示波器大致可分為模擬、數(shù)字和組合三類。
模擬示波器采用的是模擬電路（示波管，其基礎(chǔ)是電子槍）電子槍向屏幕發(fā)射電子,發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束,并打到屏幕上。屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì),這樣電子束打中的點(diǎn)就會(huì)發(fā)出光來。
數(shù)字示波器是數(shù)據(jù)采集，A/D轉(zhuǎn)換，軟件編程等一系列的技術(shù)制造出來的高性能示波器。數(shù)字示波器一般支持多級(jí)菜單，能提供給用戶多種選擇，多種分析功能。還有一些示波器可以提供存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的保存和處理。
混合信號(hào)示波器則是把數(shù)字示波器對(duì)信號(hào)細(xì)節(jié)的分析能力和邏輯分析儀多通道定時(shí)測量能力組合在一起的儀器。
示波器工作原理是：利用顯示在示波器上的波形幅度的相對(duì)大小來反映加在示波器Y偏轉(zhuǎn)極板上的電壓最大值的相對(duì)大小，從而反映出電磁感應(yīng)中所產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的最大值的大小。因此借助示波器可以研究感應(yīng)電動(dòng)勢與其產(chǎn)生條件的關(guān)系。
示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不到的電信號(hào)變換成看得見的圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。
示波器利用狹窄的，由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可以產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。在被測信號(hào)的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線。
利用示波器能觀察各種不同電信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同信號(hào)的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。
雙蹤示波器是由兩個(gè)通道的y軸前置放大電路、門控電路、電子開關(guān)、混合電路、延遲電路、y軸后置放大電路、觸發(fā)電路、掃描電路、x軸放大電路、z軸放大電路、校準(zhǔn)信號(hào)電路、示波管和高低壓電源供給電路等組成。
觀察信號(hào)波形時(shí)，被測信號(hào)ＵＡ、ＵＢ，通過ＣＨＡ、ＣＨＢ兩個(gè)輸入端輸入示波器，先分別送到y(tǒng)軸前置放大電路yＡ和yＢ進(jìn)行放大。因通道yＡ和通道yＢ都受電子開關(guān)的控制，所以ＵＡ，ＵＢ兩信號(hào)輪換著輸送到后面的混合電路，延遲電路，y軸后置放大電路，加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上。
為了適應(yīng)各種不同的測試需要，電子開關(guān)可有五種不同的工作狀態(tài)，即ＣＨＡ、ＣＨＢ、交替、斷續(xù)、ＡＤＤ等。這五種工作狀態(tài)由顯示方式開關(guān)來控制。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于交替位置時(shí)，電子開關(guān)為一雙穩(wěn)態(tài)電路。它受由掃描電路來得閘門信號(hào)控制，使得y軸兩個(gè)前置通道隨著掃描電路閘門信號(hào)的變化而交替地工作。每秒鐘交替轉(zhuǎn)換次數(shù)與由掃描電路產(chǎn)生的掃描信號(hào)的重復(fù)頻率有關(guān)。交替工作狀態(tài)適用于觀察頻率不太低的被測信號(hào)。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于斷續(xù)位置時(shí)，電子開關(guān)是一振蕩頻率約為２００ＫＨＺ的自激多諧振蕩電路。由它的兩個(gè)輸出端輸出相位相反的兩個(gè)矩形信號(hào)。前置放大電路ＣＨＡ和ＣＨＢ是受上述兩個(gè)矩形信號(hào)控制而輪流工作的。這樣就可以穩(wěn)定地顯示出兩個(gè)信號(hào)。這種斷續(xù)工作狀態(tài)適用于觀察頻率不太高的被測信號(hào)開關(guān)為一單穩(wěn)態(tài)電路。前置放大電路ＣＨＡ或ＣＨＢ可單獨(dú)工作，此時(shí)，雙蹤示波器可作為普通單線示波器使用。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于ＡＤＤ位置時(shí)，電子開關(guān)處于不工作狀態(tài)。此時(shí)，ＣＨＡ，ＣＨＢ兩通道同時(shí)工作，因而可得到兩信號(hào)相加或兩信號(hào)相減的顯示。然而，兩信號(hào)究竟是相加還是相減，這要通過ＣＨＡ通道的極性作用開關(guān)來選擇。
