數(shù)（Number of Channels）

　　示波器通道數(shù)表示它可以同時測量和顯示多少路獨(dú)立的信號。常見的有2通道、4通道示波器，一些混合信號示波器（MSO）還包含多路數(shù)字邏輯通道。

　　四、 示波器的使用方法

　　正確掌握示波器的使用方法是進(jìn)行有效測量的基礎(chǔ)。以下是示波器的一些基本操作步驟和常見應(yīng)用技巧。

　　1. 連接電源與開機(jī)

　　將示波器連接到合適的電源插座。

　　按下電源開關(guān)，等待示波器啟動并完成自檢過程。

　　2. 連接探頭

　　選擇合適的示波器探頭（通常從10X探頭開始）。

　　將探頭的BNC接頭連接到示波器輸入通道的BNC端口。

　　重要提示：將探頭的接地夾（鱷魚夾）連接到被測電路的公共地或參考點(diǎn)。這是確保測量準(zhǔn)確性和安全性的關(guān)鍵步驟。

　　如果使用10X探頭，請確保示波器通道的衰減設(shè)置也調(diào)整為10X（許多示波器可以自動識別探頭類型并調(diào)整）。

　　探頭補(bǔ)償：在使用10X無源探頭時，務(wù)必進(jìn)行探頭補(bǔ)償。將探頭連接到示波器前面板的“探頭補(bǔ)償輸出”端（通常輸出方波信號），然后調(diào)整探頭上的補(bǔ)償螺絲，直到屏幕上顯示的方波頂部和底部平坦，沒有過沖或圓角。

　　3. 選擇輸入通道與耦合方式

　　按下所需通道的按鈕（如CH1），使其處于激活狀態(tài)。

　　根據(jù)被測信號的特性選擇合適的耦合方式：

　　DC耦合：測量包含直流成分的信號，如電源電壓、數(shù)字信號電平。

　　AC耦合：測量帶有直流偏置的交流信號，如音頻信號、電源紋波。

　　GND耦合：將輸入接地，用于檢查示波器零電平，排除外部干擾，或在調(diào)整垂直位置時使用。

　　4. 調(diào)整垂直刻度（Volts/Div）

　　旋轉(zhuǎn)“伏特/格”（Volts/Div）旋鈕，調(diào)整垂直靈敏度，使波形在屏幕上占據(jù)適當(dāng)?shù)拇怪备叨龋炔贿^小難以觀察，也不過大導(dǎo)致波形頂部或底部超出屏幕。目標(biāo)是使波形占據(jù)屏幕垂直方向的2/3到3/4左右。

　　5. 調(diào)整垂直位置（Position）

　　旋轉(zhuǎn)“位置”（Position）旋鈕，調(diào)整波形在屏幕上的垂直位置，使其位于屏幕中央或便于觀察的位置。

　　6. 調(diào)整水平時基（Sec/Div）

　　旋轉(zhuǎn)“秒/格”（Sec/Div）旋鈕，調(diào)整水平掃描速度，使波形在屏幕上顯示出2到3個周期，以便于觀察信號的周期性特征。對于非周期信號或單次事件，則需要根據(jù)事件持續(xù)時間調(diào)整時基。

　　7. 設(shè)置觸發(fā)系統(tǒng)

