定义与原理

? 定义：示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程1。

? 原理：模拟示波器利用电子枪发射电子束，经聚焦后打在涂有荧光物质的屏面上产生光点，在被测信号作用下，电子束可在屏面上描绘出被测信号的瞬时值变化曲线。数字示波器则是通过模拟转换器（ADC）把被测电压转换为数字信息，捕获波形的一系列样值并存储，随后重构波形1。

分类

? 按信号处理方式分类4

? 模拟示波器：采用模拟电路（示波管）进行信号处理，直接测量信号电压，通过电子束在荧光屏上描绘出被测信号的瞬时值变化曲线。结构简单、价格相对较低，但带宽、分辨率和测量精度等方面存在局限性。

? 数字示波器：采用模数转换器（ADC）将被测信号转换为数字信号，然后通过软件编程进行信号处理。具有抗干扰能力强、波形存储方便、自动测量等优点，还可实现 FFT（快速傅里叶变换）等功能。可细分为数字存储示波器（DSO）、数字荧光示波器（DPO）和采样示波器等。

? 按结构和性能分类1

? 普通示波器：电路结构简单，频带较窄，扫描线性差，仅用于观察波形。

? 多用示波器：频带较宽，扫描线性好，能对直流、低频、高频、超高频信号和脉冲信号进行定量测试，借助幅度校准器和时间校准器，测量准确度可达 ±5%。

? 多线示波器：采用多束示波管，能在荧光屏上同时显示两个以上同频信号的波形，没有时差，时序关系准确。

? 多踪示波器：具有电子开关和门控电路的结构，可在单束示波管的荧光屏上同时显示两个以上同频信号的波形，但存在时差，时序关系不准确。

? 取样示波器：采用取样技术将高频信号转换成模拟低频信号进行显示，有效频带可达 GHz 级。

? 记忆示波器：采用存储示波管或数字存储技术，将单次电信号瞬变过程、非周期现象和超低频信号长时间保留在示波管的荧光屏上或存储在电路中，以供重复测试。

? 数字示波器：内部带有微处理器，外部装有数字显示器，有的产品在示波管荧光屏上既可显示波形，又可显示字符。被测信号经模一数变换器（A/D 变换器）送入数据存储器，通过键盘操作，可对捕获的波形参数的数据进行运算，并显示出答案数字。

? 按显示方式分类4

? 模拟显示示波器：通过传统的荧光屏显示波形，如模拟示波器的显示方式。

? 数字显示示波器：通过数码显示屏显示波形，具有更高的分辨率和精度，且便于存储和回放波形数据。

组成部分1

? 显示电路：包括示波管及其控制电路两个部分。示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏 3 个部分组成，电子枪用于产生并形成高速、聚束的电子流；偏转系统控制电子束在水平和垂直方向的运动；荧光屏将偏转后的电子束显示出来。

? Y 轴放大电路：由于示波管的偏转灵敏度较低，一般的被测信号电压都要先经过垂直放大电路的放大，再加到示波管的垂直偏转板上，以得到垂直方向适当大小的图形。

? X 轴放大电路：同理，接入示波管水平偏转板的电压也要先经过水平放大电路的放大以后，再加到示波管的水平偏转板上，以得到水平方向适当大小的图形。

? 扫描同步电路：产生一个锯齿波电压，使示波管阴极发出的电子束在荧光屏上形成周期性的、与时间成正比的水平位移，即形成时间基线。同时，为使荧光屏上显示的图形保持稳定，要求锯齿波电压信号的频率和被测信号的频率保持同步。

? 电源供给电路：供给垂直与水平放大电路、扫描与同步电路以及示波管与控制电路所需的负高压、灯丝电压等。

技术指标

? 带宽：定义为信号衰减 3db 时的信号频率，若带宽不够会导致看到的信号失真，测试不准确，带宽指标主要体现在衰减器与放大器的指标上。

? 采样率：体现示波器的 ADC 的性能，通常要大于等于带宽的 4 倍。

? 存储深度：影响观测时间的长短，也会影响到示波器的采样率，因为存储深度 = 采样率 × 观测时间。

应用领域2

? 电子电路设计与调试：在电路设计过程中，工程师利用示波器实时显示电路中各点的电压变化情况，判断电路是否正常工作，及时发现如信号失真、噪声干扰、时序错误等问题，并进行针对性调试和优化。

? 电力系统监测：用于监测电力设备的运行状态和电力信号的质量，帮助检测电网中的谐波失真、电压波动、瞬态过电压等异常情况，为电力系统的故障诊断和维护提供依据。在新能源领域，如太阳能和风能发电系统中，也用于监测和分析电能转换过程中的电信号，以提高能源转换效率和系统稳定性。

? 通信系统分析：在有线通信和无线通信中，帮助工程师分析信号的传输特性。对于数字通信系统，可观测数字信号的眼图，评估信号质量和噪声水平；在无线通信中，可分析射频信号的频谱、功率和调制特性，优化通信链路，提高通信质量和覆盖范围。

? 汽车电子研发与故障诊断：在汽车电子研发过程中，用于测试汽车传感器、执行器和控制单元的信号，确保汽车系统的性能和可靠性。当汽车出现故障时，维修技师可利用其诊断电气系统的问题，如点火系统故障、传感器信号异常等，快速定位故障源，提高维修效率。

? 教育与科研：在教育领域，是电子工程教学中的重要实验设备，帮助学生直观地理解电信号的特性和电路的工作原理。在科研方面，为研究人员提供了精确测量和分析电信号的手段，有助于推动电子技术、物理学、生物学等多个学科的发展，如在生物医学研究中，可用于记录神经电信号。