图 8. Agilent InfiniiVision 5000 系列示波器的前面板
图 9. Agilent Infiniium 8000系列示波器的后面板
示波器的用途示波器是一种测量与测试仪器, 可以显示某个变量与另一个变量之间的函数关系。例如,它可以在显示屏上绘制一个电压 (y 轴) — 时间 (x 轴) 图。图10 便是这类图的一个例子。如果您想测试某个电子器件是否在正常工作,这项功能会很有用。如果您知道移除器件之后应该会出现何种信号波形,就可以使用示波器来查看器件是否真地输出正确的信号。请注意,x 和y 轴会以网格线划成一些格子。您可以利用这些网格线来进行手动测量,但最新的示波器都能自动执行大部分的测量。示波器的功用不只是绘制电压 — 时间图。
示波器提供多个称为通道的输入,每个通道都可以独立工作。因此,您可以将通道 1 连接到某个器件,将通道2 连接到另一个器件。如此示波器便能绘出通道 1 测得的电压与通道 2测得的电压之间的比较图。此模式称为示波器的XY 模式,它在绘制I-V 图或Lissajous 图时很有用。从Lissajous 图的形状可以得知两个信号之间的相位差与频率比。图 11 为Lissajous 图及它们所代表的相位差和频率比。
图 10. 示波器显示的方波的电压 — 时间图
图 11. Lissajous 图
示波器的类型模拟示波器最早出现的是模拟示波器,它使用阴极射线管来显示波形。电子束在选通打开和关闭时沿着水平线方向扫描。屏幕上涂有萤光物质,只要被电子束击中就会发光。当连续的萤光点亮起时,您便可以看到信号的再现图形。为了让示波器稳定地显示波形, 必须使用触发。当显示屏上的整个波形轨迹线完成时,示波器会等到特定的事件发生(例如上升沿超过某个电压值)后才再次开始显示迹线。未经触发的显示画面是没有用处的,因为显示的波形并不稳定(对于下面将会讨论的DSO 和MSO 示波器来说同样如此)。
模拟示波器非常实用,因为萤光点会继续发光一段时间而不会马上消失。您可以从几个彼此重迭的示波器轨迹线上看到信号的毛刺或不规则性。由于当电子束击中屏幕时波形便会显示,所以显示信号的亮度与实际信号的强度有关。这使得显示屏就像一个 3D 图一样(换言之,x 轴代表时间,y轴代表电压,而z轴则代表强度)。
模拟示波器的缺点是显示画面无法固定不动,好让波形停留较长的时间。当萤光物质不再发光,该部分的信号也会跟着消失。另外,您也无法自动执行波形测量,而必须使用显示屏上的网格线以手动方式来进行测量。模拟示波器可以显示的信号类型也很有限,因为电子束执行水平扫描和垂直扫描的速度存在上限。虽然目前还有很多人在使用模拟示波器,但这类产品在市场上的销量大不如前, 反之数字示波器成了广受欢迎的最新工具。
数字存储示波器 (DSO)数字存储示波器(通常称为DSO) 是为了弥补模拟示波器的许多缺点而发明的。DSO的输入信号必须利用模拟数字转换器来进行模数转换。图12 是安捷伦数字示波器所采用的一种DSO 体系结构。
衰减器会调整波形。垂直放大器会做进一步的调整,然后把波形传到模拟/ 数字转换器 (ADC)。ADC 会对收到的信号进行采样和数字转换,然后将数据储存到存储器中。触发器会寻找触发事件,而时基会调整示波器的时间显示。当微处理器系统按照您的指定对信号进行后期处理之后,信号便会在示波器上显示。
以数字方式表示数据,可让示波器执行各种波形测量。信号可以无限期地存放在存储器中,也可以打印出来或通过闪存、LAN或DVD-RW光盘传送到计算机上。事实上,您现在还可以通过软件提供的虚拟前面板从计算机上来控制与监测示波器。