　　觸發(fā)是示波器使用的核心，它決定了波形開始顯示的時間點(diǎn)，確保波形穩(wěn)定。

　　觸發(fā)源（Source）：選擇觸發(fā)信號的來源，通常是當(dāng)前正在觀察的通道（如CH1）。

　　觸發(fā)模式（Mode）：

　　Auto（自動）：最常用的模式，適用于連續(xù)周期信號。即使沒有觸發(fā)事件，示波器也會強(qiáng)制掃描。

　　Normal（正常）：只在滿足觸發(fā)條件時才掃描。適用于穩(wěn)定的周期信號或單次事件。如果屏幕空白，說明觸發(fā)條件未滿足。

　　Single（單次）：捕捉一次滿足觸發(fā)條件的波形并停止。適用于捕獲瞬態(tài)事件。

　　觸發(fā)類型（Type）：

　　Edge（邊沿）觸發(fā)：最常用的觸發(fā)類型，根據(jù)信號的上升沿或下降沿觸發(fā)。

　　Pulse（脈沖）觸發(fā)：根據(jù)脈沖的寬度、極性等條件觸發(fā)。

　　Video（視頻）觸發(fā)：用于觸發(fā)視頻信號的行或場同步脈沖。

　　Logic（邏輯）觸發(fā)：在多個數(shù)字通道滿足特定邏輯條件時觸發(fā)。

　　觸發(fā)斜率（Slope）：選擇觸發(fā)沿是上升沿（↑）還是下降沿（↓）。

　　觸發(fā)電平（Level）：旋轉(zhuǎn)“觸發(fā)電平”旋鈕或拖動屏幕上的觸發(fā)電平指示線，將觸發(fā)電平設(shè)置在波形的合適位置（通常是波形的中間或某個關(guān)鍵電平），使波形穩(wěn)定顯示。

　　8. 測量與分析

　　自動測量（Measure）：大多數(shù)數(shù)字示波器都提供豐富的自動測量功能，如峰峰值（Vpp）、最大值（Vmax）、最小值（Vmin）、平均值（Vavg）、均方根值（Vrms）、頻率（Freq）、周期（Period）、上升時間（Rise Time）、下降時間（Fall Time）、脈寬（Pulse Width）、占空比（Duty Cycle）等。通過按下“Measure”或“Meas”按鈕，選擇所需的測量項(xiàng)，示波器會自動顯示結(jié)果。

　　光標(biāo)測量（Cursors）：使用光標(biāo)可以手動測量波形的特定點(diǎn)或時間間隔。示波器通常提供垂直光標(biāo)（用于測量電壓）和水平光標(biāo)（用于測量時間）。移動光標(biāo)，屏幕上會顯示對應(yīng)的電壓或時間差值。

　　數(shù)學(xué)運(yùn)算（Math）：示波器可以對通道波形進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，如加（A+B）、減（A-B）、乘（A*B）、除（A/B）、FFT（快速傅里葉變換）等。FFT功能可以將時域波形轉(zhuǎn)換到頻域，用于分析信號的頻率成分。

　　存儲與召回波形：數(shù)字示波器可以將捕獲到的波形存儲到內(nèi)部存儲器、USB閃存驅(qū)動器或通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絇C，以便后續(xù)分析或記錄。

　　屏幕截圖：許多示波器支持屏幕截圖功能，可以將當(dāng)前顯示的波形和測量結(jié)果保存為圖像文件（如PNG、JPG）。

　　五、 示波器的高級應(yīng)用與技巧

　　掌握了基本使用方法后，可以進(jìn)一步探索示波器的高級功能，以應(yīng)對更復(fù)雜的測量任務(wù)。

　　1. 差分測量

　　當(dāng)需要測量兩個非參考地點(diǎn)的電壓差時，可以使用差分探頭。如果沒有差分探頭，可以使用示波器的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能實(shí)現(xiàn)“A-B”測量。將CH1連接到一點(diǎn)，CH2連接到另一點(diǎn)，然后啟用數(shù)學(xué)功能CH1-CH2，即可觀察到兩點(diǎn)之間的差分信號。

　　2. 交流耦合濾除直流偏置

　　在測量小幅度交流信號時，如果信號上疊加了較大的直流偏置，使用DC耦合可能會導(dǎo)致波形超出屏幕范圍，或者波形壓縮在屏幕底部或頂部，難以觀察細(xì)節(jié)。此時切換到AC耦合，可以濾除直流成分，使交流信號在屏幕上居中顯示，從而更容易地觀察和測量其細(xì)節(jié)。

　　3. 使用觸發(fā)保持（Holdoff）功能

　　在測量復(fù)雜周期信號（如突發(fā)信號或帶有間歇性脈沖的信號）時，普通的邊沿觸發(fā)可能無法穩(wěn)定。觸發(fā)保持功能允許用戶設(shè)置一個在觸發(fā)事件發(fā)生后，示波器在下一次觸發(fā)前必須等待的最短時間。這有助于在周期性的復(fù)雜波形中捕捉到特定的事件。

