學(xué)用示波器

示波器是設(shè)計(jì)和測(cè)試電子設(shè)備和器件最常用的工具。它們?cè)谂卸ㄏ到y(tǒng)器件是否正常方面扮演極為重要的角色，而且還能幫助確定新設(shè)計(jì)的元器件是否按照預(yù)想的方式進(jìn)行工作。示波器的功能遠(yuǎn)比數(shù)字萬(wàn)用表更強(qiáng)大，因?yàn)樗鼈兛梢杂^察電的實(shí)際情況。

本文簡(jiǎn)要介紹示波器原理，了解什么是示波器，以及如何操作示波器。我們將會(huì)探討示波器的應(yīng)用，并概括介紹其基本的測(cè)量和性能特征。本文還將介紹不同類型的探頭，并討論它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

  使用示波器9步走
電子信號(hào)的波形特性
示波器的一般外觀
示波器能測(cè)量什么

基本的四個(gè)前面板控制(垂直和水平控制、觸發(fā)控制及輸入控制)
示波器基本測(cè)量（峰峰值電壓、電壓有效值、脈寬、幅度和其它電壓測(cè)量）

示波器基本運(yùn)算功能
示波器的重要性能特性（帶寬、通道、采樣率、存儲(chǔ)深度、波形捕獲率）

示波器探頭（無(wú)源探頭、有源探頭、電流探頭）
6個(gè)示波器基本實(shí)驗(yàn)
#1：對(duì)正弦波執(zhí)行測(cè)量
#2：了解示波器觸發(fā)的基本知識(shí)
#3：觸發(fā)噪聲信號(hào)
#4：記錄和保存示波器測(cè)試結(jié)果
#5：補(bǔ)償 10:1 無(wú)源探頭
#6：使用內(nèi)置函數(shù)發(fā)生器生成波形
首先，這里有個(gè)簡(jiǎn)略版【使用示波器9步走】
把探頭插入示波器，并開(kāi)機(jī)。
確保打開(kāi)了正確的通道，并且關(guān)閉了其他通道。
將耦合方式設(shè)置為直流來(lái)查看整個(gè)信號(hào)，或者設(shè)置為交流來(lái)過(guò)濾直流成分。
確保探頭設(shè)置為正確的衰減比。
點(diǎn)擊觸發(fā)鍵。設(shè)置您的觸發(fā)事件和觸發(fā)源
通過(guò)連接接地鉤和探針，在內(nèi)置方波發(fā)生器端口測(cè)試和調(diào)試探頭。如果波形圖不是靜態(tài)的，可稍微調(diào)整觸發(fā)電平使其保持穩(wěn)定。
如需要，通過(guò)調(diào)節(jié)探頭螺絲來(lái)調(diào)整探頭內(nèi)置的補(bǔ)償電容器，直到方波的角度合適。如果您的示波器有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的話，可以直接使用“調(diào)節(jié)”按鈕。
現(xiàn)在可以開(kāi)始測(cè)量了。把探頭和接地夾連接到被測(cè)設(shè)備或組件上。
不要忘記使用示波器的顯示控制功能將波形居中顯示，并根據(jù)需求放大或縮小。

[/ol]接下來(lái)我們來(lái)看詳細(xì)教程。
示波器的主要用途是顯示電子信號(hào)。通過(guò)觀察示波器上顯示的信號(hào)，可以確定電子系統(tǒng)的某個(gè)元器件是否在正常工作。因此，要想了解示波器的工作方式，必須先要了解信號(hào)的基本示波器原理。

波形特性
電子信號(hào)會(huì)以波形或脈沖的形式出現(xiàn)。波形的基本特性包括：
幅度 - 在工程應(yīng)用中經(jīng)常使用的幅度定義主要有兩個(gè)。第一種通常稱為峰值幅度，定義為干擾信號(hào)的最大位移量。第二種是均方根（RMS）幅度。要計(jì)算波形的 RMS 電壓，必須將波形值平方并求出平均電壓，然后再求平方根。對(duì)正弦波來(lái)說(shuō)，RMS 幅度等于峰值幅度的 0.707 倍。
相移 - 相移是指兩個(gè)其他條件都相同的波形之間的水平位移量，以度或弧度為單位。正弦波的周期以 360 度來(lái)表示。因此，如果兩個(gè)正弦波相差半個(gè)周期，那么它們的相對(duì)相移就是 180 度。
周期 - 波形的周期是指波形重復(fù)出現(xiàn)一次所花費(fèi)的時(shí)間，以秒為單位。
頻率 - 每個(gè)周期性波形都有一個(gè)頻率。頻率是指波形在一秒內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)（如果使用 Hz 為單位）。頻率與周期互為倒數(shù)。


圖 1. 正弦波的峰值幅度和 RMS 幅度


圖 2. 三角波的周期

波形
波形是指波的形狀或圖像。波形可以提供許多有關(guān)信號(hào)的信息，例如，它可以告知電壓是否突然發(fā)生改變、呈線性變化或保持不變。標(biāo)準(zhǔn)的波形有很多種，本節(jié)僅介紹最常遇到的幾種。
正弦波 - 正弦波通常與交流（AC）電源有關(guān)，例如屋內(nèi)的電源插座。正弦波的峰值幅度并非一直恒定，如果峰值幅度會(huì)隨著時(shí)間不斷地下降，我們就稱這種波形為阻尼正弦波。


方波 / 矩形波 - 方波會(huì)在兩個(gè)不同的值之間周期性地跳動(dòng)，因此在高點(diǎn)和低點(diǎn)部分的長(zhǎng)度會(huì)相等。矩形波不同的地方在于高、低點(diǎn)部分的長(zhǎng)度并不相等。
三角波 / 鋸齒波 - 在三角波中，電壓會(huì)隨著時(shí)間呈線性變化。它的信號(hào)邊沿稱為斜波，這是因?yàn)槠洳ㄐ螘?huì)斜升或斜降到某個(gè)電壓。由于鋸齒波前面或后面的信號(hào)沿會(huì)隨著時(shí)間產(chǎn)生線性的電壓響應(yīng)，所以看起來(lái)與三角波類似。但對(duì)面的信號(hào)沿幾乎是立即下降的。
脈沖 - 脈沖是指突然出現(xiàn)在固定電壓中的干擾，就像在一個(gè)房間中突然打開(kāi)電燈，然后迅速熄滅電燈的情形。一連串的脈沖被稱為脈沖串。延續(xù)前面的比喻，這就好比不斷重復(fù)快速開(kāi)燈與關(guān)燈的動(dòng)作一樣。脈沖是信號(hào)中常見(jiàn)的毛刺或錯(cuò)誤波形。如果信號(hào)只傳送一條信息，那么脈沖也可看作是一個(gè)波形。

復(fù)合波

波形也可以是以上各種波形的混合。它們不一定要具備周期性，而且可以是非常復(fù)雜的波形。
模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的比較
模擬信號(hào)代表給定范圍內(nèi)的任意值。不妨想象一下模擬時(shí)鐘，時(shí)針每隔 12 個(gè)小時(shí)旋轉(zhuǎn) 1 周。在此期間，時(shí)針一直不斷移動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)讀值跳動(dòng)或不連續(xù)的情形�，F(xiàn)在將它與數(shù)字時(shí)鐘比較一下。數(shù)字時(shí)鐘僅顯示小時(shí)和分鐘，因此是以分鐘作為間隔時(shí)間。它會(huì)一下子從 11:54 跳至 11:55。數(shù)字信號(hào)同樣具備離散和量化的特性。通常，離散信號(hào)具有兩個(gè)可能的值（高或低，1 或 0 等），因此信號(hào)會(huì)在這兩個(gè)可能的值之間上下跳動(dòng)。
示波器的外觀
一般，現(xiàn)代示波器的外觀與圖 8 中的示波器相似。然而示波器種類繁多。盡管如此，大多數(shù)示波器都具備一些基本特性。多數(shù)示波器的前面板大致可分為幾個(gè)區(qū)域：通道輸入、顯示屏、水平控制、垂直控制以及觸發(fā)控制。如果示波器未配備 Microsoft Windows 操作系統(tǒng)，那么它很可能會(huì)提供一組功能鍵，用于控制屏幕上的菜單。
可以通過(guò)通道輸入接頭（即插入到探頭的連接器）把信號(hào)發(fā)送到示波器中。顯示屏是用來(lái)顯示這些信號(hào)的屏幕。水平和垂直控制區(qū)域包含了一些旋鈕和按鍵，可用于控制在顯示屏上的信號(hào)的水平軸（通常表示時(shí)間）和垂直軸（通常表示電壓）。觸發(fā)控制支持對(duì)示波器進(jìn)行設(shè)置，確定在何種條件下時(shí)基可以執(zhí)行采集任務(wù)。

圖 8. Keysight In?niiVision 2000 X 系列示波器的前面板
示波器的后面板如圖 9 所示。

圖 9. Keysight In?niium 9000 系列示波器的后面板
如圖所示，許多示波器都擁有與個(gè)人計(jì)算機(jī)相同的連通性，包括光盤驅(qū)動(dòng)器、CD-RW 驅(qū)動(dòng)器、DVD-RW 驅(qū)動(dòng)器、USB端口、串行端口，以及外部監(jiān)測(cè)器、鼠標(biāo)和鍵盤輸入等。

示波器可以測(cè)量什么

示波器是一種測(cè)試與測(cè)量?jī)x器，可顯示某個(gè)變量與另一個(gè)變量之間的關(guān)系。例如，它可以在顯示屏上繪制一個(gè)電壓（y 軸）—時(shí)間（x 軸）圖。圖 10 顯示了一個(gè)圖表示例。如果需要測(cè)試某個(gè)電子器件是否正常工作，這項(xiàng)功能會(huì)很有用。如果知道移除該器件之后信號(hào)的波形會(huì)發(fā)生什么變化，就可以利用示波器來(lái)查看這個(gè)器件是否在輸出正確的信號(hào)。
請(qǐng)注意，x 軸和 y 軸會(huì)以網(wǎng)格線分成一些格子�？梢岳�用這種網(wǎng)格線執(zhí)行手動(dòng)測(cè)量，但新型示波器能夠自動(dòng)執(zhí)行大多數(shù)的測(cè)量，并且得到更精確的結(jié)果。
示波器的功用不只是繪制電壓—時(shí)間圖。示波器提供多個(gè)輸入（也稱通道），每個(gè)通道都能獨(dú)立工作。因此，可以將通道 1 連接到某個(gè)器件，并將通道 2 連接到另一個(gè)器件。隨后，示波器可以繪出通道 1 與通道 2 分別測(cè)得的電壓之間的比較圖。該模式稱為示波器的 XY 模式，適用于繪制 I-V 圖或李薩如（Lissajous）圖。
根據(jù)李薩如（Lissajous）圖的形狀可以得知兩個(gè)信號(hào)之間的相位差與頻率比。圖 11 顯示了李薩如（Lissajous）圖及其代表的相位差/頻率比。

