5分鐘讀懂示波器的工作原理

　　示波器是我們電子工程師的左膀右臂，把示波器玩好玩精是我們的必備技能之一。而古人早就教育我們不僅要知其然，更要知其所以然。因此僅僅會(huì )玩是不夠的，弄清楚示波器的工作原理對于更好地使用示波器來(lái)說(shuō)更是尤為重要。如果你還不明白示波器的工作原理到底是咋樣的，就抓緊跟著(zhù)小編一起來(lái)學(xué)習一下吧~

　　首先示波器從設計原理上分為模擬示波器和數字示波器兩種，這個(gè)想必大家都清楚。最早出現的示波器為模擬示波器，而今由于帶寬等問(wèn)題，模擬示波器已經(jīng)漸漸被淘汰。那模擬示波器的原理是怎么樣的呢?下面這張圖就可以很好的說(shuō)明：

　　模擬示波器內部會(huì )產(chǎn)生周期性的鋸齒波信號來(lái)控制銀光平電子槍的水平偏轉，被測的電壓信號經(jīng)過(guò)放大后控制熒光屏電子槍的垂直偏轉。這樣一來(lái)，光斑或者亮線(xiàn)就清楚的顯示在熒光屏上了，就是波形嘛。

　　是不是很簡(jiǎn)單?從設計理念上來(lái)分析，模擬示波器有許多不可比擬的好處，例如信號波形不會(huì )丟失、不存在死區時(shí)間等。而數字示波器雖然一開(kāi)始會(huì )存在這些問(wèn)題，但隨著(zhù)現在電子技術(shù)的大力發(fā)展，這種瑕疵已經(jīng)變得越來(lái)越小。那數字示波器的設計原理又是怎么樣的呢?

　　波形首先要通過(guò)探頭，經(jīng)由前端的放大器進(jìn)行放大，之后由模數轉換單元進(jìn)行轉換，進(jìn)而存儲到采集內存中，然后顯示到顯示器上。

　　在這一整個(gè)過(guò)程中，你不難發(fā)現，波形并不是實(shí)時(shí)呈現在屏幕上的，而是經(jīng)過(guò)采集內存之后又呈現在波形上的。因此如果整個(gè)采樣和轉換時(shí)間較長(cháng)的話(huà)，就會(huì )產(chǎn)生較大的死區時(shí)間，所以在死區時(shí)間內的波形就無(wú)法觀(guān)察到了。這也就是為什么很多人至今仍然堅持認為數字示波器不如模擬示波器好的原因所在。

　　模擬示波器的優(yōu)點(diǎn)毋庸贅述，實(shí)時(shí)性好、原理簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。但是本身的儀器原理也包含了終將會(huì )被時(shí)代拋棄的硬傷。大抵有以下幾條：

　　一、帶寬有限：這絕對是致命硬傷。前面已經(jīng)提到，模擬示波器的輸入信號是放大后直接控制CRT顯示屏的電子槍偏轉。雖然放大器的帶寬可以越來(lái)預高，但是CRT電子槍的偏轉速度是有限的，對于高頻信號，電子槍的速度跟不上信號變化。因此，當前模擬示波器帶寬真的很難做上去。二、無(wú)法存儲和分析：很多老工程師非常清楚，用模擬示波器保存波形是要拿相機拍照的，如果要測幅度、周期、上升時(shí)間，只能手動(dòng)去搞。要是想測相位差、功率這些，對于數字示波器這種只是勾選一下就能完成的事情，對于模擬示波器簡(jiǎn)直是體力活。三、觸發(fā)能力太弱：基本只能邊沿觸發(fā)吧。想脈寬觸發(fā)?斜率觸發(fā)?根本不可能!更不要開(kāi)個(gè)圖形來(lái)做模板觸發(fā)這種腦洞大開(kāi)的觸發(fā)方式了。四、性能不穩定：畢竟是大量的模擬器件，時(shí)間長(cháng)了之后指標就不穩了，溫漂也要比數字示波器嚴重的多。在20世紀80年代開(kāi)始，數字示波器逐漸嶄露頭角。特別是隨著(zhù)高速ADC芯片和數字處理技術(shù)的發(fā)展，數字示波器在帶寬、觸發(fā)、分析、顯示方面全面超越了模擬示波器?，F在市面上在售的示波器基本全都是數字示波器了。

　　這里要強調的一點(diǎn)仍然是死區時(shí)間，這依賴(lài)的是數字示波器后面的處理和顯示速度。雖然在現有的技術(shù)水平下仍然無(wú)法做到實(shí)時(shí)處理，但是處理的速度越快，丟失的波形就越少，有關(guān)這方面性能是指標叫做——波形刷新率。對于200MHz帶寬示波器來(lái)說(shuō)，幾乎所有的品牌都會(huì )配1G的采樣率，但是波形刷新率是更為重要的參數之一。波形刷新率越高，波形觀(guān)測的死區時(shí)間就小了好多。

　　不管怎么說(shuō)，數字示波器取代模擬示波器都是大勢所趨。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的階段，相信模擬示波器的價(jià)格優(yōu)勢也會(huì )慢慢消失殆盡。