如何品尝示波器

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发布日期: 2022-01-26

文章字数: 1.7k

阅读时长: 5 分

前言

20220127010445

众所周知，示波器对于电子工程师是非常重要的工具，它的用途有以下几个方面。

显示电压的波形和幅值，粗略测量大小
调试电路时，查看有无信号波形，波形正确与否
测量交流信号的周期和频率

这几个方面基本涵盖了电子开发调试过程中中所需要知道的参数，所以示波器被称之为电子工程师的眼睛。
正好我手中有一台Owon的手持示波器，下面就以它为例子，对示波器的参数和用法进行简单介绍

这台示波器的参数为双通道，最大采样率250MSa/s。带宽70MHz，存储深度4K或8K，支持作为信号源输出

参数说明

通道数

通道数指的是示波器同时能够对几个通道进行采样，如果通道数为2，那么示波器上就有两个接口，能够同时采样两路信号

最大采样率

示波器每秒能够采集多少个点，采样率越大的话时间分辨率就越细，也就是说，采样率越大，在ns级别的采样波形就越接近真实波形。
如果是100MSa/s，每秒就能采集100000000个点的数据。我们知道，采样点数越多波形越接近真实波形。但是要注意，示波器会根据当前的时基来调整采样率，因为这涉及到存储深度。

存储深度

示波器内存最大能够存储点的个数，如果是4k的话，一次能存储4k个点并显示在屏幕上，在100MSa/s的采样率下，一个屏幕就能显示4K/100M=40us内的波形。存储深度越大，能够显示的时间轴就越长

带宽

示波器和示波器的探头可以简单看作是一个RC滤波器，低频正弦波可以很容易穿过去，而高频正弦波会受到衰减
示波器探头衰减模型
其幅值和频率大约满足这样一个关系，频率到某一特定值时，幅值衰减到了原来的0.707。
这个频率被称之为示波器的截止频率。
频率与幅值关系图
例如一台示波器的带宽是100MHz，那么输入一个幅值1V，频率100MHz的正弦波，示波器显示的波形幅值就只有0.707V了，显然已经失真了。
那么实际测量时应该选择多大的带宽的示波器呢？
这里有一个五倍法则的概念

测量的正弦波频率 < 示波器带宽/5

例如，100MHz带宽的示波器测量20MHz以下的正弦波还是没有问题的。
注意，我们这里讨论的是正弦波，并没有提到方波或是其他的波形，这是由于根据傅里叶变换基本原理，所有信号都可以由正弦波叠加而成。详见《信号与系统》
例如，幅值1V的10Hz方波可以由幅值1/3V，频率30Hz正弦波 + 幅值1/5V，频率50Hz正弦波 + 幅值1/7V，频率70Hz正弦波 + … 叠加而成
而对于方波，可以认为方波频率<示波器带宽/10时是没有问题的

小结

上面介绍了示波器的参数，我们对示波器的性能有了一个基本的认识

参数	决定了
采样率	时间分辨率
存储深度	时间轴长短
带宽	测量频率

如何测量

除了示波器参数之外，另外重要的一点是通过按键对示波器的显示方式进行调整
使我们想看到的波形正确的显示在屏幕上

电压档位与时基

用于调节波形的“高矮胖瘦”
电压档位决定了波形的高矮，也就是竖着的高度，电压档位太大会导致波形显示的很矮，就像没有一样，而电压档位太小则会波形显示得过高超出屏幕最上端。一般设置成使得波形最大值处于屏幕上部2/3处左右
实际例子，用示波器测量1KHz幅值3.3V方波
当电压档位为1V/div时，竖着的每个格子代表1v，此时示波形如下图所示，可以看到左下角的峰峰值显示为3.320V
1V/div分辨率
当电压档位为2V/div时，竖着的每个格子代表2v，此时波形如下图所示，可以看到，只是改变了图像的高矮
2V/div分辨率
当时基为500us/div时，横轴每格代表500微秒，此时波形如下图所示，可以看到，每个周期占两个格子，也就是1毫秒，说明频率为1KHz

当时基为1ms/div时，横轴每格代表1毫秒，此时波形如下图所示，可以看到，每个周期占1个格子,只是改变了图像的胖瘦
1ms/div

直流交流耦合

简介：
交流耦合(AC Coupling)就是通过隔直电容耦合，去掉了直流分量；
直流耦合(DC Coupling)就是直流、交流一起过，并不是去掉了交流分量
一般情况下选择直流耦合即可

X轴偏移和Y轴偏移

字面意思，对X轴和Y轴进行偏移，移动超限的波形以查看

触发方式

示波器显示波形的原理是采样波形，然后输出到屏幕上
触发方式告诉了示波器以怎样的方式截取图像显示在屏幕上，例如1.5V上升沿就是把将每个周期的图像截取上升沿的1.5V的点处到下一个周期的同一点上，这样我们看到的就是仿佛静止不动的图像。
截取图像示意图
实际上很多时候示波器的显示不对就是由于没有设置合适的触发方式
而单次触发更是可以捕捉瞬时信号到示波器上。