示波器基礎(chǔ)二十問(下）

目錄

第十一問： 示波器的測(cè)量方法——光標(biāo)測(cè)量

第十二問： 示波器的測(cè)量方法——自動(dòng)測(cè)量

第十三問： 介紹常用的測(cè)量類型（一）

第十三問： 介紹常用的測(cè)量類型（二）

第十四問： 示波器垂直系統(tǒng)——什么是輸入耦合？

第十五問： 示波器垂直系統(tǒng)——什么是帶寬限制？

第十六問： 示波器垂直系統(tǒng)——探頭設(shè)置

第十七問： 示波器水平系統(tǒng)——采樣模式的選擇

第十八問： 示波器水平系統(tǒng)——什么是ZOOM模式

第十九問： 示波器水平系統(tǒng)——什么是滾屏（Roll）模式

第二十問： 示波器水平系統(tǒng)——什么是XY模式

第十一問： 示波器的測(cè)量方法——光標(biāo)測(cè)量

示波器發(fā)展到現(xiàn)階段，已經(jīng)不僅僅是在調(diào)試過程中觀察波形，更重要的是能很好的測(cè)量一些參數(shù)幫助大家優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，那么如何使用示波器來進(jìn)行測(cè)量呢？

示波器常用的測(cè)量方法有三種：

刻度測(cè)量：像傳統(tǒng)的模擬示波器，根據(jù)視覺上波形所占格數(shù)進(jìn)行評(píng)估，估測(cè)的準(zhǔn)確度很低，只能做一些簡(jiǎn)單的定性分析。

光標(biāo)測(cè)量：光標(biāo)測(cè)量的原理很簡(jiǎn)單，通過移動(dòng)總是成對(duì)出現(xiàn)的光標(biāo)并從讀取它們的數(shù)值從而進(jìn)行測(cè)量，光標(biāo)測(cè)量雖然也是人為手動(dòng)測(cè)量，會(huì)引入一定的人為誤差，但是相對(duì)噪聲較大的信號(hào)來說，光標(biāo)測(cè)量可以人為的去忽略這部分噪聲，更能把握波形重點(diǎn)。下面來演示下光標(biāo)測(cè)量：

演示1 （測(cè)量信號(hào)的峰峰值）

演示2（測(cè)量信號(hào)的周期）

第三種就是接下來要介紹的：自動(dòng)測(cè)量。

第十二問： 示波器的測(cè)量方法——自動(dòng)測(cè)量

當(dāng)示波器正確捕獲波形后，示波器可以對(duì)波形參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，測(cè)量項(xiàng)包括信號(hào)的頻率、周期、幅度、相位等一系列參數(shù)。一般有以下幾個(gè)操作步驟：

（1）打開測(cè)量菜單“測(cè)量”、“Measure”或“Meas”

（2）選擇測(cè)量源，也就是選擇要測(cè)量的通道(Ch1、Ch2、Ch3、Ch4)。

（3）選擇測(cè)量項(xiàng)。

下面以三款示波器為例，列舉示波器進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量的方法。

a、便攜示波器

（1）選擇面板上的“測(cè)量（Measure）”鍵， 顯示測(cè)量菜單。

(2)按“添加測(cè)量”。

(3)旋轉(zhuǎn)多功能旋鈕a選擇特定的測(cè)量。

b、手持示波器

（1）選擇面板上的“測(cè)量（Measure）”鍵， 顯示測(cè)量菜單。

（2）屏幕彈出測(cè)量類型菜單，按通道按鍵Ch1或Ch2選擇測(cè)量源點(diǎn)擊觸摸屏，選擇所需的測(cè)量類型。

第十三問： 介紹常用的測(cè)量類型（一）

上面已經(jīng)講到了示波器的幾種測(cè)量方法，那么獲取的測(cè)量結(jié)果代表信號(hào)什么樣的信息呢？這兩節(jié)將對(duì)部分最常用的測(cè)量類型進(jìn)行介紹。

上面是示波器的全測(cè)量結(jié)果：

頻率和周期：如果信號(hào)是重復(fù)的，那么它就會(huì)有重復(fù)的頻率。頻率用赫茲(Hz)表示，代表信號(hào)本身在一秒鐘內(nèi)重復(fù)的次數(shù)，稱為每秒周期數(shù)。 重復(fù)的信號(hào)還有周期，即信號(hào)完成一個(gè)周期所需要的時(shí)間。