為了觀察被測試信號(hào)隨時(shí)間變化的波形，示波器的水平偏轉(zhuǎn)板上必須加以線性掃描電壓（鋸齒波電壓）。這個(gè)掃描電壓是由掃描電路產(chǎn)生的。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)加到觸發(fā)電路時(shí)，觸發(fā)掃描電路就產(chǎn)生相應(yīng)的掃描信號(hào)，當(dāng)不加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，掃描電路就不產(chǎn)生掃描信號(hào)。
觸發(fā)方式有內(nèi)觸發(fā)，外觸發(fā)兩種，由觸發(fā)源選擇開關(guān)來選擇，當(dāng)該開關(guān)置于內(nèi)的位置時(shí)，觸發(fā)信號(hào)來自經(jīng)y軸通道送入的被測信號(hào)，當(dāng)該開關(guān)置于外的位置時(shí)，觸發(fā)信號(hào)是由外部送入的。這個(gè)信號(hào)應(yīng)與被測信號(hào)的頻率成整數(shù)比的關(guān)系。示波器使用中，多數(shù)采用內(nèi)觸發(fā)工作方式。
掃描電路產(chǎn)生掃描信號(hào)（鋸齒波電路）。通過x軸選擇開關(guān)接到x軸放大電路，經(jīng)放大后送到示波器的x軸偏轉(zhuǎn)板上。
Z軸放大電路對(duì)熒光屏上光點(diǎn)輝度起著調(diào)節(jié)的作用，抹去不必要顯示的光點(diǎn)軌跡。當(dāng)掃描電路的閘門信號(hào)來到z軸放大電路時(shí)，z軸放大電路便輸出正向的增輝脈沖信號(hào)，加至示波器的控制極。這就是說，在掃描信號(hào)的正程時(shí)，熒光屏上的光點(diǎn)得以增輝，在電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程中，電子開關(guān)電路將輸出脈沖信號(hào)也加至z軸放大電路，此時(shí)z軸放大電路便輸出負(fù)向脈沖信號(hào)，加至示波器的控制極。這樣在電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程中，就消除了兩通道交替工作時(shí)的過度光點(diǎn)，以提高顯示波形的清晰度
校正信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個(gè)一定頻率和幅度的矩形信號(hào)。它是作校正y軸放大電路的靈敏度和x軸的掃描速度之用的。
高低壓電源，其中高壓是供給示波管顯示系統(tǒng)的。低壓供給示波器各級(jí)電路
選擇示波器，除了考慮帶寬、分辨率、采樣率外。還要關(guān)注觸發(fā)方式、時(shí)鐘周期、任意波形發(fā)生器、外部觸發(fā)輸入因素。
一、觸發(fā)方式
正確地觸發(fā)您的示波器可以讓您獲得更加有用的波形。最基本的觸發(fā)是一個(gè)“上升沿”或者“下降沿”，這個(gè)大部分人都會(huì)知道的。是否要選用一個(gè)更加高級(jí)的觸發(fā)方式，這個(gè)是根據(jù)使用方案和示波器的一下其他的特征來考慮的。如果你有一個(gè)非常長的緩存深度或者是快速記錄一系列波形的能力，你可能就能使用一些基本的觸發(fā)，因?yàn)槟憧梢暂p易地將那些你不要的波形去除掉。如果你的緩存深度不夠，那你就需要選擇一個(gè)在確定的時(shí)間里的觸發(fā)。在我詳細(xì)地介紹其他的方式之前，我想要提示的是你有時(shí)候也可以利用外部的設(shè)備來觸發(fā)。比如說，你也許有一個(gè)擁有無比優(yōu)越的觸發(fā)機(jī)制的邏輯分析儀，當(dāng)這個(gè)邏輯分析儀有一個(gè)“外部觸發(fā)”，那你就可以用你的邏輯分析儀來觸發(fā)你的示波器。
下面開始介紹其他的觸發(fā)方法。有很多辦法來尋找一些“異常的”脈沖，比如找一些比某些長度短的或者長的錯(cuò)誤或者一個(gè)比規(guī)則的高度低的脈沖（也叫矮脈沖）。通過了解你的示波器的觸發(fā)和增加一些創(chuàng)意，你可以把更多的錯(cuò)誤找出來并修正。比如說，在對(duì)一個(gè)嵌入式的控制器進(jìn)行檢錯(cuò)并修正的時(shí)候，在一個(gè)任務(wù)進(jìn)行的時(shí)候你可以將它緊緊地與某一個(gè)I/O口相連接。在運(yùn)用觸發(fā)來尋找“丟失脈沖”的時(shí)候，你可以在你的系統(tǒng)有沖擊的時(shí)候來觸發(fā)你的示波器，可以嘗試著看一看這個(gè)錯(cuò)誤是否是一個(gè)電源引起的錯(cuò)誤。