圖 10. 在示波器上顯示的方波的電壓－時(shí)間圖

圖 11.李薩如（Lissajous）圖形
示波器的使用范圍
凡是需要測(cè)試或應(yīng)用電子信號(hào)的公司幾乎都會(huì)用到示波器。因此，示波器的應(yīng)用范圍極為廣泛：
– 汽車技術(shù)人員通過(guò)示波器來(lái)診斷汽車的電氣問(wèn)題。
– 大學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用示波器向?qū)W生教授電子知識(shí)。
– 全球各地的研究組都擁有示波器。
– 手機(jī)制造商使用示波器來(lái)測(cè)試信號(hào)的完整性。
– 軍事和航空航天行業(yè)使用示波器來(lái)測(cè)試?yán)走_(dá)通信系統(tǒng)。
– 研發(fā)工程師使用示波器來(lái)測(cè)試和設(shè)計(jì)新的技術(shù)。
– 示波器也可用于一致性測(cè)試。例如，用于確保 USB 和 HDMI 的輸出符合某些標(biāo)準(zhǔn)。
示波器可以測(cè)什么
– 基本波形參數(shù)測(cè)量與電路異常診斷
– 高速信號(hào)完整性分析（眼圖、抖動(dòng)分析）
– 標(biāo)準(zhǔn)總線一致性分析（USB、PCle、DDR、HDMI等）
– 串行信號(hào)解碼（I2C 、 SPI 、 CAN等）
– 寬帶信號(hào)的調(diào)制分析（UWB 、雷達(dá)等）
示波器的用途十分廣泛，以上只是其中的幾種。它的確是一種功能強(qiáng)大的通用儀器。
基本的示波器控制與測(cè)量
基本的四個(gè)前面板控制
通常，必須使用前面板上的旋鈕和按鍵來(lái)操作示波器。除了前面板上提供的控制以外，許多高端示波器現(xiàn)在還配有操作系統(tǒng)，因此可以像計(jì)算機(jī)一樣來(lái)操作�？梢詾槭静ㄆ鬟B接鼠標(biāo)和鍵盤，并使用鼠標(biāo)通過(guò)顯示屏上的下拉式菜單和按鍵來(lái)調(diào)整控制。此外，有些示波器還配有觸摸屏，只需通過(guò)觸筆或指尖就能訪問(wèn)菜單。
當(dāng)?shù)谝淮问褂檬静ㄆ鲿r(shí)，請(qǐng)先檢查要使用的輸入通道是否已經(jīng)打開(kāi)。然后找到并按下 [Default Settings]，使示波器恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)。接著再按下 [Autoscale] 鍵，自動(dòng)設(shè)定垂直和水平刻度，以便在顯示屏上完美地呈現(xiàn)波形。以此作為起點(diǎn)，然后再做些必要的調(diào)整。如果無(wú)法追蹤到波形或在顯示波形方面出現(xiàn)困難，請(qǐng)重復(fù)以上步驟。大部分示波器的前面板都至少包括四個(gè)主要區(qū)域：垂直和水平控制，觸發(fā)控制以及輸入控制。
垂直控制
示波器的垂直控制結(jié)構(gòu)通常集中在一個(gè)標(biāo)示為 Vertical 的區(qū)域內(nèi)，這些控制結(jié)構(gòu)可以調(diào)整顯示屏的垂直刻度。例如，其中有一個(gè)控制機(jī)構(gòu)可以指定顯示屏網(wǎng)格的 y 軸上的每格（刻度）電壓。可以通過(guò)降低每格電壓來(lái)放大顯示波形，或提高每格電壓來(lái)縮小顯示波形。另外還有一個(gè)控制機(jī)構(gòu)可以調(diào)整波形的垂直偏移，它可以讓整個(gè)波形在顯示屏上往上或往下平移。圖 16 是Keysight In?niiVision 2000 X 系列示波器的垂直控制區(qū)域。

圖 16. Keysight In?niiVision 2000 X 系列示波器前面板上的垂直控制區(qū)域
水平控制

示波器的水平控制機(jī)構(gòu)通常集中在前面板上標(biāo)示為 Horizontal 的區(qū)域。這些控制機(jī)構(gòu)可以調(diào)整顯示屏的水平刻度。其中有一個(gè)控制機(jī)構(gòu)可以指定 x 軸的每格時(shí)間。同樣，只要減少每格時(shí)間，就可以放大顯示較窄時(shí)間范圍內(nèi)的波形。另外還有一個(gè)控制機(jī)構(gòu)可調(diào)整水平延遲（偏置），它可以掃描一個(gè)時(shí)間范圍。圖 17 是Keysight In?niiVision 2000 X 系列示波器的水平控制區(qū)域。

圖 17. Keysight In?niiVision 2000 X 系列示波器前面板上的水平控制區(qū)域
觸發(fā)控制
如前所述，在信號(hào)上進(jìn)行觸發(fā)有助于顯示一個(gè)穩(wěn)定、可用的波形，并可查看感興趣的波形部分。觸發(fā)控制可選擇垂直觸發(fā)電平（例如希望示波器觸發(fā)時(shí)所在的電壓）和不同的觸發(fā)功能。常見(jiàn)的觸發(fā)類型包括：
邊沿觸發(fā)
邊沿觸發(fā)是最常見(jiàn)的一種觸發(fā)模式。當(dāng)電壓越過(guò)某個(gè)閾值時(shí)，觸發(fā)就會(huì)發(fā)生�？梢赃x擇在上升沿或下降沿觸發(fā)。圖 18 是在上升沿觸發(fā)的圖形顯示。

圖 18. 當(dāng)在上升沿進(jìn)行觸發(fā)時(shí)，只要達(dá)到閾值，示波器就會(huì)進(jìn)行觸發(fā)
毛刺觸發(fā)
在毛刺觸發(fā)模式下，當(dāng)事件或脈沖寬度大于或小于指定的時(shí)間長(zhǎng)度時(shí)就會(huì)進(jìn)行觸發(fā)。這項(xiàng)功能對(duì)于發(fā)現(xiàn)隨機(jī)毛刺或錯(cuò)誤非常有用。如果這些毛刺不常出現(xiàn)，可能會(huì)很難看到，但只要使用毛刺觸發(fā)就可以捕獲到許多這類錯(cuò)誤。圖 19 是Keysight In?niiVision 6000 系列示波器捕獲到的一個(gè)毛刺。

圖 19. Keysight In?niiVision 6000 系列示波器捕獲到的一個(gè)偶發(fā)毛刺。
脈沖寬度觸發(fā)
當(dāng)尋找特定脈沖寬度時(shí)，脈沖寬度觸發(fā)與毛刺觸發(fā)類似。但這項(xiàng)觸發(fā)功能更普遍，因?yàn)榭梢栽谌魏沃付▽挾鹊拿}沖上觸發(fā)，并可選擇想要在脈沖的哪個(gè)極性（負(fù)或正）上觸發(fā)。也可以設(shè)定觸發(fā)的水平位置，以觀察觸發(fā)前后所發(fā)生的事。例如，可以執(zhí)行毛刺觸發(fā)來(lái)找出錯(cuò)誤，然后查看觸發(fā)前的信號(hào)以了解造成毛刺的原因。如果將水平延遲設(shè)置為 0，則觸發(fā)事件將會(huì)以水平方向出現(xiàn)在屏幕中間。在觸發(fā)之前發(fā)生的事件會(huì)出現(xiàn)在屏幕的左邊，在觸發(fā)之后立即發(fā)生的事件會(huì)出現(xiàn)在右邊。也可以設(shè)置觸發(fā)耦合，以及想要觸發(fā)的輸入信號(hào)源。不一定非得在信號(hào)上觸發(fā)，而是還可以在相關(guān)的信號(hào)上觸發(fā)。圖 20 是示波器前面板的觸發(fā)控制區(qū)域。

圖 20. Keysight In?niiVision 2000 X 系列示波器前面板上的觸發(fā)控制區(qū)域
輸入控制
示波器通常提供 2 或 4 個(gè)模擬通道。這些通道會(huì)加以編號(hào)，而且每個(gè)通道通常會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)相關(guān)的按鍵，供打開(kāi)或關(guān)閉通道。另外，也可以選擇指定的交流或直流耦合。如果選擇直流耦合，則輸入整個(gè)信號(hào)。反之，交流耦合會(huì)阻隔直流分量，并將波形的中心設(shè)在大約 0 V（接地）。此外，還可以通過(guò)選擇鍵為每個(gè)通道指定探頭阻抗。也可以通過(guò)輸入控制機(jī)構(gòu)選擇采樣類型。信號(hào)的采樣有兩種基本的方法：
實(shí)時(shí)采樣
實(shí)時(shí)采樣會(huì)對(duì)波形進(jìn)行頻繁的采樣，因此在每次采集時(shí)都能捕獲到完整的波形圖像。借助實(shí)時(shí)采樣功能，當(dāng)前的一些高性能示波器能夠單次捕獲高達(dá) 33-GHz 帶寬的信號(hào)。
等效時(shí)間采樣
等效時(shí)間采樣必須歷經(jīng)多次采集才能建立波形。它會(huì)在第一次采集時(shí)采樣信號(hào)的某個(gè)部分，在第二次采集時(shí)采樣另一部分，依此類推。隨后它會(huì)將所有的信息結(jié)合在一起以重建波形。等效時(shí)間采樣適用于高頻信號(hào)，這些信號(hào)對(duì)實(shí)時(shí)采樣來(lái)說(shuō)速度太快（>33 GHz）。
功能鍵
可以在未配備 Windows 操作系統(tǒng)的示波器上找到一些功能鍵（如圖 8 所示），利用這些功能鍵來(lái)訪問(wèn)示波器顯示屏上的菜單系統(tǒng)。圖 21 列舉了按下功能鍵時(shí)彈出的一種快捷菜單。該菜單用于選擇觸發(fā)模式�？梢赃B續(xù)按動(dòng)多功能鍵以切換不同的選項(xiàng)，或者利用前面板上的旋鈕轉(zhuǎn)到想要的選項(xiàng)。

圖 21. 在觸發(fā)菜單下，按下功能鍵時(shí)出現(xiàn)的 Trigger Type（觸發(fā)類型）菜單。
示波器的使用
數(shù)字示波器可以支持執(zhí)行廣泛的波形測(cè)量，測(cè)量的復(fù)雜程度和范圍取決于示波器的功能組合。圖 22 是Keysight 8000 系列示波器的空白屏面。請(qǐng)注意，在屏幕的最左邊有一排測(cè)量按鍵 / 圖標(biāo)，使用鼠標(biāo)將這些圖標(biāo)拖曳到波形上，示波器便可計(jì)算出測(cè)量結(jié)果。這些圖標(biāo)非常直觀地顯示了可以執(zhí)行哪一種測(cè)量計(jì)算，因此用起來(lái)非常方便。

圖 22. Keysight 示波器的空白屏面
許多示波器都會(huì)提供以下的基本測(cè)量：
峰峰值電壓測(cè)量
這項(xiàng)測(cè)量可以計(jì)算單個(gè)波形周期內(nèi)的高低電壓之間的電壓差。

圖 23. 峰峰值電壓
電壓有效值（RMS 電壓）測(cè)量
這項(xiàng)測(cè)量計(jì)算波形的 RMS 電壓，該值可進(jìn)一步用來(lái)計(jì)算功率。

圖 24. 上升時(shí)間示例（顯示峰峰值電壓從 0% 到 100% 所需的時(shí)間，而不是通常設(shè)置的 10% 到 90%）
上升時(shí)間 - 這項(xiàng)測(cè)量旨在計(jì)算信號(hào)從低電壓上升到高電壓所花的時(shí)間。通常是計(jì)算波形從峰峰值電壓的 10% 變到 90% 所用的時(shí)間。上升時(shí)間是上限閾值上的時(shí)間減去正在測(cè)量的邊緣的下閾值上的時(shí)間。下降時(shí)間相似，即下閾值上的時(shí)間減去正在測(cè)量的邊緣的上限閾值上的時(shí)間。

一旦已采集到信號(hào)并將其顯示在示波器上，下一步通常是在波形上進(jìn)行測(cè)量。示波器現(xiàn)在具備極其豐富內(nèi)置測(cè)量功能，能迅速分析波形。這些基本測(cè)量的范例包括：
脈寬測(cè)量
脈寬是從第一個(gè)上升沿的中間閾值到下一個(gè)下降沿的中間閾值的時(shí)間。在進(jìn)行正脈寬測(cè)量時(shí)，計(jì)算脈沖寬度的方法是，計(jì)算波形從峰峰值電壓的 50% 上升到最大電壓再回落到 50% 所需的時(shí)間。負(fù)脈寬測(cè)量則是計(jì)算波形從峰峰值電壓的 50% 降到最小電壓再回到 50% 所需的時(shí)間。

