示波器是一種可將電信號（主要是電壓）轉換為屏幕/顯示屏上的可見軌跡的電子儀器。也就是說，可將電信號轉換為光信號。

這些儀器以二維形式動態繪制隨時間變化的電信號。在示波器顯示屏的 “Y”（垂直）軸繪制電壓，在 “X”（水平）軸繪制時間。所繪制的電壓和時間最終顯示為一幅輸入信號圖，通常稱為“波形”。隨著輸入信號特性的變化，可在示波器顯示屏上看到所繪制波形的持續/動態更新。

示波器是電子工程師用來測試和驗證電子設計的主要儀器。此儀器還將是電子工程/物理實驗室中用于測試所分配實驗的主要儀器。

 示波器常用名稱

示波器有多個名稱，但如今最常用的名稱為 “scope”。有時也將其叫做 “DSO”（digital（數字）storage（存儲）oscilloscope（示波器））、“Digital Scope”（數字示波器）和 “Digitizing Scope”（數字化示波器）。這三個名稱表示這些儀器中使用的動態捕獲和存儲波形的新型數字技術。

采用早期技術的示波器通常稱為 “Analog Scopes”（模擬示波器）。您的教授在學生時代使用的可能就是這種示波器。

在澳大利亞或新西蘭，示波器通常被叫做 “CRO” - 讀作 “crow” - 這是 Cathode（陰極）Ray（射線）Oscilloscope（示波器）的縮寫。盡管如今大多數新型數字示波器都主要使用數字平面屏幕顯示技術來顯示波形，而不再使用早期的陰極射線管技術，澳大利亞和新西蘭人仍親切地將其稱為 “CRO”。

“O-Scope”（示波器）是另一個常用名稱。最后，有時我們會聽到 “MSO” 這個名稱，它表示 mixed（混合）signal（信號）oscilloscope（示波器）。MSO 基本上是帶額外采集邏輯分析儀通道的 DSO。

示波器測試基礎

使用示波器測量電子信號需要將所需的被測試信號輸入到示波器的輸入 BNC 連接器中。若要測量生成器的輸出，通常要使用標準 50-? BNC 或 SMA 電纜直接將生成器的輸出與示波器的輸入連接在一起。但如果要在您的電路/設計的某一點測量信號特性，通常要使用示波器“探頭”來進行。

探頭有很多種，可用于各種特定用途（如高頻率應用、高電壓應用和電流測量等）。但用于測試大范圍信號的最常用示波器探頭稱為“無源 10:1 分壓器探頭”。您將使用這種探頭來進行所分配的大多數電子實驗室實驗。

―探頭用于將信號從要測試的設備傳輸到示波器的 BNC 輸入。
―探頭有很多種，可用于各種特定用途（高頻率應用、高電壓應用和電流等）。
―最常用的一種探頭叫做“無源 10:1 分壓器探頭”。

無源 10:1 分壓器探頭

這里我們展示了一個連接到示波器輸入的無源 10:1 分壓器探頭的電子模型。“無源”一詞表示探頭包括晶體管和放大器等無源電路。也就是說，探頭完全由無源元件/組件（包括電阻、電容和電感。）

“10:1”，讀作 10 比 1，表示探頭通過阻性分壓器網絡方法將輸入信號的幅度降低 10 倍。示波器測量系統的輸入阻抗（探頭 + 示波器的電阻）通常也增加 10 倍。

最后，請注意使用此種探頭的所有測量都應對地進行。也就是說，應將探頭的輸入端連接到所需的測試點，且必須 將探頭的接地導線/夾子連接到電路的地。使用這種探頭無法測量兩個電路中組件之間的電壓。此類差分測量需要專門的差分有源探頭。

還需注意的是，任何時候都不應嘗試使用示波器探頭來連接電路。

無源: 包括晶體管和放大器等無源元件。

10-to-1: 將傳輸到示波器 BNC 輸入的信號幅度降低 10 倍，同時將輸入阻抗提高 10 倍。

注意：所有測量必須對地進行！

低頻率/直流型號

對于低頻率或直流測量應用，通過移除前圖所示模型中的所有電容元件，我們的示波器探頭模型可以大大簡化。剩下的就只有探針旁邊的 9 M? 電阻器與示波器的標準 1 M? 輸入終端串聯。使用歐姆定律，您會發現示波器輸入 BNC 處的信號電壓電平將為探針處電壓電平的 1/10。

