正确使用示波器

今天我们就来聊聊“使用示波器的正确姿势”

我们都知道万用表（又称欧姆表）是工程师最常用的调试电路的工具，但万用表的功能非常有局限，如果你需要观察一些随时间变化的参量，比如频率、幅度、噪声等等，示波器就是最好的选择。

那我们先看看示波器是什么？主要的用途是什么？

示波器的主要用途就是将随时间变化的电信号以图形的方式画出来，多数的示波器是用时间为x轴，电压为y轴产生的二维图形。

横轴为时间，纵轴为电压

在示波器屏幕周边的控制按钮可以调节图形的显示比例，显示的横轴和纵轴刻度都能够调节，这样就可以对信号在时间和幅度两个维度进行缩放查看，还有可以调节“触发”的旋钮，帮助“稳定”波形的显示。

除了这些基础的功能之外，示波器还能够帮助工程师快速定量被测信号的频率、幅度以及其它的波形参数。总之示波器可以测试基于时间和基于电压的参数，如下：

基于时间的参数 : 频率和周期、占空比、上升时间和下降时间等

电压参数 : 幅度、最大电压、最小电压、平均电压等

那什么时候用示波器？

在调试电路的输入、输出以及中间系统的时候用以确定信号的频率和幅度，基于这些信息可以判断电路的工作是否正常。

确定电路中噪声的大小

判断波形的形状 – 正弦波、方波、三角波、锯齿波、复合波形等等

测量两个不同信号的相位差

示波器的选用依据

示波器的功能、性能、价格差别都非常大，示波器的选型需要根据使用的场景（考虑到将来所有可能的项目需求）并结合自己的预算进行选择，主要需要考虑的参数如下：

数字 vs. 模拟 – 早期的模拟示波器将输入的电压以电子束的方式直接打在显示屏上；数字示波器内部由微处理器控制，通过模数转换器（ADC）将输入的模拟信号进行量化，并经过一系列的处理后将量化的波形显示出来。一般来讲，早期的模拟示波器带宽相对较低，功能较少，但响应时间也许更快，且没有数字示波器由于采样带来的混叠频率，随着科技的发展目前主流的都已经是数字示波器，除非特殊的场合需要模拟示波器；

通道数 – 可以同时处理的模拟信号输入的数量，2通道最为常见，其次是4通道；

带宽 – 能够可靠测量的模拟信号的频率范围，一般以MHz为单位来表示，下面的图可以看出来如果模拟带宽不够对被测波形的影响。

模拟带宽对信号波形的影响

**取样率 ** – 这是数字示波器特有的指标，反映了对模拟信号以每秒多少次的速度进行采样。有的多通道示波器，当多个通道同时使用的时候采样率可能会降低，一般以MSa/S来表示，示波器的最高采样率应该大于4倍的模拟带宽。

上升时间 – 示波器的上升时间决定了其能够测量的最快的上升脉冲，这个指标与带宽高度相关，可以用这个公式来换算：Rise Time = 0.35 / Bandwidth.

最大输入电压 – 每种电子产品都有其能够承受电压的最高极限，示波器的最高输入电压指的是，如果输入的信号电压超过这个值，极有可能会损毁示波器。

分辨率 – 表征了对输入电压的量化精度，一般高速的示波器都采用8bit的高速ADC对模拟信号进行量化采样。

垂直灵敏度 – 这个值表征了垂直显示的电压量程的最小和最大值，单位是伏/格。

时间基准 – 表征了水平的时间轴的灵敏度范围，单位是秒/格

输入阻抗 – 如果被测信号为很高频率的信号，即便是非常小的阻抗（电阻、电容、电感）叠加在电路上都会对信号带来比较大的影响。每一个示波器都会对测量的电路增加一定的阻抗，这个阻抗就是输入阻抗，它一般是比较大的电阻(>1 MΩ)与比较小的电容（在pF的范围）并联 (||). 在测量非常高频率的信号的时候输入阻抗的影响就变得比较明显，可以通过调节使用的探头来进行补偿。

以Rigol的DS1204B为例，看看这个示波器的各项指标：