幅度和其它電壓測(cè)量
這是波形顯示幅度的測(cè)量。通常也可測(cè)量峰峰值電壓、最大電壓、最低電壓以及平均電壓。

周期 / 頻率：周期定義為中間閾值兩次連續(xù)交叉點(diǎn)電壓之間的時(shí)間。頻率定義為 1/周期。

以上是許多示波器都會(huì)提供的測(cè)量項(xiàng)目，但大多數(shù)示波器所能執(zhí)行的測(cè)量并不僅限于此。
示波器基本運(yùn)算功能
除了前面討論的測(cè)量功能以外，還可以針對(duì)波形執(zhí)行許多數(shù)學(xué)運(yùn)算，包括：包括：
- 傅立葉變換 - 通過(guò)傅立葉變換可以可知道信號(hào)由哪些頻率組成。
- 絕對(duì)值 - 此項(xiàng)運(yùn)算功能可以幫助顯示波形的絕對(duì)值（以電壓值表示）。
- 積分 - 這個(gè)功能可以計(jì)算波形的積分。
- 加減運(yùn)算 - 可以利用加減運(yùn)算將多個(gè)波形相加或相減，并示出運(yùn)算結(jié)果所產(chǎn)生的信號(hào)。
- 再次強(qiáng)調(diào)，以上只是示波器所提供的一小部分測(cè)量與運(yùn)算功能。

重要的示波器性能特性
示波器的許多特性都會(huì)明顯影響儀器的性能，進(jìn)而決定對(duì)設(shè)備做出準(zhǔn)確測(cè)試的能力。本節(jié)介紹這些最基本的特性，也會(huì)幫助熟悉示波器的術(shù)語(yǔ)，并說(shuō)明如何明智地挑選最符合需求的示波器。
示波器帶寬
帶寬是示波器的一項(xiàng)最重要特性，因?yàn)樗�表示了示波器在頻域內(nèi)的具體范圍。換言之，帶寬決定了能夠準(zhǔn)確顯示與測(cè)試的信號(hào)范圍（以頻率表示）。帶寬以赫茲為測(cè)量單位。沒(méi)有足夠的帶寬，示波器將無(wú)法準(zhǔn)確再現(xiàn)真實(shí)的信號(hào)。
示波器通道
通道是指示波器的獨(dú)立輸入。示波器通道的數(shù)量介于 2 到 20 個(gè)之間，通常是 2 或 4 個(gè)。通道所傳送的信號(hào)類型也不盡相同。有些示波器只具有模擬通道（這些儀器稱為 DSO――數(shù)字信號(hào)示波器），另一些示波器同時(shí)具有模擬通道和數(shù)字通道，稱為混合信號(hào)示波器（MSO）。例如， Keysight In?niiVision 系列 MSO 提供 20 個(gè)通道，其中 16 個(gè)是數(shù)字通道，4 個(gè)是模擬通道。請(qǐng)確保有足夠的通道供應(yīng)用使用。如果只有兩個(gè)通道，但必須同時(shí)顯示 4 個(gè)信號(hào)，顯然會(huì)出問(wèn)題。

圖 25. Keysight MSO 2000 系列示波器上的模擬和數(shù)字通道
示波器采樣率
示波器的采樣率是指每秒可采集的樣本數(shù)量。建議選擇采樣率至少比帶寬大 2.5 倍的示波器，但采樣率最好為帶寬的 3 倍以上。

示波器存儲(chǔ)深度
如前所述，數(shù)字示波器使用 A/D（模擬 /數(shù)字）轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入的波形進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)到示波器的高速存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)深度是指可以存儲(chǔ)的采樣或數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量，也就是可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)度。在理想條件下，不論示波器如何設(shè)置，采樣率都應(yīng)維持不變。但這樣的示波器在很大的每格時(shí)間（時(shí)間 / 格）設(shè)置下需要相當(dāng)大存儲(chǔ)器，而其售價(jià)將會(huì)超出許多客戶所能負(fù)擔(dān)的范圍。實(shí)際上，只要增加時(shí)間范圍，采樣率便會(huì)下降。存儲(chǔ)器深度至關(guān)重要，因?yàn)槭静ㄆ鞯拇鎯?chǔ)器深度越大，以全采樣速率來(lái)采集波形的時(shí)間就越久。我們可以用數(shù)學(xué)算式來(lái)表示：存儲(chǔ)器深度 =（采樣率）（顯示屏的時(shí)間設(shè)置范圍）。因此，如果想在較長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)顯示高分辨率數(shù)據(jù)點(diǎn)，那么就需要使用深存儲(chǔ)器。確認(rèn)示波器在最深的存儲(chǔ)器深度設(shè)置時(shí)的性能也很重要。在此模式下示波器的性能通常會(huì)急劇下降，因此許多工程師只有在必要的時(shí)候才會(huì)使用深存儲(chǔ)器。
波形捕獲率
捕獲率是指示波器采集和更新波形顯示的速率。雖然肉眼上看上去好像示波器正在顯示“作用中”的波形，但那是因?yàn)楦�新的速度太快，以致肉眼無(wú)法察覺(jué)到變化。事實(shí)上，每次波形采集之間都會(huì)出現(xiàn)一段靜寂時(shí)間（也稱死區(qū)時(shí)間）（見(jiàn)圖 28），此時(shí)波形的某個(gè)部分并不會(huì)顯示在示波器上。因此，如果在這段時(shí)間出現(xiàn)一些偶發(fā)事件或毛刺，是不會(huì)看見(jiàn)的。顯而易見(jiàn)，快速的捕獲率非常重要。捕獲率越快，意味著死區(qū)時(shí)間越短，可捕獲到偶發(fā)事件或毛刺的機(jī)率就越高。


圖 28. 靜寂時(shí)間（死區(qū)時(shí)間）示意圖圓圈指出的偶發(fā)事件將不顯示

示波器探頭
示波器決定著顯示信號(hào)和分析信號(hào)的準(zhǔn)確程度，而用來(lái)連接示波器與被測(cè)件（DUT）的探頭則與信號(hào)完整性息息相關(guān)。如果使用的是 1 GHz 的示波器，但探頭卻只支持 500 MHz 的帶寬，那么將無(wú)法充分利用示波器的帶寬。本節(jié)討論探頭的類型及每種探頭所適合的應(yīng)用。
負(fù)載
沒(méi)有任何一個(gè)探頭可以完美地復(fù)制信號(hào)，因?yàn)楫?dāng)把探頭連接到電路上時(shí)，探頭就會(huì)變成該電路的一部分。電路中的部分電能會(huì)流經(jīng)探頭，我們稱之為負(fù)載。負(fù)載共有三種：電阻、電容和電感。
電阻負(fù)載會(huì)造成顯示的信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤的幅度，也可能在連接探頭時(shí)導(dǎo)致故障的電路開(kāi)始發(fā)生作用。探頭的電阻最好比信號(hào)源電阻大 10 倍以上，以便使幅度降低到 10% 以下。
電容負(fù)載會(huì)導(dǎo)致上升時(shí)間變慢，并使帶寬變小。為了減少電容負(fù)載，探頭的帶寬至少應(yīng)是信號(hào)帶寬的 5 倍。
電感負(fù)載在信號(hào)中會(huì)以振鈴形式出現(xiàn)。它是由探頭接地導(dǎo)線的電感效應(yīng)引起的，因此請(qǐng)盡可能選用最短的導(dǎo)線。
無(wú)源探頭
無(wú)源探頭只包含無(wú)源器件，不需要使用電源便可運(yùn)行。這類探頭在探測(cè)帶寬小于 600 MHz 的信號(hào)時(shí)很有用，一旦超過(guò)這個(gè)頻率，就需使用另一種探頭（有源探頭）。無(wú)源探頭通常價(jià)格較低，且兼具易于使用和堅(jiān)固耐用的特性。它是一種精確的多功能探頭。無(wú)源探頭的種類包括低阻分壓探頭、補(bǔ)償探頭、高阻分壓探頭及高電壓探頭。無(wú)源探頭通常會(huì)產(chǎn)生高電容負(fù)載和低電阻負(fù)載。



有源探頭
使用有源探頭時(shí)，必須通過(guò)電源對(duì)探頭內(nèi)部的有源器件供電。有時(shí)，探頭會(huì)通過(guò) USB 電纜連接、外部機(jī)箱或示波器主機(jī)供電。這類探頭使用有源器件來(lái)放大或調(diào)整信號(hào)。有源探頭可支持更高的信號(hào)帶寬，因此很適合高性能的應(yīng)用。有源探頭的價(jià)格要比無(wú)源探頭高出許多，不但耐用性差，探針也比較重。但這類探頭可以提供最佳的電阻和電容負(fù)載組合，并可測(cè)試更高頻率的信號(hào)。
電流探頭
電流探頭可用來(lái)測(cè)量流經(jīng)電路的電流，它們通常體積較大，且?guī)�寬有限�?00 MHz）。

6個(gè)示波器基本實(shí)驗(yàn)

本示波器實(shí)驗(yàn)指南和教程適用于隨教育培訓(xùn)套件 (DSOXEDK) 一同許可的 Keysight InfiniiVision 2000， 3000 X 系列示波器和4000 X 系列示波器。
基本示波器和波形發(fā)生器測(cè)量實(shí)驗(yàn)
示波器基本實(shí)驗(yàn) #1：對(duì)正弦波執(zhí)行測(cè)量
示波器基本實(shí)驗(yàn) #2：了解示波器觸發(fā)的基本知識(shí)
示波器基本實(shí)驗(yàn) #3：觸發(fā)噪聲信號(hào)
示波器基本實(shí)驗(yàn) #4：記錄和保存示波器測(cè)試結(jié)果
示波器基本實(shí)驗(yàn) #5：補(bǔ)償 10:1 無(wú)源探頭
示波器基本實(shí)驗(yàn) #6：使用內(nèi)置函數(shù)發(fā)生器生成波形
有多種不同種類的示波器探頭可用于特定類型的測(cè)量，但今天將使用的探頭是最常用的探頭類型，稱為 10:1 無(wú)源電壓探頭�！盁o(wú)源”僅意味著此類型的探頭不包括任何“有源”組件，如晶體管和放大器�！�10:1”意味著此探頭將以 10 為常量衰減示波器輸入中接收的輸入信號(hào)。


無(wú)源 10:1 電壓探頭

使用標(biāo)準(zhǔn)的 10:1 無(wú)源探頭時(shí)，應(yīng)在信號(hào)測(cè)試點(diǎn)與地面之間執(zhí)行所有的示波器測(cè)量。換句話說(shuō)，必須將探頭的接地夾接地。若被測(cè)點(diǎn)是浮地的，我們不建議使用此類探頭直接測(cè)量電路中組件之間的相對(duì)電壓。如果需要測(cè)量未接地組件內(nèi)的電壓，則在使用示波器的兩條通道相對(duì)于地面測(cè)量組件兩端的信號(hào)時(shí)，可以使用示波器的減法數(shù)學(xué)函數(shù)，或者可以使用特殊的差分有源探頭。另外還應(yīng)注意，絕不應(yīng)使示波器的部件成為被測(cè)電路功能結(jié)構(gòu)的一部分。
圖 3 顯示了使用示波器的默認(rèn) 1 MΩ 輸入選擇 （這是使用此類探頭時(shí)必需的）連接到示波器時(shí)的 10:1 無(wú)源探頭的電子模型。請(qǐng)注意，許多較高帶寬的示波器還具有用戶可選擇的 50 Ω 輸入端子選擇，這種選擇通常用于有源探頭端子和／或使用 50 Ω BNC 同軸電纜從 50 Ω 電源直接輸入信號(hào)時(shí)。

