示波器如何工作

将示波器探头连接到电路时，电压信号通过探头传输到示波器的垂直系统。下图是一个简单的框图，显示了模拟示波器如何显示测量信号。

　
模拟示波器框图

根据您设置垂直刻度（伏/格控制）的方式，衰减器会降低信号电压，或者放大器会增加信号电压。

接下来，信号直接传输到阴极射线管 (CRT) 的垂直偏转板。施加到这些偏转板上的电压会导致发光点移动。（电子束撞击 CRT 内的荧光体产生发光点。）正电压使点向上移动，而负电压使点向下移动。

该信号还会传输到触发系统以启动或触发“水平扫描”。水平扫描是一个术语，指的是水平系统的动作，导致发光点在屏幕上移动。触发水平系统会导致水平时基在特定时间间隔内将发光点从左向右移动穿过屏幕。快速连续的多次扫描会使发光点的运动融合成一条实线。在更高的速度下，该点每秒可以扫过屏幕多达 500,000 次。

水平扫描动作和垂直偏转动作一起在屏幕上描绘信号图。触发器对于稳定重复信号是必要的。它确保扫描从重复信号的同一点开始，从而产生如下图所示的清晰图像。

触发可稳定重复波形

总之，要使用模拟示波器，您需要调整三个基本设置以适应输入信号：

信号的衰减或放大。在将信号施加到垂直偏转板之前，使用伏/格控件调整信号的幅度。

时间基准。使用秒/格控件设置屏幕上水平表示的每格的时间量。

示波器的触发。使用触发电平来稳定重复信号以及单个事件的触发。

此外，调整焦点和强度控制使您能够创建清晰可见的显示。

数字示波器

构成数字示波器的一些系统与模拟示波器中的系统相同。然而，数字示波器包含额外的数据处理系统。通过添加的系统，数字示波器可以收集整个波形的数据，然后将其显示出来。

当您将数字示波器探头连接到电路时，垂直系统会调整信号的幅度，就像在模拟示波器中一样。

接下来，采集系统中的模数转换器 (ADC) 在离散时间点对信号进行采样，并将这些点处的信号电压转换为称为采样点的数字值。水平系统的采样时钟决定了 ADC 采样的频率。时钟“滴答”的速率称为采样率，以每秒采样数来衡量。

来自 ADC 的采样点作为波形点存储在内存中。多个采样点可以组成一个波形点。

波形点一起构成一个波形记录。用于进行波形记录的波形点数称为记录长度。触发系统决定记录的开始点和停止点。显示器接收这些记录点并将其存储在内存中。

根据示波器的功能，可能会对采样点进行额外的处理，从而增强显示效果。预触发可能可用，允许您查看触发点之前的事件。

数字示波器框图

从根本上讲，使用数字示波器与模拟示波器一样，您需要调整垂直、水平和触发设置才能进行测量。

抽样方法

采样方法告诉数字示波器如何采集采样点。对于缓慢变化的信号，数字示波器可以轻松收集足够多的采样点来构建准确的图像。然而，对于更快的信号（多快取决于示波器的采样率），示波器无法收集足够的样本。数字示波器可以做两件事：

它可以单遍（实时采样模式）收集信号的几个采样点，然后使用插值。插值是一种基于几个点来估计波形外观的处理技术。

只要信号重复自身（等效时间采样模式），它就可以随时间构建波形图。

带插值的实时采样

数字示波器使用实时采样作为标准采样方法。在实时采样中，示波器在信号出现时收集尽可能多的样本。对于必须使用实时采样的单次或瞬态信号，请参见下图。

实时采样图

数字示波器使用插值来显示信号，速度太快，以至于示波器只能收集几个采样点。插值“连接点”。

线性插值只是将样本点与直线连接起来。正弦插值（或 sin x over x 插值）将采样点与曲线连接起来。（参见下图） Sin x over x 插值是一个类似于光盘播放器中使用的“过采样”的数学过程。通过正弦插值，计算点以填充真实样本之间的时间。使用此过程，可以准确地显示每个周期中仅采样几次的信号，或者在光盘播放器的情况下，准确地回放信号。

线性和正弦插值图

等效时间采样

一些数字示波器可以使用等效时间采样来捕获非常快的重复信号。等效时间采样通过从每次重复中捕获一点信息来构建重复信号的图像。（参见下图）您会看到波形慢慢建立起来，就像一串灯一一亮起。通过顺序采样，点按从左到右的顺序出现；通过随机采样，点沿着波形随机出现。

　
等效时间采样图