示波器梦想之了解示波器

一、模拟示波器原理：

物理学理论可以证明，一端通过细绳固定的重物在作摆动时，与中心垂线的距离满足正弦波规律。沙漏实验可以清晰地显示这个随时间变化的波形：用沙漏充当重物，并且在沙漏底下的桌面上平铺一张纸，当沙漏开始摆动时，让纸匀速移动。这样，沙漏中流出的细沙，就在纸上留下了一个正弦波痕迹，如图1所示。利用这种设计思想，可以完成波形在平面上（对应于时间的流动）的展开。这种设计思想在波形记录、显示中被广泛采用，比如心电图机，就是用原地摆动的电热针，在匀速移动的记录纸带上描记出心电波形。

利用心电图机的结构，已经可以记录电压信号，但是，示波器在大量的应用中，并不需要通过消耗纸张来记录波形，而仅仅是观察波形。因此，可以重复使用的荧光屏，被应用到示波器的设计中。

在一个封闭玻璃管显示屏的内壁涂上荧光粉，当荧光粉被大量电子形成的电子束轰击时，会发出荧光。可以发出电子束的设备称为电子*，它可以连续地发出集束性很强的电子。这些电子束在飞行过程中，如果遇到电场的作用，会因电场形成的力而改变运行方向，导致最终电子束落到荧光屏上的位置发生改变，也就是光点改变。根据这个原理制造的示波管，其结构如图2.1.2所示。图中电子*发出的电子束，经过两个偏转板的作用，会在X、Y两个方向上发生偏转。

当在Y偏转板上加入被测信号，而在X偏转板上不加电压，可以在示波管的荧光屏上看到光点随着被测电压的变化而发生位置变化——电压越大，光点位置越靠上方。

当在X偏转板上加入一个锯齿波，而在Y偏转板上不加电压，可以看到光点从荧光屏左边出现，匀速移动到右边，然后又迅速在左边重复出现。

当在X偏转板上加入一个锯齿波，而在Y偏转板上加入一个正弦波，则可以看到，光点在匀速左移的同时，其Y方向位置出现了正弦变化的规律，也就是说，光点的移动轨迹是一个正弦波。

图2 模拟示波器的显示屏

模拟示波器把需观测的两个电信号加至示波管的X、Y通道以控制电子束的偏移，从而获得荧光屏上关于这两个电信号关系的显示波形。

显然，这种模拟示波器体积大、重量重、成本高、价格贵，并且不太适合用于对非周期的、单次信号的测量。

二、数字示波器简要原理

数字示波器的工作原理可以用图3 来描述，当输入被测信号从无源探头进入到数字示波器，首先通过的是示波器的前置放大模块，由于后续的A/D模数转换器对其测量电压有一个规定的量程范围，所以，示波器的前置放大模块就是负责对输入信号的预先处理，放大或者衰减到一定合适的幅度，然后才进入ADC。A/D模数转换器将输入信号转换为二进制数据，传送给存储模块。因为处理器的速度跟不上高速A/D模数转换器的转换速度，所以在两者之间需要添加一个高速缓存器。图2.2.1中还有一个触发电路，触发电路用来设定触发事件，只有当输入信号满足用户设定的触发事件时，示波器才会采集数据，这部分工作也可以在软件上实现。