如今的大多數示波器都有探頭衰減常數，用于自動補償電壓測量，以便相對于探針進行報告。某些示波器會自動檢測連接的 10:1 探頭。而某些入門級示波器需要用戶手動輸入探頭衰減常數。示波器自動檢測到或用戶手動輸入探頭衰減常數后，示波器便會提供所有電壓測量的補償后讀數。例如，如果將 10:1 探頭連接到 5 V 直流電源，實際上示波器會在其輸入 BNC 處“看到”0.5 V 的直流信號。但使用了 10:1 探頭衰減常數后，示波器將報告它在探針處“看見”了 5 V 的直流信號。

稍后我們將探討無源 10:1 分壓器探頭更為精確的交流/動態模型。

低頻率/直流型號: 簡化了 9-M? 電阻器與示波器 1-M? 輸入終端串聯。
探頭衰減常數:某些示波器自動檢測 10:1 探頭，并相對于探針調整所有垂直設置和電壓測量。某些示波器需要手動輸入 10:1 探頭衰減常數。

快速了解示波器顯示屏

?波形顯示區域顯示有網格線（格）。
?網格線的垂直間隔相對于伏/格設置。
?網格線的水平間隔相對于秒/格設置。

使用探頭將信號輸入示波器后，便可設置示波器的垂直和水平刻度調整，開始進行測量。正如前面所說，示波器顯示屏以 X：Y 形式捕獲波形。電壓（信號幅度）在 Y 軸繪制，時間在 X 軸繪制。

波形顯示區域劃分為許多網格線 – 有時也叫做“格”。在垂直軸上有 8 個垂直格。每個垂直格（水平網格線之間的間隔）等于示波器顯示屏左上角顯示的伏/格設置。在本示例中，由于示波器的垂直刻度調整設置為 1 V/div，因此每個水平網格線之間的增量電壓為 1 伏。在此設置 (1 V/div) 下示波器能測量的最大峰峰值振幅為 8 Vpp（8 格 x 1 V/div）。

在水平軸上有 10 個水平格。每個水平格（或每個垂直網格線之間的間隔）等于示波器的秒/格設置。該設置顯示在示波器顯示屏的右上角附近。在本示例中，由于示波器的水平刻度調整設置為 1 μs/div，因此每個垂直網格線之間的增量時間為 1 微秒。示波器屏幕能測量的最長時間為 10 微秒（10 格 x 1 μs/div）。

使用示波器進行測量 – 如何使用示波器目測估計?

―周期 (T) = 4 格 x 1 μs/div = 4 μs，頻率 = 1/T = 250 kHz。
―V p-p = 6 格 x 1 V/div = 6 V p-p
―V max = +4 格 x 1 V/div = +4 V，V min = ?

可使用多種方法在繪制的波形上進行電壓和時間測量，但最常用的方法是目測估計。熟悉示波器的工程師可快速進行估計，確定信號的幅度和定時。在本示例中，由于輸入信號的周期每四格重復一次，且水平刻度調整設置為 1 μs/div，因此我們可以快速確定此信號的周期 (T) 大約為 4 μs（4 格 x 1 μs/div），頻率為 250 kHz（頻率 = 1/T）。

要確定此信號的峰峰值振幅，我們看到在設置為 1 V/div 的情況下，此波形在垂直方向上大約占了 6 格，因此峰峰值振幅約為 6 Vpp（6 格 x 1 V/div）。

要測量信號的絕對峰值電壓，首先要找到位于格線左側的地指示器/圖標。此點定義 0 V 電平。然后我們看到此信號的正峰值振幅 (Vmax) 約為地指示器以上 4 格，因此此信號的正峰值振幅約為地以上 +4 V（+4 格 x 1 V/div）。下面確定此信號的負峰值振幅 (Vmin)。