周期和頻率是倒數(shù)關(guān)系：周期=1/頻率 ；頻率=1/周期，例如上圖中，正弦波的頻率為50Hz，周期是20ms。

接下來的一些參數(shù)稍微復(fù)雜，我這里引入一個(gè)特殊波形方便理解

高值：整個(gè)波形中，取為100%的值，使用最小/最大法或矩形圖形法來計(jì)算

低值：整個(gè)波形中，取為0%的值，使用最小/最大法或矩形圖形法來計(jì)算

幅值：整個(gè)波形中測(cè)量，幅值=高（100%）-低（0%）

最大值：在整個(gè)波形中測(cè)量到的最高正峰值

最小值：在整個(gè)波形中測(cè)量到的最高負(fù)峰值

峰-峰值：整個(gè)波形測(cè)量中，峰-峰值=最大值-最小值

正向超調(diào)：正向超調(diào)=[ ( 最大值 - 高值 ) / 幅值 ]*100%

負(fù)向超調(diào)：正向超調(diào)=[ ( 低值 - 最小值 ) / 幅值 ]*100%

第十三問： 介紹常用的測(cè)量類型（二）

上升時(shí)間：波形第一個(gè)脈沖上升沿從幅值的10%上升到90%所需的時(shí)間

下降時(shí)間：波形第一個(gè)脈沖下降沿從幅值的90%下降到10%所需的時(shí)間

正脈沖寬度：波形中第一個(gè)正脈沖的測(cè)量值，取兩個(gè)50%幅值點(diǎn)之間的時(shí)間

負(fù)脈沖寬度：波形中第一個(gè)負(fù)脈沖的測(cè)量值，取兩個(gè)50%幅值點(diǎn)之間的時(shí)間

正占空比：波形的第一個(gè)周期的測(cè)量值——

正占空比=（波形正脈寬 / 周期）*100%

負(fù)占空比：波形的第一個(gè)周期的測(cè)量值——

負(fù)占空比=（波形負(fù)脈寬 / 周期）*100%

延遲：可以測(cè)量某個(gè)通道內(nèi)部，或者通道間上升沿或下降沿之間的時(shí)沿，有多種有效的測(cè)量組合。

其他常見的測(cè)量值

平均值：整個(gè)波形的算術(shù)平方根

周期平均值：波形第一個(gè)周期的算術(shù)平方根

均方根：整個(gè)波形的實(shí)際均方根

周期均方根：波形第一個(gè)周期的時(shí)基均方根值

第十四問： 示波器垂直系統(tǒng)——什么是輸入耦合？

在前面的內(nèi)容里，我們有談到示波器的設(shè)置，里面講到了簡(jiǎn)單的波形調(diào)整（時(shí)基和幅度），其實(shí)示波器還有一些更復(fù)雜更有用的設(shè)置，下面我將分別介紹這些設(shè)置的含義和用途，希望能幫助大家更好的掌握。

耦合方式：耦合是指把電信號(hào)從一條電路接到另一條電路使用的方法。在這種情況下，輸入耦合方式是指外部信號(hào)從示波器輸入端口進(jìn)入到內(nèi)部電路的耦合方式。有以下三種方式：

直流（DC）耦合：顯示原始輸入信號(hào)的所有分量。

交流（AC）耦合：濾除輸入信號(hào)中的直流分量，只顯示交流分量。例如測(cè)試電源紋波。 （可以看到以零伏為中心的波形）

接地（GND）耦合：示波器自身斷開外部信號(hào)，將內(nèi)部信號(hào)輸入端接地。（可以看到零伏位于屏幕上的哪個(gè)位置）

下圖中，我將通道1、2、3接上同一個(gè)疊加直流分量的交流信號(hào)，

通道1選擇直流（DC）耦合，

通道2選擇交流（AC）耦合，

通道3選擇接地（GND）耦合。

第十五問： 示波器垂直系統(tǒng)——什么是帶寬限制？

帶寬限制通常是人為的將高帶寬示波器限制在較低的帶寬，以濾除高頻的信號(hào)。我們通過限制帶寬，可以降低顯示的波形上有時(shí)出現(xiàn)的噪聲，得到更干凈的畫面信號(hào)。另外在消除噪聲的同時(shí)，帶寬限制還會(huì)降低或消除高頻信號(hào)部分。

常見的有 全帶寬、20M，部分機(jī)器上也有 高通濾波和低通濾波。

第十六問： 示波器垂直系統(tǒng)——探頭設(shè)置

在一般的示波器電壓探頭上，我們經(jīng)常見有下圖中這種X1檔和X10檔選擇的小開關(guān)，另外在示波器內(nèi)部的設(shè)置上，也經(jīng)常有看到探頭選擇的菜單。那么這些設(shè)置到底有什么意義呢？

探頭檔位開關(guān)：

示波器探頭比例設(shè)置：

如果我們將探頭上的衰減倍率當(dāng)作是除，那么示波器通道菜單里的探頭倍率可以比作除。

例如：被測(cè)電壓是10V，探頭的衰減檔位為X10，那么經(jīng)過探頭的到達(dá)示波器的電壓就是1V。如果在示波器通道里設(shè)置探頭比例為10X，那么示波器顯示的測(cè)量值就是10V，同理，如果示波器的探頭比例是1X，示波器顯示測(cè)量值就是1V。

所以只有當(dāng)探頭上的衰減倍率和示波器通道菜單里的探頭比例相符的情況下，才會(huì)顯示正確的測(cè)量結(jié)果。

附：

這里延伸一下，一般在首次購買示波器時(shí)，或是將不同品牌的探頭和示波器混用時(shí)，都會(huì)涉及到探頭補(bǔ)償問題，去年也有提到過，那么有沒有朋友想過探頭補(bǔ)償?shù)脑砟兀?/p>