　　4. 串行總線解碼

　　現(xiàn)代數(shù)字示波器通常具備串行總線解碼功能，可以直接解碼I2C、SPI、UART、CAN、LIN等常用串行總線協(xié)議的數(shù)據(jù)。這極大地簡化了串行通信的調(diào)試工作，可以直接在屏幕上看到解碼后的數(shù)據(jù)包，而無需手動解析波形。

　　5. FFT（快速傅里葉變換）分析

　　FFT功能是示波器將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號的強(qiáng)大工具。通過FFT，可以分析信號的頻率成分、諧波失真、噪聲頻譜等。這對于射頻電路、電源紋波分析、音頻分析等應(yīng)用非常有用。

　　6. XY模式（李薩如圖形）

　　在XY模式下，示波器的CH1輸入作為X軸偏轉(zhuǎn)信號，CH2輸入作為Y軸偏轉(zhuǎn)信號。當(dāng)輸入兩個頻率相同或存在簡單整數(shù)比的正弦信號時，屏幕上會顯示出李薩如圖形。這些圖形的形狀可以用于判斷兩個信號的頻率比、相位差和相對幅度。例如，圓形表示同頻率、90度相位差；斜線表示同頻率、同相或反相。

　　7. 邏輯通道與混合信號示波器（MSO）

　　混合信號示波器（MSO）除了傳統(tǒng)的模擬通道外，還提供多個數(shù)字邏輯通道。這些數(shù)字通道通常用于同時觀察數(shù)字信號的邏輯狀態(tài)，例如并行總線的數(shù)據(jù)、控制信號等。結(jié)合模擬通道，MSO可以實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字信號的時序關(guān)聯(lián)分析，對于調(diào)試嵌入式系統(tǒng)、FPGA等非常有用。

　　8. 記錄與回放波形

　　許多高端示波器具備波形記錄和回放功能，可以將捕獲到的長時間波形保存下來，并像錄像一樣回放，方便用戶反復(fù)分析偶發(fā)事件或長時間趨勢。

　　9. 遠(yuǎn)程控制與自動化

　　專業(yè)級示波器通常支持SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments）命令集，可以通過USB、以太網(wǎng)或GPIB接口與PC連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動化測試。通過編程語言（如Python、MATLAB）編寫腳本，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測試序列、數(shù)據(jù)采集和分析。

　　六、 示波器的維護(hù)與保養(yǎng)

　　正確的維護(hù)與保養(yǎng)能夠延長示波器的使用壽命并確保測量精度。

　　清潔：定期用柔軟的布清潔示波器外殼和屏幕。切勿使用腐蝕性清潔劑。

　　環(huán)境：將示波器放置在干燥、通風(fēng)良好、灰塵少且遠(yuǎn)離振動、強(qiáng)磁場和高溫的區(qū)域。

　　散熱：確保示波器的散熱孔通暢，避免堵塞，以防止內(nèi)部過熱。

　　探頭保養(yǎng)：妥善保管探頭，避免彎折、擠壓或拉扯探頭電纜。定期檢查探頭尖端是否磨損或損壞。

　　運(yùn)輸：在運(yùn)輸示波器時，應(yīng)使用原包裝或?qū)Ｓ冒b箱，并采取防震措施。

　　結(jié)語

　　示波器作為電子工程師的“眼睛”，其重要性不言而喻。從模擬示波器的陰極射線管到數(shù)字示波器的高速ADC和DSP，示波器技術(shù)不斷進(jìn)步，功能日益強(qiáng)大。深入理解示波器的工作原理、熟練掌握其使用方法，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景靈活運(yùn)用其高級功能，是每一位電子領(lǐng)域?qū)I(yè)人士必備的技能。通過示波器，我們可以洞察電信號的細(xì)微變化，揭示電路的奧秘，從而有效地進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試和故障排除。