一根煙的時(shí)間讓你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(duì)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，就抓緊跟著小編一起來(lái)學(xué)習(xí)一下吧~

首先示波器從設(shè)計(jì)原理上分為模擬示波器和數(shù)字示波器兩種，這個(gè)想必大家都清楚。最早出現(xiàn)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(nèi)部會(huì)產(chǎn)生周期性的鋸齒波信號(hào)來(lái)控制銀光平電子槍的水平偏轉(zhuǎn)，被測(cè)的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后控制熒光屏電子槍的垂直偏轉(zhuǎn)。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(shè)計(jì)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(hào)波形不會(huì)丟失、不存在死區(qū)時(shí)間等。而數(shù)字示波器雖然一開(kāi)始會(huì)存在這些問(wèn)題，但隨著現(xiàn)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(shù)字示波器的設(shè)計(jì)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(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而存儲(chǔ)到采集內(nèi)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(xiàn)，波形并不是實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在屏幕上的，而是經(jīng)過(guò)采集內(nèi)存之后又呈現(xiàn)在波形上的。因此如果整個(gè)采樣和轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)的話(huà)，就會(huì)產(chǎn)生較大的死區(qū)時(shí)間，所以在死區(qū)時(shí)間內(nèi)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(jiān)持認(rèn)為數(shù)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(duì)是致命硬傷。前面已經(jīng)提到，模擬示波器的輸入信號(hào)是放大后直接控制CRT顯示屏的電子槍偏轉(zhuǎn)。雖然放大器的帶寬可以越來(lái)預(yù)高，但是CRT電子槍的偏轉(zhuǎn)速度是有限的，對(duì)于高頻信號(hào)，電子槍的速度跟不上信號(hào)變化。因此，當(dāng)前模擬示波器帶寬真的很難做上去。二、無(wú)法存儲(chǔ)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(jī)拍照的，如果要測(cè)幅度、周期、上升時(shí)間，只能手動(dòng)去搞。要是想測(cè)相位差、功率這些，對(duì)于數(shù)字示波器這種只是勾選一下就能完成的事情，對(duì)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(wěn)定：畢竟是大量的模擬器件，時(shí)間長(zhǎng)了之后指標(biāo)就不穩(wěn)了，溫漂也要比數(shù)字示波器嚴(yán)重的多。在20世紀(jì)80年代開(kāi)始，數(shù)字示波器逐漸嶄露頭角。特別是隨著高速ADC芯片和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)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。現(xiàn)在市面上在售的示波器基本全都是數(shù)字示波器了。

這里要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)仍然是死區(qū)時(shí)間，這依賴(lài)的是數(shù)字示波器后面的處理和顯示速度。雖然在現(xiàn)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(biāo)叫做——波形刷新率。對(duì)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(shù)之一。波形刷新率越高，波形觀(guān)測(cè)的死區(qū)時(shí)間就小了好多。

不管怎么說(shuō)，數(shù)字示波器取代模擬示波器都是大勢(shì)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(shì)也會(huì)慢慢消失殆盡。