X1檔位下的探頭可以比作是一段同軸電纜，所以X1檔位下不需要進(jìn)行補(bǔ)償，可以用來觀察低頻的正弦波，但是不適用于測(cè)量數(shù)字電路，因?yàn)橥S電纜會(huì)有一定的電容（比較典型的是50pF/英尺）和電感，但只有很小的電阻，因此這是一個(gè)有很小阻尼的諧振電路。如果讓有著快速上升沿的數(shù)字信號(hào)通過它，信號(hào)會(huì)有“振鈴”現(xiàn)象。

第十七問： 示波器水平系統(tǒng)——采樣模式的選擇

水平系統(tǒng)除了之前提到的水平位置和水平刻度之外，還包括采樣模式、存儲(chǔ)深度，滾屏模式、ZOOM模式以及XY模式。其中說到采樣模式，在前面解答采樣率概念問題時(shí)，我們對(duì)采樣的原理進(jìn)行的說明。

采樣模式控制著怎樣在樣點(diǎn)中生成波形點(diǎn)，理解這句話需要先明白幾個(gè)概念：

1. 樣點(diǎn)：將波形數(shù)字化得到的數(shù)字值；
2. 采樣間隔：指這些樣點(diǎn)之間的時(shí)間；
3. 波形點(diǎn)：最終構(gòu)建波形的數(shù)字值；
4. 波形間隔：波形點(diǎn)之間的時(shí)間值差。

理解了這四個(gè)概念，也就理解了各個(gè)采樣方式的區(qū)別，下面具體介紹下最常用的幾種采樣方式。

A、 正常采樣：最簡(jiǎn)單最常用的采樣模式，每個(gè)采樣間隔示波器會(huì)儲(chǔ)存一個(gè)采樣點(diǎn)作為波形顯示的一個(gè)點(diǎn)；

B、 平均采樣：平均模式下，示波器也是采樣正常采樣的模式，在每一個(gè)采樣間隔會(huì)存儲(chǔ)一個(gè)采樣點(diǎn)，然后進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的多次平均，生成最終的顯示波形。這種模式可以在不損失帶寬的情況下減少噪聲，有利于對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波測(cè)量。

C、 峰值采樣：示波器保存兩個(gè)波形間隔期間獲得的最小值樣點(diǎn)和最大值樣點(diǎn)，使用這樣的樣點(diǎn)作為兩個(gè)對(duì)應(yīng)的波形點(diǎn)。峰值模式可以有效的觀察到偶爾發(fā)生的窄脈沖或者毛刺，但不能應(yīng)用于測(cè)量。

D、 包絡(luò)模式：包絡(luò)模式下可以看到數(shù)次采樣到的波形疊加效果，在指定的N次采集中，對(duì)每個(gè)相同位置捕獲其最大值和最小值加以顯示。包絡(luò)方式常用來觀察信號(hào)噪聲和抖動(dòng)現(xiàn)象。

第十八問： 示波器水平系統(tǒng)——什么是ZOOM模式

示波器可以通過各種各樣的視圖模式來觀察波形，其中就有ZOOM模式，那么在什么情況下，我們要用到ZOOM模式呢？

如果我們?cè)谒綍r(shí)基較大的情況下，截取了一屏密集的波形，然后想要在觀察其中一小部分波形細(xì)節(jié)的同時(shí)，又想知道它在整體的哪一個(gè)位置，這個(gè)時(shí)候就可以用ZOOM模式。下面貼個(gè)圖方便大家理解，上部分是整體的波形，下面是其中一小部分的波形細(xì)節(jié)。

第十九問： 示波器水平系統(tǒng)——什么是滾屏（Roll）模式

滾動(dòng)模式有幾個(gè)特點(diǎn)，理解了這幾個(gè)特點(diǎn)，也就明白了它的用途：

大時(shí)基檔位，連續(xù)采樣，無采樣死區(qū)，邊采樣變現(xiàn)實(shí)，不需要觸發(fā)，波形始終是滾動(dòng)狀態(tài)

通常用于低頻信號(hào)的顯示和觀察，具體如下圖

第二十問： 示波器水平系統(tǒng)——什么是XY模式

X-Y模式，通稱李沙育圖形

示波器的兩個(gè)通道各輸入一個(gè)信號(hào),在同一時(shí)刻,示波器把其中一個(gè)通道得到的值作為X軸值,另一個(gè)通道的值作為Y軸值,這兩個(gè)值形成的坐標(biāo)點(diǎn)上就會(huì)顯示一個(gè)波形點(diǎn),信號(hào)連續(xù)輸入,波形點(diǎn)軌跡就形成一個(gè)波形圖。

XY模式最常用是用來直觀的察看CH1和CH2信號(hào)的頻率比、相位差等參數(shù)。下圖給出了相位差測(cè)量的原理圖：

根據(jù)sinθ=A/B或C/D，其中θ為通道間的相差角，A，B，C，D的定義見上圖。因此可以得出相差角，即：

θ=±arcsin (A/B) 或±arcsin( C/D)

下面是相位差為90°的兩個(gè)正弦波，切換XY模式得到的圖形剛好是一個(gè)圓形: