今天我们来谈谈使用示波器的正确姿势
众所周知，万用表（又称欧姆表）是工程师调试电路最常用的工具，但万用表的功能非常有限。如果您需要观察一些随时间变化的参数，如频率、范围、噪声等，示波器是最佳选择。
让我们先看看什么是示波器？主要用途是什么？
示波器的主要用途是以图形的形式绘制随时间变化的电信号。大多数示波器是由x轴和y轴产生的二维图形。
横轴为时间，纵轴为电压
示波器屏幕周围的控制按钮可以调整图形的显示比，可以调整显示的横轴和纵轴的刻度，从而缩放和查看信号的时间和幅度，调整触发旋钮，帮助显示稳定波形。
除了这些基本功能外，示波器还可以帮助工程师快速定量被测信号的频率、范围和其他波形参数。简而言之，示波器可以测试基于时间和电压的参数，如下：
: 频率和周期、空比、上升时间和下降时间等
: 范围、最大电压、最小电压、平均电压等
那什么时候用示波器？
在调试电路的输入、输出和中间系统时，可以确定信号的频率和范围。
确定电路中噪声的大小
判断波形的形状 – 正弦波、方波、三角波、锯齿波、复合波等
测量两个不同信号的相位差
示波器的功能、性能和价格差异很大。示波器的选择需要根据使用场景（考虑来所有可能的项目需求）和自己的预算进行选择。主要参数如下：
数字 vs. 模拟 – 早期模拟示波器以电子束的形式直接在显示屏上输入电压；数字示波器由微处理器控制，通过模数转换器（ADC）量化输入的模拟信号，经过一系列处理后显示量化的波形。一般来说，早期模拟示波器的带宽相对较低，功能较少，但响应时间可能较快，采样带来的混合频率没有数字示波器。随着科学技术的发展，除非特殊场合需要模拟示波器，否则主流是数字示波器；
– 可同时处理的模拟信号输入量，2通道最常见，其次是4通道；
– 模拟信号的频率范围一般是可靠测量的MHz为单位来表示，下面的图可以看出来如果模拟带宽不够对被测波形的影响。
模拟带宽对信号波形的影响
**取样率 ** – 这是数字示波器的独特指标，反映了模拟信号每秒采样多少次。一些多通道示波器在同时使用多通道时可能会降低采样率MSa/S示波器的最高采样率应大于模拟带宽的4倍。
– 示波器的上升时间决定了其可测量的最快上升脉冲，该指标与带宽高度有关，可以用该公式转换：<span>Rise Time</span> = <span>0.35</span> / <span>Bandwidth</span>.
– 每种电子产品都有其最高电压极限。示波器的最高输入电压是指如果输入的信号电压超过此值，则很可能损坏示波器。
– 表示输入电压的量化精度，一般高速示波器为8bit的高速ADC量化采样模拟信号。
垂直灵敏度 – 该值表示垂直显示的电压范围的最小和最大值，单位为伏/格。
– 表示水平时间轴的灵敏度范围，单位为秒/格
– 如果被测信号是高频信号，即使在电路上叠加非常小的阻抗(电阻、电容、电感)也会对信号产生很大的影响。每个示波器都会对测量电路增加一定的阻抗，即输入阻抗，通常是较大的电阻(>1 MΩ)与较小的电容(在pF并联 (||). 在测量非常高频率的信号的时候输入阻抗的影响就变得比较明显，可以通过调节使用的探头来进行补偿。
以Rigol的DS1204B例如，看看示波器的指标：
| 特性 | 值 |
|---|---|
| 带宽 | 200 MHz |
| 取样率 | 2 GSa/s |
| 上升时间 | <1.75 ns |
| 通道数 | 4 |
| 最大输入电压 | 1000 V |
| 分辨率 | 8-bit |
| 垂直灵敏度 | 2mV/div - 10V/div |
| 时间基准 | 1ns/div - 50s/div |
| 输入阻抗 | 1 MΩ ± 2% |
了解这些参数的意义对你选择合适的示波器非常重要。接下来，让我们谈谈如何正确使用示波器。
各种示波器的功能基本相同，它们都有一些共同的属性 - 显示、水平线、垂直线、触发、输入等。
数字示波器内部构成框图
数字示波器的面板
示波器最重要的功能是以时间为坐标显示要测量的电信号，因此它是示波器最重要的部分之一。
示波器的显示界面一般由多条水平和垂直线交错组成，垂直刻度单位为伏/格，水平刻度单位为秒/格。一般来说，示波器的显示屏垂直(伏)有8-10个网格，水平(秒)有10-14个网格。
越来越多的数字示波器使用多色示波器LCD在一个屏幕上显示多个波形(颜色不同)很容易。
通常在显示屏周围(右侧或下方)有5个输入按钮，用于菜单切换和设置控制。
显示屏的垂直显示是测量信号的电压，其显示控制通常通过两个旋钮：一个调整垂直方向的波形，另一个调整每个网格的刻度（伏/网格）。.