圖3. 連接到示波器的 1 MΩ 輸入阻抗的 10:1 無(wú)源探頭的簡(jiǎn)化示意圖
盡管無(wú)源探頭和示波器的電子模型包括固有／寄生電容 （非設(shè)計(jì)）以及特意設(shè)計(jì)的補(bǔ)償電容網(wǎng)絡(luò)，但是現(xiàn)在讓我們忽略這些電容元件，并分析低頻或直流電輸入條件下此探頭／示波器系統(tǒng)的理想信號(hào)行為。
從探頭／示波器電子模型中刪除所有的電容組件后，只剩下與示波器的 1 MΩ 輸入阻抗串聯(lián)的 9 MΩ 探頭端部電阻。探頭端部的凈輸入電阻則為 10 MΩ。使用歐姆定律，會(huì)發(fā)現(xiàn)示波器輸入處接收的電壓電平將為探頭端部處電壓電平的
1/10 (Vscope = Vprobe x (1 MΩ/10 MΩ))。
這意味著，使用 10:1 無(wú)源探頭時(shí)，示波器測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍已被擴(kuò)展。換句話說(shuō)，與使用 1:1 探頭測(cè)量的信號(hào)相比，測(cè)量的信號(hào)幅度可高出 10 倍。此外，示波器測(cè)量系統(tǒng) （探頭 + 示波器）的輸入阻抗將從 1 MΩ 增加到 10 MΩ。這是好事，因?yàn)檩^低的輸入阻抗可以負(fù)載測(cè)試設(shè)備 (DUT)，但是會(huì)更改 DUT 內(nèi)的實(shí)際電壓電平 （這不是好事）。盡管凈輸入阻抗 10 MΩ 確實(shí)很大，但是必須記住，必須要考慮到與探測(cè)設(shè)備的抗阻相關(guān)的這一負(fù)載阻抗量。例如，具有 100 MΩ 反饋電阻器的簡(jiǎn)單運(yùn)算放大器電路可能會(huì)在示波器上提供一些錯(cuò)誤的讀數(shù)。
如果在電路實(shí)驗(yàn)中使用 Keysight 3000 X 系列示波器，則此示波器將自動(dòng)檢測(cè)并將探頭衰減常數(shù)設(shè)置為 10:1。如果使用 Keysight 2000 X 系列示波器，則必須手動(dòng)輸入探頭衰減常數(shù) (10:1)。示波器知道探頭衰減常數(shù)后 （自動(dòng)檢測(cè)或手動(dòng)輸入），會(huì)提供所有垂直設(shè)置的補(bǔ)償讀數(shù)，以便將所有的電壓測(cè)量引用到探頭端部的無(wú)衰減輸入信號(hào)。例如，如果探測(cè) 10 Vpp 信號(hào)，則在示波器輸入處收到的信號(hào)實(shí)際上僅為 1 Vpp。但是，由于示波器知道使用的是 10:1 分壓器探頭，因此示波器在執(zhí)行電壓測(cè)量時(shí)將報(bào)告看到了 10 Vpp 的信號(hào)。
到達(dá)實(shí)驗(yàn) #5 （補(bǔ)償?shù)?10:1 無(wú)源探頭）時(shí)，我們將回過(guò)頭研究此無(wú)源探頭模型，并說(shuō)明電容組件。探頭／示波器電子模型中的這些元件將影響組合示波器和探測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)／交流電性能。
示波器前面板
首先讓我們了解示波器上最重要的控件／旋鈕。在示波器頂部附近是“水平”控件，如圖 4 所示。較大的旋鈕用于設(shè)置水平刻度調(diào)整 （秒／格）。此控件可用于設(shè)置顯示波形的 X 軸刻度調(diào)整。一個(gè)水平“格”為每個(gè)垂直網(wǎng)格線之間的 Δ-time。如果要查看更快的波形 （頻率較高的信號(hào)），則將水平刻度調(diào)整設(shè)置為較小的 sec/div 值。如果要查看更慢的波形 （頻率較慢的信號(hào)），則通常將水平刻度調(diào)整設(shè)為較高的 sec/div 設(shè)置�！八�平”部分中較小的旋鈕可用于設(shè)置波形的水平部分。換句話說(shuō)，使用此控件可以左右移動(dòng)波形的水平位置。示波器的水平控件（s/div 和位置）通常稱為示波器的主要“時(shí)基”控件。值得注意的是，旋鈕都是可以按下的。用來(lái)調(diào)整時(shí)基設(shè)置的旋鈕按下是在精調(diào)與粗調(diào)之間切換。用來(lái)控制水平位移的旋鈕按下可以迅速將波形的偏移歸零。


圖4. 示波器水平 （X 軸）控件
示波器底部附近垂直部分（在輸入 BNC 的正上方）中的控件／旋鈕（請(qǐng)參考圖 5）可用于設(shè)置示波器的垂直刻度調(diào)整。如果使用雙通道示波器，則有兩對(duì)垂直刻度調(diào)整控件。如果使用四通道示波器，則有四對(duì)垂直刻度調(diào)整控件。垂直部分中每個(gè)輸入通道的較大旋鈕可用于設(shè)置垂直刻度調(diào)整系數(shù) （伏／格）。這是波形的 Y 軸圖形刻度調(diào)整。一個(gè)垂直“格”為每個(gè)水平網(wǎng)格線之間的 Δ-volts。如果要查看相對(duì)較大的信號(hào) （高峰峰值電壓），則通常將 Volts/div 設(shè)置設(shè)為相對(duì)高的值。如果查看小的輸入信號(hào)電平，則應(yīng)將 Volts/div 設(shè)置設(shè)為相對(duì)低的值。垂直部分中每個(gè)通道的較小控件／旋鈕是位置／偏移控件。可以使用此旋鈕在屏幕上上下移動(dòng)波形。垂直調(diào)整旋鈕也是可以按下的。用來(lái)調(diào)整通道垂直分辨率的旋鈕按下是在精調(diào)與粗調(diào)之間切換。用來(lái)控制垂直位移的旋鈕按下可以迅速將波形的垂直偏移歸零。

圖5. 示波器垂直 （Y 軸）


圖6. 示波器觸發(fā)電平控件
另一個(gè)非常重要的示波器設(shè)置變量是觸發(fā)電平控件／旋鈕，如圖 6 所示。此控制旋鈕位于示波器前面板中心附近，標(biāo)記為觸發(fā)的部分下方。觸發(fā)可能是示波器被了解得最少的方面，但該功能是示波器中應(yīng)了解的最重要功能之一。在進(jìn)入實(shí)踐實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們將更為詳細(xì)地介紹示波器觸發(fā)。
閱讀下面實(shí)驗(yàn)中的說(shuō)明時(shí)，任何時(shí)候都會(huì)看到一個(gè)用方括號(hào)括住的粗體字，如 [ 幫助]，這是位于指示波器右側(cè)的一個(gè)前面板鍵 （或按鈕）。按下該鍵時(shí)，具有與該特定前面板功能關(guān)聯(lián)的“軟鍵”選擇的唯一菜單將被激活。“軟鍵”是位于示波器顯示屏下方的 6 個(gè)鍵／按鈕。根據(jù)激活的菜單，這些鍵的功能會(huì)發(fā)生變化。
現(xiàn)在找到圖 7 中顯示的 Entry 控制旋鈕。這是示波器顯示屏右側(cè)位于黑色陰影區(qū)域中的旋鈕。我們會(huì)非常頻繁地使用此旋鈕來(lái)更改一系列不具備專用前面板控件的設(shè)置變量和選擇。選擇軟鍵時(shí)，任何時(shí)候都會(huì)看到綠色的彎曲箭頭，這指示 Entry 旋鈕可用于控制此變量。請(qǐng)注意，此旋鈕還用于設(shè)置波形亮度級(jí)別。讓我們開(kāi)始使用示波器進(jìn)行測(cè)量！


圖7. 示波器通用 Entry 控件

示波器基本實(shí)驗(yàn) #1：對(duì)正弦波執(zhí)行測(cè)量
在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將學(xué)習(xí)如何使用示波器的水平和垂直刻度調(diào)整控件來(lái)正確設(shè)置示波器，從而顯示重復(fù)正弦波。此外，還將學(xué)習(xí)如何對(duì)此信號(hào)執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的電壓和定時(shí)測(cè)量。
1 將一個(gè)示波器探頭連接到通道 1 輸入 BNC 和標(biāo)記為“Demo1”的輸出端子之間，如圖 8 所示。將此探頭的接地夾連接到中心端子 （接地）。

圖8. 將通道 1 和通道 2 輸入之間的探頭連接到培訓(xùn)信號(hào)輸出端子
2. 將第二個(gè)示波器探頭連接到通道 2 輸入 BNC 和標(biāo)記為“Demo2”的輸出端子之間，如圖 8 所示。將此探頭的接地夾連接到中心端子。
3 按前面板右上部分附近的 [默認(rèn)設(shè)置] 鍵。默認(rèn)設(shè)置會(huì)將示波器置于工廠預(yù)設(shè)配置中。這不僅會(huì)將示波器的 X 和 Y 刻度調(diào)整系數(shù)設(shè)置為預(yù)設(shè)值，而且還會(huì)關(guān)閉某個(gè)學(xué)生可能使用的任意特殊操作模式。
4 按 [幫助] 前面板鍵 （在通道 2 垂直控件旁邊）。
5 按示波器顯示屏下方的培訓(xùn)信號(hào)軟鍵。
6 使用 Entry 旋鈕選擇正弦信號(hào) （列表頂部），然后按輸出軟鍵將其打開(kāi)。現(xiàn)在，Demo1 端子上應(yīng)存在正弦波，但是還不能使用示波器的默認(rèn)刻度調(diào)整系數(shù)來(lái)識(shí)別。我們現(xiàn)在將調(diào)整示波器的垂直和水平設(shè)置，以擴(kuò)展此波形并將此波形位于顯示屏的中心。
7 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)通道 1 V/div 旋鈕，直到看到顯示的波形覆蓋屏幕一半以上。正確的設(shè)置應(yīng)為 500 mV/div，在顯示屏左上角附近顯示為“500mV/”。
8 順時(shí)針旋轉(zhuǎn) s/div 旋鈕 （“水平”部分中的大旋鈕），直到觀察到顯示屏上出現(xiàn)正弦波的兩個(gè)以上周期。正確的設(shè)置應(yīng)為 50 ns/div，在顯示屏頂部中間附近顯示為“50.00ns/”。示波器的顯示屏現(xiàn)在應(yīng)與圖 9 類似。至此我們完成了時(shí)基的基本設(shè)置。

圖9 用于查看正弦波培訓(xùn)信號(hào)的初始設(shè)置
9 旋轉(zhuǎn)“水平”位置旋鈕，左右移動(dòng)波形。
10 按“水平”位置旋鈕，將其設(shè)回到零 （在中心屏幕上顯示為 0.0 秒）。
11 旋轉(zhuǎn)通道 1 垂直位置旋鈕，上下移動(dòng)波形。請(qǐng)注意，左側(cè)的地指示器也會(huì)上下移動(dòng)，并告知我們此波形上 0.0 伏 （接地電平）所在的位置。
12 按通道 1 垂直位置旋鈕將接地 (0.0 V) 設(shè)回中心屏幕。
現(xiàn)在，讓我們對(duì)此重復(fù)正弦波執(zhí)行一些測(cè)量。請(qǐng)注意，示波器的顯示屏基本上是 X - Y 圖形。在我們的 X 軸（水平）上，我們可以測(cè)量時(shí)間，在我們的 Y 軸（垂直）上，我們可以測(cè)量電壓。在許多電子工程或物理課程作業(yè)中，可能計(jì)算過(guò)電子信號(hào)并在圖紙上采用類似的格式畫(huà)過(guò)圖，只不過(guò)是靜態(tài)的�；蛘撸�或許使用過(guò)各種 PC 軟件應(yīng)用程序自動(dòng)畫(huà)過(guò)波形圖。將重復(fù)輸入信號(hào)應(yīng)用于示波器時(shí)，我們可以觀察到波形的動(dòng)態(tài) （持續(xù)更新）圖。
我們的 X 軸包含分布于屏幕上的 10 個(gè)主要格，每個(gè)主要格均等于 sec/div 設(shè)置。在這種情況下，每個(gè)水平主要格均表示 50 納秒（假設(shè)示波器的時(shí)基設(shè)置為 50.0 ns/div，如前文所述）。由于屏幕中有 10 個(gè)格，因此示波器從顯示屏的左側(cè)到顯示屏的右側(cè)顯示 500 ns（50.0 ns/div x 10 格）。請(qǐng)注意，每個(gè)主要格還被分為 4 個(gè)次要格，在中心水平軸上顯示為勾選標(biāo)記。每個(gè)次要格則表示 1/4 div × 50 ns/div = 12.5 ns。
我們的 Y 軸包含 8 個(gè)主要格（垂直方向），每個(gè)主要格均等于 V/div 設(shè)置，應(yīng)設(shè)置為 500 mV/div。在此設(shè)置下，示波器可以測(cè)量高為 4 Vp-p（500 mV/div x 8 格）的信號(hào)。每個(gè)主要格分為 5 個(gè)次要格。每個(gè)次要格 （在中心垂直軸上表示為勾選標(biāo)記）則均表示 100 mV。
13 通過(guò)將一個(gè)上升沿 （中心屏幕）的 0.0 V 電平到下一個(gè)上升沿的 0.0 V 電平的格 （主要和次要）數(shù)累加起來(lái)，然后乘以 s/div 設(shè)置 （應(yīng)為 50.0 ns/div），估算其中一個(gè)正弦波的周期 (T)。T= _____________
14 此正弦波的頻率是多少 (F = 1/T)。F = _____________
現(xiàn)在，讓我們估算這些正弦波的峰峰值電壓電平，但是首先，讓我們對(duì)垂直設(shè)置進(jìn)行幾項(xiàng)較小調(diào)整，從而幫助我們更準(zhǔn)確地執(zhí)行此測(cè)量。
15 調(diào)整通道 1 垂直位置旋鈕 （亮起的“1”鍵下面較小的旋鈕），直到正弦波的
負(fù)峰與其中一個(gè)主要格線 （或網(wǎng)格線）相交。
16 接下來(lái)，調(diào)整水平位置旋鈕 （前面板頂部附近的較小旋鈕），直到正弦波的一
個(gè)正峰與具有次要格勾選標(biāo)記的中心垂直軸相交。
17 現(xiàn)在，通過(guò)將正弦波的負(fù)峰到正峰的格 （主要和次要）數(shù)累加起來(lái)，然后乘以 V/div 設(shè)置 （應(yīng)為 1 V/div），估算此正弦波的峰峰值電壓。Vp-p = _____________
現(xiàn)在，讓我們使用示波器的“光標(biāo)”功能來(lái)執(zhí)行上述相同的電壓和定時(shí)測(cè)量，但不必累加格數(shù)，然后乘以刻度調(diào)整系數(shù)。首先，找到前面板“測(cè)量”部分中的“ 光標(biāo)”旋鈕，如圖 10 所示。


圖 10 . 測(cè)量光標(biāo)旋鈕
18 按光標(biāo)旋鈕；然后旋轉(zhuǎn)此旋鈕，直到“X1”突出顯示；接著再次按此旋鈕進(jìn)行選擇 （如果不是在旋轉(zhuǎn)選中“X1”光標(biāo)后第二次按此旋鈕，可能會(huì)出現(xiàn)超時(shí)現(xiàn)象，隨后 X1 光標(biāo)將自動(dòng)被選中，且該菜單將關(guān)閉）。
19 旋轉(zhuǎn)光標(biāo)旋鈕，直到 X1 光標(biāo) （#1 定時(shí)標(biāo)識(shí)）在特定電壓電平下與正弦波的某一上升沿相交。提示：在波形的某一點(diǎn)對(duì)齊光標(biāo)，波形在該點(diǎn)與某一水平網(wǎng)格線交叉。
20 再次按光標(biāo)旋鈕；旋轉(zhuǎn)此旋鈕直到“X2”突出顯示；然后再次按此旋鈕進(jìn)行選擇。
21 旋轉(zhuǎn)光標(biāo)旋鈕，直到 X2 光標(biāo) （#2 定時(shí)標(biāo)識(shí)）在相同電壓電平下與正弦波的下一上升沿相交。
22 再次按光標(biāo)旋鈕；旋轉(zhuǎn)此旋鈕直到“Y1”突出顯示；然后再次按此旋鈕進(jìn)行選擇。


圖 11. 使用示波器的光標(biāo)測(cè)量
23 旋轉(zhuǎn)光標(biāo)旋鈕，直到 Y1 光標(biāo) （#1 電壓標(biāo)識(shí)）與正弦波的負(fù)峰相交。
24 再次按光標(biāo)旋鈕；旋轉(zhuǎn)此旋鈕直到“Y2”突出顯示；然后再次按此旋鈕進(jìn)行選擇。
25 旋轉(zhuǎn)光標(biāo)旋鈕，直到 Y2 光標(biāo) （#2 電壓標(biāo)識(shí)）與正弦波的正峰相交。
26 此信號(hào)的周期、頻率和峰峰值電壓 （光標(biāo)讀數(shù)在顯示屏的右側(cè)）是多少？
ΔX = _____________ 1/ΔX = _____________ ΔY(1) = _____________
用于測(cè)量示波器上的時(shí)間和電壓的最常用方法是我們最初使用的“將格累加起來(lái) ”方法。盡管必須將格累加起來(lái)，然后乘以示波器設(shè)置，但是熟悉其示波器的工程師可以快速估算信號(hào)的電壓和定時(shí)參數(shù)，有時(shí)大致的估算是了解信號(hào)是否符合測(cè)試要求快速的手段。
使用光標(biāo)進(jìn)行測(cè)量更準(zhǔn)確一點(diǎn)，并能從測(cè)量中去除猜測(cè)因素。今天的大多數(shù)示波器還提供了一種自動(dòng)執(zhí)行許多參數(shù)測(cè)量的更準(zhǔn)確且更快的方式。當(dāng)我們開(kāi)始對(duì)一些數(shù)字信號(hào)執(zhí)行某些測(cè)量時(shí)，我們將回過(guò)頭使用實(shí)驗(yàn) #10 期間示波器的自動(dòng)參數(shù)測(cè)量。但是現(xiàn)在，我們需要回過(guò)頭來(lái)了解示波器的觸發(fā)功能。


示波器基本實(shí)驗(yàn) #2：了解示波器觸發(fā)的基本知識(shí)
正如前面所說(shuō)，示波器觸發(fā)可能是示波器最重要的功能。如果要從示波器測(cè)量中獲得最多收益，應(yīng)了解此功能。嘗試對(duì)今天許多更復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)執(zhí)行測(cè)量時(shí)，此功能特別重要。遺憾的是，示波器觸發(fā)是示波器操作中被了解得最少的方面。
可將示波器“觸發(fā)”看作“同步圖片獲取”。當(dāng)示波器捕獲并顯示重復(fù)輸入信號(hào)時(shí)，每秒可獲取輸入信號(hào)的數(shù)萬(wàn)個(gè)圖片。為了查看這些波形 （或圖片），必須將圖片獲取與“某一刻”同步�！澳骋豢獭笔禽斎胄盘�(hào)中的唯一時(shí)間點(diǎn)，或者在使用示波器的多個(gè)通道時(shí)，是基于輸入信號(hào)的布爾組合的唯一時(shí)間點(diǎn) （邏輯“碼型 ”觸發(fā)）。
示波器觸發(fā)的模擬情景是賽馬比賽終點(diǎn)的照片。盡管不是重復(fù)事件，相機(jī)快門必須與頭馬鼻子通過(guò)終點(diǎn)線的那一刻同步。在賽馬開(kāi)始和結(jié)束之間的某一時(shí)間隨機(jī)獲取賽馬圖片，類似于查看示波器上未觸發(fā)的波形。
要更好地了解示波器觸發(fā)，讓我們對(duì)實(shí)驗(yàn) #1 中使用的我們熟悉的正弦波執(zhí)行更多測(cè)量。
1 確保兩個(gè)示波器探頭始終分別連接到標(biāo)記為 Demo1 和 Demo2 的端子與通道 1 和通道 2 輸入 BNC 之間。
2 按下示波器前面板上的 [默認(rèn)設(shè)置]。
3 按 [幫助]，然后按培訓(xùn)信號(hào)軟鍵。
4 使用 Entry 旋鈕選擇“正弦”培訓(xùn)信號(hào)，然后按下輸出軟鍵將其打開(kāi)。
5 將通道 1 的 V/div 設(shè)為 500 mV/div。
6 將示波器的時(shí)基設(shè)置為 50.00 ns/div。
7 按 [觸發(fā)] 前面板鍵。
示波器的顯示屏現(xiàn)在與圖 12 類似。如果使用示波器的默認(rèn)觸發(fā)條件，則此信號(hào)與 0.0 V 電平（觸發(fā)電平設(shè)置）交叉時(shí)，示波器應(yīng)在通道 1 探測(cè)并捕獲的正弦波的上升（斜率選擇）沿（觸發(fā)類型選擇）上觸發(fā)。如果水平位置控件設(shè)置為 0.0 秒 （默認(rèn)設(shè)置），則此時(shí)間點(diǎn)顯示在中心屏幕上。在觸發(fā)點(diǎn)之前捕獲的波形數(shù)據(jù) （顯示屏左側(cè)）被視為負(fù)時(shí)間數(shù)據(jù)，而在觸發(fā)之后捕獲的波形數(shù)據(jù)（顯示屏右側(cè)）被視為正時(shí)間數(shù)據(jù)。



圖12. 于 0.0 伏時(shí)在通道 1 的上升沿上觸發(fā)示波器
請(qǐng)注意，顯示屏頂部附近“填充的”橙色三角形指示觸發(fā)時(shí)間點(diǎn) (0.0 s) 所在的位置。如果調(diào)整水平延遲／位置，此橙色三角形會(huì)從中心屏幕移走。中心屏幕上的“空心”橙色三角形 （僅在延遲／位置不是 0.0 s 時(shí)才可見(jiàn)）指示使用示波器的默認(rèn)“中心”參考時(shí)延遲設(shè)置的時(shí)間位置。
8 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)觸發(fā)電平旋鈕，可增加觸發(fā)電平電壓設(shè)置。
9 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)觸發(fā)電平旋鈕，可減小觸發(fā)電平電壓設(shè)置。
增加觸發(fā)電平電壓設(shè)置時(shí)，應(yīng)觀察到正弦波在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)向左側(cè)移動(dòng)。如果減少觸發(fā)電平電壓設(shè)置，則正弦波會(huì)向右側(cè)移動(dòng)。最初旋轉(zhuǎn)觸發(fā)電平旋鈕時(shí)，水平的橙色觸發(fā)電平指示器將出現(xiàn)，實(shí)際觸發(fā)電壓設(shè)置始終顯示在示波器顯示屏的右上角。如果停止旋轉(zhuǎn)觸發(fā)電平旋鈕，則橙色觸發(fā)電平指示器將超時(shí)，且在幾秒鐘后會(huì)消失。但是，左側(cè)的波形格線區(qū)域外側(cè)仍會(huì)顯示一個(gè)黃色的觸發(fā)電平指示器，以指示觸發(fā)電平相對(duì)于波形的設(shè)置位置。
10 旋轉(zhuǎn)觸發(fā)電平旋鈕，以將觸發(fā)電平設(shè)置為恰好 500 mV（在中心屏幕上 1 格）。請(qǐng)注意，實(shí)際觸發(fā)電平顯示在顯示屏的右上角。
11 按斜率軟鍵，然后選擇下降沿觸發(fā)條件。
現(xiàn)在，正弦波應(yīng)反轉(zhuǎn) 180 度，波形的下降沿將與中心屏幕同步，如圖 13 所示。


圖 13. 在 + 500 mV 下于正弦波的下降沿上觸發(fā)
12 增加觸發(fā)電平電壓設(shè)置，直到橙色電平指示器位于正弦波正峰上方 （大約 +1.5 V）。在正弦波上方設(shè)置觸發(fā)電平時(shí)，示波器的采集和顯示 （重復(fù)圖片獲取）不再與輸入信號(hào)同步，因?yàn)槭静ㄆ髟诖颂囟ㄓ|發(fā)電平設(shè)置下找不到任何邊沿交叉。示波器的顯示屏現(xiàn)在與圖 14 類似。示波器現(xiàn)在處于“自動(dòng)觸發(fā)”模式下。



圖14. 在輸入信號(hào)上方設(shè)置觸發(fā)電平時(shí)自動(dòng)觸發(fā)
自動(dòng)觸發(fā)是示波器的默認(rèn)觸發(fā)模式。當(dāng)示波器使用自動(dòng)觸發(fā)模式時(shí)，如果示波器在一段時(shí)間 （時(shí)間會(huì)發(fā)生變化且取決于示波器的時(shí)基設(shè)置）后找不到有效的觸發(fā)條件（在這種情況下正弦波的邊沿交叉），則示波器將生成其各自的異步觸發(fā)，并開(kāi)始在隨機(jī)時(shí)間獲取輸入信號(hào)圖片 （采集）。由于“圖片獲取”現(xiàn)在是隨機(jī)的，而不是與輸入信號(hào)同步，因此我們看到的只是屏幕中波形的“模糊”畫(huà)面。此波形的“模糊”畫(huà)面會(huì)提示我們，示波器不會(huì)在輸入信號(hào)上觸發(fā)。
13 按觸發(fā)電平旋鈕，以將觸發(fā)電平自動(dòng)設(shè)置為約 50%。
14 從 Demo1 端子斷開(kāi)通道 1 探頭連接。
從信號(hào)源斷開(kāi)通道 1 探頭連接后，現(xiàn)在應(yīng)看到基線 0.0 V 直流信號(hào)。因?yàn)橛辛舜?0.0 V 直流信號(hào)，我們不再具有邊沿交叉，因而示波器不會(huì)觸發(fā)；示波器再次“自動(dòng)觸發(fā)”是為了向我們顯示此直流電平信號(hào)。
除了默認(rèn)的自動(dòng)觸發(fā)模式外，示波器還具有另一種用戶可選擇的觸發(fā)模式，稱為正常觸發(fā)模式�，F(xiàn)在，讓我們看一下正常觸發(fā)模式與自動(dòng)觸發(fā)模式有何不同。
15 將通道 1 探頭重新連接到 Demo1 端子。應(yīng)該會(huì)再次看到觸發(fā)的正弦波。
16 按 [模式／耦合] 前面板鍵 （在觸發(fā)電平旋鈕右側(cè)）。
17 旋轉(zhuǎn) Entry 旋鈕將觸發(fā)模式選擇從自動(dòng)更改為正常。此時(shí)，應(yīng)該看不出顯示波形中有任何差異。
18 再次從 Demo1 端子斷開(kāi)通道 1 探頭連接。
現(xiàn)在，應(yīng)看到探頭斷開(kāi)連接之前發(fā)生的最后一次采集 （最后一張圖片）。我們看不到自動(dòng)觸發(fā)模式顯示的 0.0 V 直流電平軌跡。如果選擇正常觸發(fā)模式，則當(dāng)且僅當(dāng) 示波器檢測(cè)到有效的觸發(fā)條件 （在這種情況下為邊沿交叉）時(shí)示波器僅會(huì)顯示波形。
19 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)觸發(fā)旋鈕，以便將觸發(fā)電平設(shè)置在 +1.50 V（在我們的正弦波上方）。
20 將通道 1 探頭重新連接到 Demo1 端子。
正弦波現(xiàn)在已連接且正在輸入到示波器，但是此信號(hào)的重復(fù)顯示在哪里？由于我們使用的是正常觸發(fā)模式，因此示波器仍然需要有效的邊沿交叉，但是由于觸發(fā)電平設(shè)置在波形上方 (@ +1.50 V)，因此不存在有效的邊沿交叉。正如我們使用正常觸發(fā)模式看到的一樣，對(duì)于波形的位置我們沒(méi)有任何線索，我們無(wú)法測(cè)量直流電源。
21 按觸發(fā)電平旋鈕，以將觸發(fā)電平自動(dòng)設(shè)置為約 50%。示波器應(yīng)該開(kāi)始再次顯示重復(fù)波形。
一些較早使用的示波器將我們今天稱為正常的觸發(fā)模式叫作“觸發(fā)的”觸發(fā)模式，實(shí)際上可能是此觸發(fā)模式的更具體的說(shuō)明性術(shù)語(yǔ)，因此在此模式下，示波器僅在發(fā)現(xiàn)有效的觸發(fā)條件時(shí)才觸發(fā)，不會(huì)生成自動(dòng)觸發(fā) （異步觸發(fā)，以生成異步圖片獲�。�。稍顯矛盾的是，正常觸發(fā)模式不是“通�！笔褂玫挠|發(fā)模式，它不是示波器的默認(rèn)觸發(fā)模式。通常使用的觸發(fā)模式為自動(dòng)觸發(fā)模式，是示波器的默認(rèn)觸發(fā)模式。
此時(shí)，可能會(huì)好奇要何時(shí)使用正常觸發(fā)模式。當(dāng)觸發(fā)事件不是頻繁發(fā)生時(shí) （包括單沖事件），應(yīng)使用正常觸發(fā)模式。例如，如果將示波器設(shè)置為顯示非常窄的脈沖，但是如果此脈沖只以 1 Hz 的頻率出現(xiàn) （每秒出現(xiàn)一次），并且如果示波器的觸發(fā)模式被設(shè)置為自動(dòng)觸發(fā)模式，則示波器會(huì)生成許多異步生成的自動(dòng)觸發(fā)，而不能顯示罕見(jiàn)的窄脈沖。在這種情況下，需要選擇正常觸發(fā)模式，這樣示波器將等到獲取有效的觸發(fā)事件后，才顯示波形。稍后，我們將在今后實(shí)驗(yàn)期間連接到這類信號(hào)。但是現(xiàn)在，讓我們了解有關(guān)在噪聲信號(hào)上觸發(fā)的更多信息。

示波器基本實(shí)驗(yàn)#3：觸發(fā)噪聲信號(hào)
重復(fù)正弦波大概是示波器觸發(fā)的信號(hào)中最簡(jiǎn)單的一種類型。但是，在真實(shí)世界中，信號(hào)不是如此簡(jiǎn)單。在本實(shí)驗(yàn)中，我們將了解學(xué)習(xí)如何在嘈雜的環(huán)境 （真實(shí)世界情況）中觸發(fā)信號(hào)，還將學(xué)習(xí)如何使用波形平均化消除數(shù)字化波形中的噪聲。
1 確保兩個(gè)示波器探頭始終分別連接到標(biāo)記為 Demo1 和 Demo2 的端子與通道 1 和通道 2 輸入 BNC 之間。
2 按下示波器前面板上的 [默認(rèn)設(shè)置]。
3 按 [幫助]，然后按培訓(xùn)信號(hào)軟鍵。
4 如果使用 Entry 旋鈕，此時(shí)應(yīng)選擇“帶噪聲的正弦”信號(hào)，然后按下輸出軟鍵將其打開(kāi)。
5 將通道 1 的 V/div 設(shè)為 500 mV/div。
6 將示波器的時(shí)基設(shè)置為 200.0 μs/div。
即使示波器的默認(rèn)設(shè)置條件將示波器配置為于 0.0 V 時(shí)在上升沿觸發(fā)，示波器也會(huì)在此噪聲正弦波的上升沿和下降沿觸發(fā)，如圖 15 所示。示波器實(shí)際上僅在上升沿觸發(fā)。但是，當(dāng)示波器在正弦波的下降沿觸發(fā)時(shí)，實(shí)際上是在正弦波上隨機(jī)噪聲的上升沿觸發(fā)。


圖15. 嘗試在嘈雜的環(huán)境中觸發(fā)信號(hào)
7 通過(guò)將時(shí)基設(shè)置為 200.0 ns/div，驗(yàn)證示波器是否在噪聲的上升沿觸發(fā)。
8 將示波器的時(shí)基設(shè)回到 200.0 μs/div。
那么，我們?nèi)绾卧趦H與正弦波 （無(wú)噪聲）的上升沿重合的情況下使示波器觸發(fā)？現(xiàn)在，讓我們更多地了解一些示波器的用戶可選擇觸發(fā)耦合選項(xiàng)。
9 按 [模式／耦合] 前面板鍵 （觸發(fā)電平旋鈕旁邊）。
10 按高頻抑制軟鍵，以打開(kāi)“高頻抑制”濾波器。
向示波器輸入的信號(hào)實(shí)際上被拆分并沿著示波器內(nèi)部的兩條不同模擬路徑向下發(fā)送。沿著其中一條路徑向下的信號(hào)將被示波器的采集系統(tǒng)捕獲 （圖片獲取系
統(tǒng)）。類似的信號(hào)沿著一條單獨(dú)的路徑向下發(fā)送，由示波器的模擬觸發(fā)電路處理。（請(qǐng)參考附錄 A 中顯示的示波器框圖。）選擇高頻抑制后，由示波器的模擬觸發(fā)電路處理的信號(hào)首先通過(guò) 50 kHz 低通濾波器。由于噪聲由廣泛連續(xù)的頻率組成，包括高頻率分量，因此觸發(fā)電路隨后會(huì)“看到”消除／衰減了大部分噪聲的正弦波，而沿著采集路徑向下發(fā)送的信號(hào)不受影響 （噪聲被保留）。這樣，我們就會(huì)看到噪聲，如圖 16 所示，但是示波器的觸發(fā)電路看不到噪聲。但是有一些限制。