如果你是在操作一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，一定要看一些那些可以在很多協(xié)議上工作的觸發(fā)。比如，有些示波器就有這個(gè)性能，但是你將會(huì)需要一個(gè)附加的功能來對(duì)這些協(xié)議進(jìn)行解碼。事實(shí)上，大多數(shù)的臺(tái)式示波器看起來都有這個(gè)性能，你只需要付額外的錢來使用它。
二、時(shí)鐘周期
在實(shí)際的應(yīng)用中，你可能會(huì)需要跟外部設(shè)備同步采樣率。示波器將會(huì)有兩個(gè)功能去做這個(gè)。一個(gè)是將會(huì)從示波器輸出一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，另一個(gè)將會(huì)允許你把一個(gè)外部的時(shí)鐘添加到示波器中。一個(gè)常見的應(yīng)用是在多個(gè)示波器中同步捕獲的信號(hào)。你可以在任何你想要用一個(gè)同步捕獲辦法的應(yīng)用中使用這個(gè)。例如，當(dāng)你想要把示波器當(dāng)作是單數(shù)據(jù)速率的一部分的時(shí)候，你也許想要采樣的信號(hào)跟一個(gè)重新獲得的時(shí)鐘同步。這個(gè)輸入的時(shí)鐘的周期經(jīng)典值是10MHz，雖然一些設(shè)備會(huì)允許你在幾個(gè)可選的頻率中選擇。如果這個(gè)時(shí)鐘源是其他設(shè)備的任何東西，你也許不得不做一些時(shí)鐘條件去將它變成一個(gè)時(shí)鐘源邊緣。
三、任意波形發(fā)生器（AWG）
這個(gè)嚴(yán)格上不是一個(gè)示波器必備的功能，但是一些包括發(fā)生器的示波器也是值得選擇的。這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的“信號(hào)發(fā)生器”，它可以生成例如正弦函數(shù)、方波和三角波等波形函數(shù)。一個(gè)更加優(yōu)越的叫做任意波形發(fā)生器的功能，讓你可以生成任何你想要的波形。以前有一個(gè)非常古老的示波器叫做HS801也有這樣的任意波形發(fā)生器的功能?？刂栖浖梢宰屗浅］p易地生成正弦函數(shù)、方波和三角波，還有一些其他的波形。但是，生成任意波形的唯一的辦法是將你在其他的應(yīng)用中創(chuàng)造的波形文件下載下來，這就意味著我根本就沒有用到“任意”的這一部分的功能。所以這里就有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)是一旦你想要購買一個(gè)AWG的時(shí)候，請(qǐng)記住一定要確保它的軟件是可以使用功能的。AWG也許也有一些其他的不同的特殊的功能，比如尋找跟隨著采樣率變化的最大的模擬帶寬。請(qǐng)記住一個(gè)特殊的規(guī)律：一個(gè)200MS/s的數(shù)模轉(zhuǎn)換速率可以假定擁有一個(gè)100MHz的模擬帶寬，但是這個(gè)信號(hào)基本是沒有用的。你可以生成某個(gè)頻率的正弦信號(hào)，甚至你可以生成一個(gè)更低頻率的正弦波（比如10MHz），它看起來是完美的，因?yàn)镈AC的濾波器對(duì)這樣的高頻率會(huì)有一個(gè)平滑的作用。
更好的系統(tǒng)將會(huì)有一個(gè)低通濾波器去約束諧波，利用的是幾倍于輸出的濾波器平滑的DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣率。在pico的示波器6403D中，我使用了一個(gè)可以生成20MHz信號(hào)但是擁有200MS/s的數(shù)模轉(zhuǎn)換采樣率。相似的，也有HS5-530也有30MHz的信號(hào)帶寬，也相似地應(yīng)用了240MS/s的采樣率。一個(gè)5到10倍于模擬帶寬的采樣率看起來是比較標(biāo)準(zhǔn)的。
在示波器上添加AWG功能開啟了一些其他的新的有用的功能。當(dāng)實(shí)行一系列的協(xié)議解碼的時(shí)候，你可能會(huì)想要知道當(dāng)波特率輕微的變化的時(shí)候發(fā)生了什么事。你可以快速地通過重復(fù)記錄在示波器上的一系列的從AWG復(fù)制過來的數(shù)據(jù)包找到這個(gè)測試，并且調(diào)整AWG的采樣率去讓波特率輕微地降低或者是增加。