调整垂直显示刻度的旋钮
带有直流偏移的信号
通过调整这两个旋钮，你可以观察到波形的细节，比如仔细看一个5V通过调整这两个旋钮，可以查看方波信号的上升沿。
示波器的水平部分是时间尺，就像垂直调节一样，有两个水平调节按钮 - 调整左右移动 改变刻度的大小(单位为秒/每格)。
左右位置的旋钮可以左右移动显示波形，通过水平比按钮调整屏幕上显示的波形周期。
水平比例按钮可以在水平放大波形中仔细检查细节。
波形的显示是通过水平和垂直调整正确的
触发系统主要是为了稳定波形的显示，让示波器聚焦。通过调整触发按钮，您可以告诉示波器在哪个起点开始测量。如果测量的信号是周期性波形，波形可以通过触发设置稳定地显示在屏幕上，就像静止一样。如果触发调节不当，波形将在屏幕上运行，无法稳定。
示波器的触发部分通常包含一个还有几个按钮可以选择触发源和类型。调整触发电平按钮，将触发点设置为固定电压值。
其它的个按钮和屏幕菜单一起构成了触发系统的其余部分，主要的用途是选择触发源以及触发模式。几种常用的触发类型：
最基本的 - 当输入信号的电压超过某一个设定的电平，示波器开始测量。可以设置为上升沿或下降沿触发，或者两个沿都可以触发。
- 遇到某种指定的电压脉冲的时候示波器开始测量，你可以指定脉冲的宽度以及脉冲的方向。
- 正向或负向的波形斜坡超过了某一个指定的时间则启动示波器的测量。
还有一些更复杂的触发机制用以检测某些标准的波形，比如NTSC或PAL**信号. **
左侧的菜单可以看到不同的触发类型
示波器的测量离不开同被测电路连接的探头，它是一个单输入的设备，将电信号从待测的电路上传递到示波器。它有一个比较尖的头用以接触你要检测的电路的测试点，很多时候这个尖头会配上钩子、镊子或夹子以方便连接到被测的电路上。每个探头都有一个 测试的时候需要将这个接地夹子安全地连接到待测电路的公共的位置。
探头看起来简单，用起来却学问大多了，多数硬件工程师不会使用示波器的探头，我们来看看怎么回事：
理想状况下，示波器的探头应该对被测的信号没有任何影响，但现实却是它长长的连线不可避免地有着杂散电感、电容、以及电阻。因此，无论如何，它们都会影响到示波器对待测信号的解读，尤其在非常高的频率的时候。
探头有多种，最常用的是多数示波器自带的无源（Passive）衰减探头，它内部有着大的电阻并联一个很小的电容，以帮助减小探头的长电缆给待测电路带来的负载效应。这个内部的高电阻同示波器输入端的电阻串联，对输入信号构成了分压。
示波器探头内部等效阻抗以及和示波器输入端的连接
多数的示波器探头的内部阻抗为9MΩ的电阻，它同示波器输入端的标准的1MΩ的输入电阻相连接，构成了1/10的分压，这种探头被称为10X衰减探头。很多探头都有一个开关，可以切换是10:1衰减（10X）还是不做衰减（1X）.
衰减探头在高频应用中能够保证比较高的精准度，但不好的地方就是对输入信号先衰减了10倍，如果你要测量的信号是非常小幅度的微弱信号，最好还是使用不做衰减的1x探头，这时候你需要设置示波器的菜单以告知其衰减发生了变化，很多示波器能够自动检测到探头是衰减还是不衰减。
除了刚才讲的无源衰减探头，还有有源探头（单独供电），能够在送入示波器之前对待测信号进行放大甚至预处理；有能够测量交流或直流电流的探头，电流探头一般是环绕着待测的信号线，而不接触到被测的电路。
1 选择和设置探头
先根据需要选择一个合适的探头，对于多数测量的信号来讲，你购买的仪器里随带的简单的无源探头就可以用了。
接下来，设置好探头的衰减，一般常用的是10X，它是很多场合最佳的选择，如果你要测量幅度比较小的信号，可以设置在1X档。
2 接上探头，打开示波器
将探头连接到示波器的第一个通道，打开示波器开关开始运行，你可以看到示波器屏幕上的方格、刻度以及由一条水平线构成的波形，带着微弱的噪声波动。
屏幕上将显示上次关机前设置好的时间（水平方向）和电压（竖直方向）刻度，你不用管这些，调整相应的旋钮，将示波器放到标准的设置：
1.