圖16. 使用高頻抑制觸發(fā)噪聲正弦波
由于高頻抑制濾波器基于固定的 50 kHz 低通硬件濾波器，因此不能在更高頻率的信號(hào)上使用。這種 50 kHz 低通濾波器不影響我們的 1 kHz 正弦波培訓(xùn)信號(hào)。但是，如果我們嘗試在 20 MHz 噪聲正弦波上使用觸發(fā)高頻抑制，則 50 kHz 濾波器將“消滅”噪聲和基本 20 MHz 正弦波，使其不可能觸發(fā)任何信號(hào)。但是，我們還有兩個(gè)選項(xiàng)。
11 再次按高頻抑制軟鍵，將其關(guān)閉。示波器應(yīng)再次在正弦波的上升沿和下降沿 觸發(fā)。
12 按噪聲抑制軟鍵，以打開(kāi)“噪聲抑制”濾波器。
噪聲抑制濾波器不是基于頻率，而是基于幅度。盡管我們討論了單觸發(fā)電平，實(shí)際上信號(hào)必須交叉通過(guò)兩個(gè)電平才能被鑒定為有效觸發(fā)。這稱為“觸發(fā)滯后”，有時(shí)稱為“觸發(fā)靈敏度”。大多數(shù)示波器的默認(rèn)觸發(fā)靈敏度為 0.5 格。這意味著，輸入信號(hào)必須擺動(dòng)至少 0.5 格 （峰到峰）才能被鑒定為有效觸發(fā)條件。但是，這也意味著，當(dāng)噪聲超過(guò)越 0.5 格 （峰到峰）時(shí)，示波器會(huì)觸發(fā)噪聲。選擇噪聲抑制時(shí)，示波器的滯后被擴(kuò)展到約 1.0 格 （峰到峰）。對(duì)于這種特定的噪聲正弦波，大多數(shù)時(shí)候，1.0 格的觸發(fā)滯后可以解決我們遇到的問(wèn)題�？赡軙�(huì)注意到示波器的顯示屏上有一些“閃光”現(xiàn)象。這意味著，1.0 格的滯后相當(dāng)不足。另一種解決方案是使用示波器的觸發(fā)釋抑功能，我們將在實(shí)驗(yàn) #7 期間討論。
從帶有噪聲的此正弦波的測(cè)量離開(kāi)之前，如果想要查看此正弦波并對(duì)其執(zhí)行測(cè)量，但卻沒(méi)有隨機(jī)噪聲，情況會(huì)怎樣？
13 按高頻抑制軟鍵�，F(xiàn)在，高頻抑制濾波以及噪聲抑制濾波都應(yīng)打開(kāi)，為我們提供一種非常穩(wěn)定的觸發(fā)。
14 按前面板波形區(qū)中的 [采集] 鍵 （就在光標(biāo)旋鈕下方）。
15 旋轉(zhuǎn) Entry 旋鈕將示波器的采集模式從正常更改為平均。
選擇平均采集模式時(shí)，示波器會(huì)對(duì)多個(gè)波形采集一起進(jìn)行平均操作。如果信號(hào)中的噪聲是隨機(jī)的，則噪聲分量會(huì)平均出來(lái)，因此我們隨后可以僅對(duì)基本信號(hào)分量執(zhí)行更準(zhǔn)確的測(cè)量，如圖 17 所示。


圖17. 使用示波器的平均采集模式消除噪聲
16 使用我們?cè)趯?shí)驗(yàn) #1 中學(xué)到的測(cè)量技術(shù)確定以下各項(xiàng)：
周期 = _____________頻率 = _____________ Vp-p = _____________


示波器基本實(shí)驗(yàn) #4：記錄和保存示波器測(cè)試結(jié)果
完成各種電路實(shí)驗(yàn)作業(yè)后，可能需要詳細(xì)描寫(xiě)測(cè)試報(bào)告�？赡苄枰�包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告中測(cè)量的圖像 （圖片）。此外，如果不能在某個(gè)會(huì)話期間完成實(shí)驗(yàn)作業(yè)，則可能需要稍后繼續(xù)測(cè)試。但是，如果可以從中斷的地方恢復(fù)，效果會(huì)好，不必重新設(shè)置示波器，可能也不必重新采集波形。在本實(shí)驗(yàn)中，將了解如何保存并調(diào)用各種示波器文件類型，包括圖像、參考波形和設(shè)置。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，必須有權(quán)訪問(wèn)個(gè)人 USB 存儲(chǔ)設(shè)備。
1 確保兩個(gè)示波器探頭始終分別連接到標(biāo)記為 Demo1 和 Demo2 的端子與通道 1 和通道 2 輸入 BNC 之間。
2 按下示波器前面板上的 [默認(rèn)設(shè)置]。
3 按 [幫助]，然后按培訓(xùn)信號(hào)軟鍵。
4 使用 Entry 旋鈕選擇“正弦”波形，然后按下輸出軟鍵將其打開(kāi)。
5 將通道 1 的 V/div 設(shè)為 500 mV/div。
6 將示波器的時(shí)基設(shè)置為 100 ns/div。
此時(shí)，應(yīng)該會(huì)看到正弦波的五個(gè)周期，如圖 18 所示。現(xiàn)在，讓我們保存此圖像 （圖片）、保存波形，并保存設(shè)置。


圖18. 我們要保存以便歸檔及隨后分析的正弦波的五個(gè)周期
7 將個(gè)人 USB 存儲(chǔ)設(shè)備插入示波器的前面板 USB 端口。
8 按前面板文件區(qū)中的 [保存／調(diào)用] 鍵 （在光標(biāo)旋鈕下方）。
9 按保存軟鍵，然后按格式軟鍵。
10 使用 Entry 旋鈕選擇 PNG 24 位圖像 (*.png)。
11 按保存到（或按下選擇）軟鍵，然后使用 Entry 旋鈕指向 \usb。
12 按文件名軟鍵，然后旋轉(zhuǎn) Entry 旋鈕并為此文件提供名稱�，F(xiàn)在，我們將其稱為“test”。
13 旋轉(zhuǎn)通用 Entry 旋鈕時(shí)，字母數(shù)字字符串將彈出。只需撥號(hào)到第一個(gè)字母（在本例中為“t”），然后按 Enter 軟鍵，或按 Entry 旋鈕。
14 對(duì)此文件名中其余的每個(gè)字符重復(fù)步驟 #13。
15 按刪除軟鍵，從默認(rèn)文件名中刪除其余所有字符。
16 按增量軟鍵，以關(guān)閉自動(dòng)增量 （框應(yīng)為黑色）。請(qǐng)注意，如果自動(dòng)增量已啟用，則示波器將自動(dòng)增加與文件名關(guān)聯(lián)的數(shù)字。如果打算保存多個(gè)圖像，則這可能非常有用，無(wú)需在每個(gè)保存操作之間手動(dòng)重新輸入不同的文件名。
17 按下按下以保存軟鍵。
USB 存儲(chǔ)設(shè)備現(xiàn)在應(yīng)具有與圖 18 類似的示波器顯示屏的存儲(chǔ)圖像。文件名應(yīng)為“test.png”�？梢源蜷_(kāi)此文件或隨后將其插入 Microsoft-Word 文檔，以查看它是否真的在那里�，F(xiàn)在，讓我們來(lái)保存示波器的設(shè)置條件。
18 按下 [保存／調(diào)用] 前面板鍵。
19 按保存軟鍵，然后按格式軟鍵。
20 使用 Entry 旋鈕選擇設(shè)置 (*.scp)。
21 按保存到（或按下選擇或位置）軟鍵。
22 使用 Entry 旋鈕指向 \usb，然后按 Entry 旋鈕。
23 按文件名軟鍵。會(huì)看到以前輸入的文件名將變?yōu)樾碌哪�認(rèn)文件名。由于“設(shè)
置”文件格式使用其他文件擴(kuò)展名，因此可以使用相同的文件名。
24 按下按下以保存軟鍵。
USB 存儲(chǔ)設(shè)備現(xiàn)在應(yīng)該具有名為“test.scp”的文件，其中包含示波器的當(dāng)前設(shè)置配置。我們將在以后調(diào)用此設(shè)置配置。請(qǐng)注意，還可以將設(shè)置保存到示波器內(nèi)部的某個(gè)閃存寄存器。但是，接下來(lái)可能使用此示波器的某個(gè)學(xué)生會(huì)用他／她的設(shè)置覆蓋此存儲(chǔ)寄存器。因此，作為學(xué)生，使用共享示波器借助自己的個(gè)人存儲(chǔ)設(shè)備保存示波器設(shè)置和波形始終是很好的方法�，F(xiàn)在，讓我們保存參考波形數(shù)據(jù)文件。
25 按下 [保存／調(diào)用] 前面板鍵。
26 按保存軟鍵，然后按格式軟鍵。
27 使用 Entry 旋鈕選擇參考波形數(shù)據(jù)文件 (*.h5)。
28 按保存到（或按下選擇）軟鍵。
29 使用 Entry 旋鈕指向 \usb，然后按 Entry 旋鈕。
30 按文件名軟鍵。重申一下，我們不需要定義新的名稱，因?yàn)榇宋募�格式還具有唯一的文件擴(kuò)展名 (test.h5)。
31 按下按下以保存軟鍵。
請(qǐng)注意，我們?cè)谇懊姹４?.png 文件類型后，這僅是示波器顯示的像素映射。此類文件不能回調(diào)到示波器中，而且無(wú)法對(duì)此類文件中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)執(zhí)行測(cè)量。此類文件以及 .bmp 文件類型主要對(duì)歸檔目的 （如納入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中）非常有用。但是，我們剛剛存儲(chǔ)的“參考波形”數(shù)據(jù)文件 (.h5) 會(huì)將電壓與時(shí)間數(shù)據(jù)作為 X-Y 對(duì)來(lái)保存。此類文件可以回調(diào)到示波器中，以便以后進(jìn)行文件。還可以將此類文件回調(diào)到許多 PC 應(yīng)用程序中，以便進(jìn)行更廣泛的脫機(jī)分析。
既然我們已保存了示波器的設(shè)置配置，而且還保存了波形 （正弦波的四個(gè)周期），讓我們看一下是否可以調(diào)用這些文件。不過(guò)，首先我們會(huì)從默認(rèn)設(shè)置開(kāi)始，目的是破壞在屏幕上看到的當(dāng)前設(shè)置和波形。
32 按下 [默認(rèn)設(shè)置]。
33 按下 [保存／調(diào)用]。
34 按下調(diào)用軟鍵，然后按下一個(gè)調(diào)用軟鍵。
35 使用 Entry 旋鈕選擇設(shè)置作為要調(diào)用的文件類型。
36 按位置（或按下選擇或調(diào)用自）軟鍵，然后使用 Entry 旋鈕指向“test”。37 按按下以調(diào)用軟鍵，或者按 Entry 旋鈕。
我們應(yīng)該剛將示波器的設(shè)置恢復(fù)到其以前的配置。但是，示波器不會(huì)保存培訓(xùn)信號(hào)的狀態(tài)。因此，此時(shí)我們看到的唯一波形應(yīng)為基線 (0.0 V) 信號(hào)，因?yàn)樘筋^的輸入中沒(méi)有出現(xiàn)信號(hào)�，F(xiàn)在，讓我們調(diào)用以前保存的波形。
38 按調(diào)用軟鍵，然后使用 Entry 旋鈕選擇參考波形數(shù)據(jù) (*.h5)。
39 按調(diào)用自（或按下選擇或位置）軟鍵，然后使用 Entry 旋鈕指向“test”。40 按按下以調(diào)用軟鍵，或者按 Entry 旋鈕。
現(xiàn)在，應(yīng)該使用以前的設(shè)置配置查看我們已存儲(chǔ)的正弦波版本 （以及活動(dòng) 0.0 V 基線信號(hào)），如圖 19 所示。此時(shí)，可以更改設(shè)置 （如果愿意），還可以繼續(xù)對(duì)此存儲(chǔ)的波形執(zhí)行測(cè)量。請(qǐng)注意，保存／調(diào)用數(shù)據(jù)后，可以隨時(shí)刪除USB 存儲(chǔ)設(shè)備。


圖19. 調(diào)用示波器的設(shè)置配置和波形

示波器基本實(shí)驗(yàn) #5：補(bǔ)償 10:1 無(wú)源探頭
既然已完成了此示波器培訓(xùn)指南中的前四個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該在一定程度上熟悉了如何使用示波器進(jìn)行基本電壓和定時(shí)測(cè)量，讓我們回過(guò)頭來(lái)再次討論探測(cè)。在本指南的入門部分中，我們簡(jiǎn)要討論了探測(cè)，并顯示了 10:1 無(wú)源探頭和示波器的輸入組合的電子輸入模型。探頭和示波器的此電子模型在此處再次顯示在圖 20 中。