四、外部觸發(fā)輸入
大多數(shù)的示波器也有一個(gè)“外部觸發(fā)輸入”。這個(gè)外部的輸入不會(huì)在顯示屏上顯示但是可以用來進(jìn)行觸發(fā)。特別是這個(gè)意味著你的觸發(fā)通道不會(huì)跟你的數(shù)模轉(zhuǎn)換通道沖突。所以當(dāng)你想要一個(gè)通道上的完整的采樣率但是又不想觸發(fā)其他通道的說，你可以用“外部輸入”作為你的觸發(fā)。
大多數(shù)的示波器也有一個(gè)“外部觸發(fā)輸入”。這個(gè)外部的輸入不會(huì)在顯示屏上顯示但是可以用來進(jìn)行觸發(fā)。特別是這個(gè)意味著你的觸發(fā)通道不會(huì)跟你的數(shù)模轉(zhuǎn)換通道沖突。所以當(dāng)你想要一個(gè)通道上的完整的采樣率但是又不想觸發(fā)其他通道的說，你可以用“外部輸入”作為你的觸發(fā)。
示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測的交變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。
它是觀察數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問題、測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。
示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源組成。
1．1示波管
陰極射線管(CRT)簡稱示波管，是示波器的核心。它將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個(gè)真空玻璃殼內(nèi)，構(gòu)成了一個(gè)完整的示波管。
1．熒光屏
現(xiàn)在的示波管屏面通常是矩形平面，內(nèi)表面沉積一層磷光材料構(gòu)成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜。高速電子穿過鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點(diǎn)。
鋁膜具有內(nèi)反射作用，有利于提高亮點(diǎn)的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。
當(dāng)電子停止轟擊后，亮點(diǎn)不能立即消失而要保留一段時(shí)間。亮點(diǎn)輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過的時(shí)間叫做“余輝時(shí)間”。
余輝時(shí)間短于10μs為極短余輝，10μs—1ms為短余輝，1ms—0．1s為中余輝，0．1s-1s為長余輝，大于1s為極長余輝。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長余輝。
由于所用磷光材料不同，熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管，以保護(hù)人的眼睛。
2．示波管的電源
為使示波管正常工作，對(duì)電源供給有一定要求。規(guī)定第二陽極與偏轉(zhuǎn)板之間電位相近，偏轉(zhuǎn)板的平均電位為零或接近為零。
陰極必須工作在負(fù)電位上。柵極G1相對(duì)陰極為負(fù)電位(—30V~—100V)，而且可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)輝度調(diào)節(jié)。
陽極為正電位(約+100V~+600V)，也應(yīng)可調(diào)，用作聚焦調(diào)節(jié)。
第二陽極與前加速極相連，對(duì)陰極為正高壓(約+1000V)，相對(duì)于地電位的可調(diào)范圍為±50V。由于示波管各電極電流很小，可以用公共高壓經(jīng)電阻分壓器供電。
3．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子射線方向，使熒光屏上的光點(diǎn)隨外加信號(hào)的變化描繪出被測信號(hào)的波形。
Y1、Y2和Xl、X2兩對(duì)互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。Y軸偏轉(zhuǎn)板在前，X軸偏轉(zhuǎn)板在后，因此Y軸靈敏度高(被測信號(hào)經(jīng)處理后加到Y(jié)軸)。
兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓，使兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。
4．電子槍及聚焦
電子槍由燈絲(F)、陰極(K)、柵極(G1)、前加速極(G2)(或稱第二柵極)、陽極(A1)和第二陽極(A2)組成。它的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。燈絲通電加熱陰極，陰極受熱發(fā)射電子。
柵極是一個(gè)頂部有小孔的金屬園筒，套在陰極外面。由于柵極電位比陰極低，對(duì)陰極發(fā)射的電子起控制作用，一般只有運(yùn)動(dòng)初速度大的少量電子，在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔，奔向熒光屏。
初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過低，則全部電子返回陰極，即管子截止。
調(diào)節(jié)電路中的W1電位器，可以改變柵極電位，控制射向熒光屏的電子流密度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮點(diǎn)的輝度。
陽極、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個(gè)金屬圓筒。前加速極G2與A2相連，所加電位比A1高。G2的正電位對(duì)陰極電子奔向熒光屏起加速作用。
電子束從陰極奔向熒光屏的過程中，經(jīng)過兩次聚焦過程。次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的電子透鏡。
第二次聚焦發(fā)生在G2、A1、A2區(qū)域，調(diào)節(jié)第二陽極A2的電位，能使電子束正好會(huì)聚于熒光屏上的一點(diǎn)，這是第二次聚焦。
A1上的電壓叫做聚焦電壓，A1又被叫做聚焦極。有時(shí)調(diào)節(jié)A1電壓仍不能滿足良好聚焦，需微調(diào)第二陽極A2的電壓，A2又叫做輔助聚焦極。
1.2示波器的基本組成
從上一小節(jié)可以看出，只要控制X軸偏轉(zhuǎn)板和Y軸偏轉(zhuǎn)板上的電壓，就能控制示波管顯示的圖形形狀。
我們知道，一個(gè)電子信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)f(t)，它隨時(shí)間的變化而變化。
因此，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)與時(shí)間變量成正比的電壓，在y軸加上被測信號(hào)(經(jīng)過比例放大或者縮小)，示波管屏幕上就會(huì)顯示出被測信號(hào)隨時(shí)間變化的圖形。
電信號(hào)中，在一段時(shí)間內(nèi)與時(shí)間變量成正比的信號(hào)是鋸齒波。
它由示波管、Y軸系統(tǒng)、X軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)和電源等五部分組成。
被測信號(hào)①接到“Y"輸入端，經(jīng)Y軸衰減器適當(dāng)衰減后送至Y1放大器(前置放大)，推挽輸出信號(hào)②和③。
經(jīng)延遲級(jí)延遲Г1時(shí)間，到Y(jié)2放大器。放大后產(chǎn)生足夠大的信號(hào)④和⑤，加到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上。
為了在屏幕上顯示出完整的穩(wěn)定波形，將Y軸的被測信號(hào)③引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路;
在引入信號(hào)的正(或者負(fù))極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥，啟動(dòng)鋸齒波掃描電路(時(shí)基發(fā)生器)，產(chǎn)生掃描電壓⑦。
由于從觸發(fā)到啟動(dòng)掃描有一時(shí)間延遲Г2，為保證Y軸信號(hào)到達(dá)熒光屏之前X軸開始掃描，Y軸的延遲時(shí)間Г1應(yīng)稍大于X軸的延遲時(shí)間Г2。
掃描電壓⑦經(jīng)X軸放大器放大，產(chǎn)生推挽輸出⑨和⑩，加到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上。
z軸系統(tǒng)用于放大掃描電壓正程，并且變成正向矩形波，送到示波管柵極。這使得在掃描正程顯示的波形有某一固定輝度，而在掃描回程進(jìn)行抹跡。
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