打开通道1，关掉通道2；
2.
设置通道1为直流耦合；
3.
设置触发源为通道1 – 没有外接的信号源或其它通道的信号对此进行触发；
4.
设置触发类型为, 触发模式为 ；
5.
确认示波器探头的衰减设置同你使用的探头的状态一致（例如1X, 10X）；
示波器一般在其面板的右下方都会提供一个内部产生、供校准用的高可靠、固定频率和幅度的方波测试信号，它有两个分开的连接点 - 一个输出校正信号，一个连接系统的地。将探头的接地夹子连接到这个测试信号的接地端，示波器的探头连接到测试信号的输出。
旋转水平向和垂直向的调节按钮，将波形适当地显示在屏幕上，调节“触发”按钮让波形稳定地显示在屏幕上。
如果探头设置为10X，却发现显示的方波波形不是严格的方波，你需要进行阻抗补偿 - 用小改锥调节如下图中显示的探头上的并联电容的大小。
高频时的探头等效电路
在调节的时候你可以看到屏幕上的波形在变化。
调节直至屏幕上显示的波形为完美的方波。记住，只有在用10X的时候才需要进行补偿调节。
对于被测的电路来讲示波器探头+示波器等效为一个10MΩ的电阻和Cload的并联，对被测电路工作的影响可以根据这个等效电路来计算。
一旦校准好了探头，就可以测量电路上的信号了，测量的时候几个小技巧：
-- 将探头的接地夹子接到这个点上。有时候你需要焊接一根很细的导线在电路板上以方便探头的接地夹夹住，探头的尖头端也可以通过带弹簧的夹子、钩子等方便地连接待测的信号点 - 总之要找到一种方法，你不必要一直用手拿着探头。
- 如果待测的信号为高频（几十MHz）信号，用示波器测试的时候要做到地线的连接尽可能短，否则会由于探头的接地线同探头的尖头构成的环路形成天线，将待测点附近的高频信号（空间的无线电波、板子上开关信号辐射）接收下来叠加在待测信号上，会给自己的调试带来很大的干扰。多数情况下需要将同轴线直接焊接在电路板上，避免产生接收回路。
- 不同的示波器内部带的测量功能不同，你可以查看说明书以及调节各个按键先对你用的仪器功能全面熟悉一下，比如周期、峰峰值、脉宽、占空比、上升沿、下降沿、平均电压等的测量以及如何使用FFT功能，有哪些是能够自动测量并显示的。
使用示波器的测量工具获取Vpp, Vmax, 频率，周期，占空比等信息.
参数的自动计算显示
- 可以通过移动光标读数、计算得到，移动光标的时候时间和电压值都会发生变化。一般光标都是成对出现，你可以通过读取两个光标之间的差值得到需要的信息。
使用光标测量方波的过冲振铃
- 基于你的测量结果，可以对电路进行调整，并调整后再次测量，有一些示波器具有保持、打印波形的功能，因此你可以调出前面测试的信号进行对比。
由于篇幅有限，关于示波器的使用就讲这些，如果要了解更深入的内容可以在google.com或bing.com里搜索“oscilloscope ppt”，能够看到很多关于示波器如何使用的教程。再有问题可以加入我们的测试测量技术交流群进行交流。
今晚8点苏老师会通过摩尔吧在线视频平台（www.moore8.com）直播 - “工程师常用仪器的使用”，简单介绍万用表、示波器、电源、信号发生器等的使用要领，并详细讲述信号的构成以及对其的测量。直播期间课程免费，有兴趣观看直播的朋友可以点击“阅读原文”跳转到摩尔吧的视频页面进行报名观看。
自我介绍:B站资深恰饭Up，双985通信专业毕业，擅长高速数字电路设计（X86/FPGA/ARM等）。不定期分享硬件电路设计干货，知识体系，有趣专业实验。包括但不仅限于学习方法、模电、FPGA、小信号、高速电路、信号完整性、Layout、嵌入式、学习方法。已帮助成千上万电子专业学生和初级工程师入门成长。技术交流群集合了众多经验丰富的技术大牛，交流氛围极佳。我的宝藏都在这了。
更多精彩在公众号:路飞的电子设计宝藏