示波器用來測量交流電或脈沖電流波的形狀的儀器，由電子管放大器、掃描振蕩器、陰極射線管等組成。除觀測電流的波形外，還可以測定頻率、電壓強(qiáng)度等。凡可以變?yōu)殡娦?yīng)的周期性物理過程都可以用示波器進(jìn)行觀測。
示波器分為數(shù)字示波器和模擬示波器。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。 而數(shù)字示波器則是數(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。
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)。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于ＣＨＡ或CＨＢ位置時(shí)，電子開關(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。
示波器使用前需要自校準(zhǔn)和需要探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)，執(zhí)行這種調(diào)節(jié)是使探頭匹配輸入通道。首次操作儀器時(shí)以及同時(shí)顯示多個(gè)輸入通道的數(shù)據(jù)時(shí)，可能需要在垂直和水平方向上校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以使時(shí)基、幅度和位置同步。例如，發(fā)生明顯溫度變化（>5°）時(shí)就需要進(jìn)行校準(zhǔn)?！ √筋^自校準(zhǔn)的操作步驟如下： 1、從通道輸入連接器上斷開任何探頭或電纜。確保儀器運(yùn)行并預(yù)熱一段時(shí)間。RFile（文件）菜單中，選擇Selfalignment（自校準(zhǔn)）?！ ?、在Control（控制）選項(xiàng)卡上，點(diǎn)擊StartAlignment（開始校準(zhǔn)）?！ ?、Ralignmentstate（整體校準(zhǔn)狀態(tài)）字段中。每個(gè)輸入通道各個(gè)校準(zhǔn)步驟的結(jié)果會(huì)顯示在Results（結(jié)果）選項(xiàng)卡中。 探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)的操作步驟如下： 1、將示波器探頭連接到通道，按前面板上的PRESET（預(yù)設(shè)）按鍵（左側(cè)面板設(shè)置區(qū)域中） 2、檢查所顯示波形的形狀 以上兩點(diǎn)看似簡單，但往往是工程師忽略的。為了使測量更精確，請(qǐng)一定要注意檢驗(yàn)。這兩個(gè)校準(zhǔn)功能在任何示波器都應(yīng)該有?！ ∠旅娼o大家介紹下在電源線測量檢定電源與其使用環(huán)境之間的交互情況?！ ∫⒁獾氖?，電源可以采用任何規(guī)格，從個(gè)人電腦中的小型風(fēng)扇盒，到工廠內(nèi)大小適中為設(shè)備提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，到為電話群和服務(wù)器群提供支持的大規(guī)模電源?！ ∶糠N電源都對(duì)饋電的輸入電源(一般是市政電源)有一定影響?！ 榇_定插入電源的影響，必須直接在輸入電源線上測量電源電壓和電流參數(shù)。
一、實(shí)時(shí)帶寬 1、對(duì)于示波器來說，帶寬通常是其測量頻率范圍。而頻譜儀則有中頻帶寬、分辨帶寬等帶寬定義。這里，我們以能對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析的實(shí)時(shí)帶寬作為討論對(duì)象?！ ?、對(duì)于頻譜儀來說，末級(jí)模擬中頻的帶寬通?？梢宰鳛槠湫盘?hào)分析的實(shí)時(shí)帶寬，大多數(shù)的頻譜分析的實(shí)時(shí)帶寬只有幾兆赫茲，通常較寬的實(shí)時(shí)帶寬通常為幾十兆赫茲，當(dāng)然目前帶寬最寬的FSW頻譜儀可以達(dá)到500兆赫茲。而示波器的實(shí)時(shí)帶寬為其實(shí)時(shí)取樣的有效模擬帶寬，一般為數(shù)百兆赫茲，高的可達(dá)數(shù)千兆赫茲?！ ?、這里需要指出的是，大多數(shù)的示波器在垂直刻度設(shè)置不同時(shí)，其實(shí)時(shí)帶寬可能并不一致，在垂直刻度設(shè)置到較為靈敏時(shí)，其實(shí)時(shí)帶寬通常會(huì)下降?！ ?、從實(shí)時(shí)帶寬來說，示波器普遍優(yōu)于頻譜儀，這對(duì)于某些超寬帶信號(hào)分析尤其有好處，特別是在調(diào)制分析上有著無可比擬的優(yōu)勢。 二、動(dòng)態(tài)范圍 1、動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)因其定義不同而有所不同，很多情況下，動(dòng)態(tài)范圍被描述為儀器測量最大信號(hào)和最小信號(hào)的電平差值。當(dāng)改變測量設(shè)置時(shí)，儀器測量大信號(hào)和小信號(hào)的能力是不一樣的，例如頻譜分析儀在衰減設(shè)置不一樣的情況下，其測量大信號(hào)所帶來的失真是不一樣的。在這里，我們討論儀器能夠同時(shí)測量大小信號(hào)的能力，即在不改變?nèi)魏螠y量設(shè)置的情況下，示波器和頻譜儀在合適設(shè)置情況下的較佳動(dòng)態(tài)范圍?！ ?、對(duì)于頻譜儀來說，在不考慮相位噪聲等近端噪聲和雜散情況下，平均噪聲電平、二階失真、三階失真是制約動(dòng)態(tài)范圍的最主要因素，以主流頻譜儀的技術(shù)指標(biāo)計(jì)算，其理想動(dòng)態(tài)范圍約為90dB（受二階失真限制）?！ ?、大多數(shù)的示波器由于受其AD有效取樣位數(shù)和噪聲底的限制，傳統(tǒng)示波器的理想動(dòng)態(tài)范圍通常不超過50dB。(對(duì)于R&SRTO示波器，在100KHzRBW時(shí)，其動(dòng)態(tài)范圍可高達(dá)86dB)。 4、從動(dòng)態(tài)范圍來看，頻譜儀要優(yōu)于示波器。但這里要指出的是，這對(duì)于常在信號(hào)的頻譜分析來說確實(shí)如此，然而示波器的頻譜是同一幀數(shù)據(jù)，頻譜儀的頻譜大多數(shù)情況下都不是同一幀數(shù)據(jù)，因而對(duì)于瞬變信號(hào)來說，頻譜儀可能無法測量到。而示波器發(fā)現(xiàn)瞬變信號(hào)（信號(hào)滿足動(dòng)態(tài)范圍的情況下）的概率要大得多?！ ?i>三、功率測量準(zhǔn)確度 對(duì)于頻域分析來說，功率測量準(zhǔn)確度是非常重要的技術(shù)指標(biāo)。無論是示波器還是頻譜儀，對(duì)功率測量準(zhǔn)確度的影響量都是非常多的，下面分別列出其主要的影響量： 1、對(duì)于示波器來說，功率測量準(zhǔn)確度的影響量有：端口不匹配引起的反射、垂直系統(tǒng)誤差、頻率響應(yīng)、AD量化誤差、校準(zhǔn)信號(hào)誤差等?！ ?、對(duì)于頻譜儀來說，功率測量準(zhǔn)確度的影響量有：端口不匹配引起的反射、參考電平誤差、衰減器誤差、帶寬轉(zhuǎn)換誤差、頻率響應(yīng)、校準(zhǔn)信號(hào)誤差等。 3、此處我們不對(duì)影響量進(jìn)行逐一分析比較，我們通過對(duì)1GHz頻率信號(hào)的進(jìn)行功率測量來對(duì)比，通過RTO示波器和FSW頻譜儀的測量對(duì)比可以看出，在1GHz處，示波器與頻譜儀的功率測量值僅相差0.2dB左右，這是非常好的測量準(zhǔn)確度指標(biāo)。因?yàn)轭l譜儀在1GHz處的測量準(zhǔn)確度是非常好的?！ ?、另外，在頻率范圍內(nèi)，示波器的頻率響應(yīng)指標(biāo)也是很好的，4GHz范圍內(nèi)不超過0.5dB，從這點(diǎn)來說，示波器甚至優(yōu)于頻譜儀的性能。
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