圖20. 連接到示波器的 1 MΩ 輸入阻抗的 10:1 無(wú)源探頭的簡(jiǎn)化示意圖
如果記住了，就說(shuō)明系統(tǒng)已指導(dǎo)忽略此電子模型中的電容組件，只考慮阻性組件。當(dāng)前我們只觀察阻性組件時(shí)，我們已確定探頭的 9 MΩ 探頭端部電阻以及示波器的 1 MΩ 輸入阻抗建立了 10:1 分壓器比率。對(duì)于低頻或直流電應(yīng)用，忽略電容元件是比較適宜的。但是，如果需要測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào) （示波器的主要測(cè)量應(yīng)用），則不能忽略此電子模型的電容元件。
所有示波器探頭和示波器輸入中本身都固有寄生電容。這些包括探頭電纜電容 （C 電纜），以及示波器的輸入電容 （C 示波器）�！肮逃校�寄生”僅意味著電子模型的這些元件非有意設(shè)計(jì)，而是真實(shí)電子世界中原本就存在的。固有／寄生電容的數(shù)量隨著示波器的不同和探頭的不同而異。但是，如果沒(méi)有其他的設(shè)計(jì)電容組件來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)中固有的電容元件，則系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)信號(hào)條件 （非直流）下的阻抗會(huì)從探測(cè)系統(tǒng)的整體動(dòng)態(tài)衰減改為不同于所需的 10:1 比率。沿著可調(diào)補(bǔ)償電容 （C 組件）分布其他／設(shè)計(jì)的探針電容器 （C 探針）的目的是建立與 10:1 的阻性衰減匹配的電容阻抗衰減。正確調(diào)整補(bǔ)償電容時(shí)，這還可以確保與 9 MΩ 電阻器并列的探針電容的時(shí)間常數(shù)，和與示波器的 1 MΩ 輸入電阻器并列的固有和補(bǔ)償電容的時(shí)間常數(shù)匹配。
我們不會(huì)花很多時(shí)間討論這一原理，只是連接到某個(gè)信號(hào)，并了解欠補(bǔ)償、補(bǔ)償過(guò)度和適當(dāng)補(bǔ)償?shù)挠绊�。但是，首先�?yīng)注意我們會(huì)將通道 1 探頭連接到前一個(gè)實(shí)驗(yàn)中的其他端子。
1 將兩個(gè) 示波器探頭連接到標(biāo)記了探頭補(bǔ)償?shù)亩俗印Ｕ?qǐng)注意，這與稱為 Demo2 的端子也是同一個(gè)端子。
2 按下示波器前面板上的 [默認(rèn)設(shè)置]。
3 將通道 1 設(shè)置為 1.0 V/div。
4 將通道 1 偏移／位置設(shè)置為 0.0 V（默認(rèn)設(shè)置）。
5 按觸發(fā)電平旋鈕，以將通道 1 上的觸發(fā)電平設(shè)置為約 50%。
6 按 [2] 前面板鍵以打開(kāi)通道 2。
7 將通道 2 設(shè)置為 1.0 V/div。
8 將通道 2 偏移／位置設(shè)置為約 +3.5 V。
9 將示波器的時(shí)基設(shè)置為 200.0 μs/div。
如果正確補(bǔ)償了探頭，則應(yīng)在示波器顯示屏上看到兩個(gè)帶有平坦響應(yīng)的 1 kHz 方波，與圖 21 類似。現(xiàn)在，讓我們調(diào)整每個(gè)探頭上的探頭補(bǔ)償。


圖21. 使用示波器的 1 kHz 探頭補(bǔ)償信號(hào)補(bǔ)償 10:1 無(wú)源探頭
10 使用小的“一字”螺絲刀，調(diào)整位于每個(gè)探頭主體上的可變電容器。請(qǐng)注意，
此調(diào)整有時(shí)位于一些探頭的 BNC 連接端附近。
圖 22 顯示了通道 1 探頭（黃色波形）補(bǔ)償過(guò)度的示例，以及通道 2 探頭（綠色波形）欠補(bǔ)償?shù)氖纠�。如果沒(méi)有觀察到近乎完美的方波，則應(yīng)重新調(diào)整探頭上的探頭補(bǔ)償，直到示波器上的波形與圖 21 類似。



圖22. 不當(dāng)補(bǔ)償?shù)奶筋^
正確調(diào)整探頭后，只要在此示波器上繼續(xù)使用這些探頭，在下次使用示波器時(shí)應(yīng)該就不需要重新調(diào)整它們了。
此時(shí)，已完成了本實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐部分。如果趕時(shí)間，并需要完成本章中最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)，則應(yīng)跳到實(shí)驗(yàn) #6，然后讀取本實(shí)驗(yàn)后面其余部分的內(nèi)容。
計(jì)算電容補(bǔ)償?shù)恼�確數(shù)量
如果面臨挑戰(zhàn)，請(qǐng)使用以下假設(shè)條件計(jì)算正確補(bǔ)償所需的補(bǔ)償電容 (C comp) 數(shù)量：



對(duì)于計(jì)算所需的補(bǔ)償電容 (C comp) 數(shù)量，最早的方法是使 R tip 和 C tip 并聯(lián)的時(shí)間常數(shù) (1/RC) 與 R scope 和 C parallel 并聯(lián)的時(shí)間常數(shù)相等。


請(qǐng)記住，C parallel 是探頭／示波器模型中的三個(gè)電容元件的組合。
另一種計(jì)算方法是使 C parallel 的電容阻抗的 9 倍與 C tip 電容阻抗的 1 倍相等。這將建立電容阻抗產(chǎn)生的衰減常數(shù)，與僅阻性網(wǎng)絡(luò) (10:1) 產(chǎn)生的衰減常數(shù)相同：

探頭負(fù)載
除了適當(dāng)補(bǔ)償 10:1 無(wú)源探頭以獲得最為準(zhǔn)確的示波器測(cè)量外，另一個(gè)必須要考慮的問(wèn)題就是探頭負(fù)載。換句話說(shuō)，將探頭和示波器連接到被測(cè)件 (DUT) 是否會(huì)改變電路的行為？將任何儀器連接到電路中后，儀器本身 （包括探頭）都會(huì)成為 DUT 的一部分，并在某種程度上成為信號(hào)“負(fù)載”或改變信號(hào)的行為。如果使用上面列出的電阻和電容的給定值（以及已計(jì)算的 C comp 值），我們可以按照單個(gè)電阻器和電容器的并聯(lián)方式將探頭和示波器的負(fù)載影響通過(guò)建模方式合并在一起，如圖 23 所示。

圖23. 10:1 無(wú)源探頭和示波器負(fù)載模型
對(duì)于低頻或直流電應(yīng)用，負(fù)載由 10 MΩ 電阻控制，在大多數(shù)情況下，這不應(yīng)成為問(wèn)題。但是，如果探測(cè)的是 100 MHz 數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)，會(huì)怎么樣？此數(shù)字時(shí)鐘的第 5 個(gè)諧波 （用于創(chuàng)建此信號(hào)形狀的重要分量）將為 500 MHz�，F(xiàn)在，應(yīng)計(jì)算由此負(fù)載模型的 13.5 pF 電容提供的阻抗，如圖 23 所示：


盡管 13.5 pF 看起來(lái)可能不多，但是頻率越高，此負(fù)載電容數(shù)量就會(huì)很大。對(duì)于此類較高頻的應(yīng)用，大多數(shù)示波器供應(yīng)商提供了可選的有源探頭解決方案，它們具有更低的輸入電容 （輔助 pF）。但是，這些類型的特殊探頭成本比典型的 10:1 無(wú)源探頭要高很多。
最后，請(qǐng)注意本實(shí)驗(yàn)中顯示的探頭 + 示波器模型非常簡(jiǎn)單。較準(zhǔn)確的模型還包括電感元件。電線 （特別是接地引線）應(yīng)被視為電感元件，特別是對(duì)高頻應(yīng)用而言。
示波器基本實(shí)驗(yàn) #6：使用內(nèi)置函數(shù)發(fā)生器生成波形
除了示波器以外，還將在各種電子工程和／或物理電路實(shí)驗(yàn)中使用大量測(cè)試設(shè)備，包括電源、數(shù)字萬(wàn)用表和函數(shù)發(fā)生器。函數(shù)發(fā)生器可以產(chǎn)生大量不同類型／形狀的信號(hào)，這些將用作電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)輸入。Keysight 的 InfiniiVision 2000 和 3000 X 系列示波器具有內(nèi)置的可選函數(shù)發(fā)生器，稱為 WaveGen。若要完成這個(gè)簡(jiǎn)短的實(shí)驗(yàn)，前提條件是示波器上已正確安裝此選件許可證。如果不知道函數(shù)發(fā)生器功能是否已被許可并啟用，請(qǐng)按 [Wave Gen] 前面板鍵。如果啟用此選件，則波形發(fā)生器的菜單將出現(xiàn)。如果沒(méi)有啟用此選件，則會(huì)看到屏幕上出現(xiàn)一條消息，指示此選件尚未得到許可。假設(shè)示波器具有 WaveGen 選件，讓我們開(kāi)始這一簡(jiǎn)短的實(shí)驗(yàn)，了解如何使用通用函數(shù)發(fā)生器。
1 從示波器斷開(kāi)所有探頭的連接。
2 將 50 Ω BNC 同軸電纜連接到發(fā)生器的輸出（電源開(kāi)關(guān)旁邊）與通道 1 輸入BNC 之間。
3 按下 [默認(rèn)設(shè)置]。
4 如果使用的是 Keysight 2000 X 系列示波器，則需要將通道 1 的探頭衰減常數(shù)設(shè)置為 1:1。按 [1] 前面板鍵，然后按探頭軟鍵。按新的探頭軟鍵，然后旋轉(zhuǎn) Entry 旋鈕將衰減常數(shù)設(shè)置為 1.00:1。
5 按 [WaveGen] 前面板鍵 （在通道 1 V/div 旋鈕正上方）。
6 按設(shè)置軟鍵，然后按默認(rèn)波形發(fā)生器軟鍵。
請(qǐng)注意，示波器的 [默認(rèn)設(shè)置] 不會(huì)更改 WaveGen 的設(shè)置。因此，要確保從同一個(gè)起點(diǎn)開(kāi)始，我們還需要發(fā)生器的默認(rèn)設(shè)置。
7 再次按 [WaveGen] 前面板鍵。
8 將通道 1 的 V/div 設(shè)置設(shè)為 100 mV/div。
9 將示波器的時(shí)基設(shè)置為 100.0 μs/div（默認(rèn)設(shè)置）。
現(xiàn)在應(yīng)該看到示波器上的正弦波的一個(gè)周期，與圖 24 類似。峰峰值振幅為 500 mV 的 1.000 kHz 正弦波是 WaveGen 的默認(rèn)信號(hào)。現(xiàn)在，讓我們對(duì)信號(hào)進(jìn)行一些更改。


圖24. 使用示波器的內(nèi)置 WaveGen 函數(shù)發(fā)生器
10 按頻率軟鍵，然后旋轉(zhuǎn) Entry 旋鈕增加或減少頻率。請(qǐng)注意，最大頻率設(shè)置為 20.00 MHz。
11 按振幅軟鍵，然后旋轉(zhuǎn) Entry 旋鈕以更改此信號(hào)的振幅。
12 按偏移軟鍵，然后旋轉(zhuǎn) Entry 旋鈕以更改此信號(hào)的偏移。
13 按波形軟鍵，然后旋轉(zhuǎn) Entry 旋鈕選擇各種波形。
請(qǐng)注意，選擇方波后，還可以微調(diào)占空比。選擇脈沖后，可以微調(diào)脈沖寬度。從此時(shí)開(kāi)始，可能不會(huì)將發(fā)生器的輸出直接連接到示波器中了�？赡軙�(huì)將發(fā)生器的輸出連接到電路的輸入。隨后，將使用帶有探頭的示波器監(jiān)視電路的輸入和輸出。
-- END --