示波器是實(shí)驗(yàn)室不可或缺的測(cè)試和測(cè)量設(shè)備玷或。它們用于顯示、記錄和分析電壓波形蔬胯，通常在時(shí)間域中位他。在本指南中，我們將使用 Moku:Lab 的內(nèi)置示波器介紹基本功能鹅髓，同時(shí)學(xué)習(xí)示波器的一些重要概念和參數(shù)。這將幫助您更好地了解示波器的功能骗奖、通常如何使用示波器重归，以及采樣率鼻吮、帶寬、觸發(fā)器等概念较鼓。
Moku示波器
示波器是實(shí)驗(yàn)室不可或缺的測(cè)試和測(cè)量設(shè)備。它們用于顯示畜伐、記錄和分析電壓波形，通常在時(shí)間域中躺率。在本指南中悼吱，我們將使用 Moku:Lab 的內(nèi)置示波器介紹基本功能后添，同時(shí)學(xué)習(xí)示波器的一些重要概念和參數(shù)。這將幫助您更好地了解示波器的功能馅精、通常如何使用示波器洲敢，以及采樣率阻问、帶寬沦疾、觸發(fā)器等概念哮塞。
什么是示波器忆畅？
示波器是一種測(cè)試和測(cè)量?jī)x器尸执，可快速測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)的電壓如失。它記錄電路中某些點(diǎn)的電壓褪贵，并在屏幕上顯示電壓（Y 軸）與時(shí)間（X 軸）的關(guān)系掂之。它本質(zhì)上是一種非炒喽。快速的電壓表槽卫，具有數(shù)據(jù)記錄和繪圖功能（圖 1）歼培。
示波器的關(guān)鍵特性之一是它測(cè)量和記錄電壓的速度喷好。在規(guī)格表上，它被稱為采樣率读跷。示波器的采樣率通常用它在一秒鐘內(nèi)可以測(cè)量的點(diǎn)數(shù)來(lái)衡量。例如，Moku:Lab 的示波器的max采樣率為 500 MSa/s荡短。也就是一秒鐘內(nèi)進(jìn)行 500,000,000 次測(cè)量掘托。MSa/s 代表每秒兆樣本。理論上籍嘹，儀器可以測(cè)量的高頻率限制為采樣頻率的 ?泪掀。這稱為奈奎斯特條件颂碘。然而，在大多數(shù)情況下塔拳，采樣率并不是示波器的限制因素。示波器的帶寬描述模擬輸入可以處理的高頻率峡竣。它通常用截止頻率和 -3 dB 衰減來(lái)描述。截止頻率以外的信號(hào)會(huì)被衰減。采樣率和帶寬是示波器的決定性規(guī)格。采樣率通常是圍繞帶寬設(shè)計(jì)的。現(xiàn)代示波器的采樣率范圍從每秒數(shù)百兆樣本到數(shù)十千兆樣本戚宦，帶寬范圍從數(shù)十MHz到幾GHz。較高的采樣率和帶寬通常提供更好的信號(hào)模態(tài)，盡管這是有代價(jià)的艳汽。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則猴贰，示波器的帶寬應(yīng)該至少比您要測(cè)量的信號(hào)的基頻大 3 到 5 倍河狐。要捕捉急劇上升/下降的特征栅干，例如由許多不同頻率的正弦波組成的方波迈套，則需要更大的帶寬桑李。
輸入設(shè)置:
我們已經(jīng)介紹了示波器的基本功能和兩個(gè)關(guān)鍵規(guī)格×現(xiàn)在，我們將研究一些細(xì)節(jié)戒洼。首先是輸入設(shè)置允华。大多數(shù)示波器有兩個(gè)或四個(gè)輸入通道靴寂≌僭牛可以單獨(dú)打開、關(guān)閉和配置通道剖踊。輸入設(shè)置會(huì)改變模擬前端的配置方式衫贬，這主要影響顯示屏上的 Y 軸固惯。Moku:Lab 示波器的三個(gè)z重要的輸入設(shè)置是：垂直刻度（輸入范圍）葬毫、耦合和阻抗镇辉。
垂直比例：
刻度決定 Y 軸上的電壓范圍贴捡。數(shù)字存儲(chǔ)示波器通常具有有限的垂直分辨率（它們可用于表示整個(gè)輸入范圍的點(diǎn)數(shù)）烂斋。盡可能使用整個(gè)輸入范圍是一種很好的做法。示波器中的垂直刻度通常與輸入增益直接相關(guān)色迂。示波器上顯示信號(hào)后，請(qǐng)相應(yīng)地調(diào)整垂直刻度以確保信號(hào)既不飽和也不不足歇僧。
耦合：
輸入耦合決定了信號(hào)的哪些部分（直流和交流）會(huì)通過(guò)輸入。在直流耦合中诈悍，直流和交流分量都會(huì)通過(guò)輸入兽埃。在交流耦合中柄错，只有交流分量才允許通過(guò)輸入。當(dāng)您想在較大的直流偏移上探測(cè)較小的交流振蕩時(shí)售貌，這很有用颂跨。交流耦合的截止頻率通常約為 50-60 Hz恒削。
阻抗：
阻抗決定了輸入負(fù)載電阻的電阻值。大多數(shù)示波器都有 50 Ω 或 1 MΩ 的選項(xiàng)钓丰。選擇取決于信號(hào)的源阻抗。通常弃揽，1 MΩ 用于準(zhǔn)確測(cè)量電壓则北，因?yàn)樗鼘?duì)輸入信號(hào)的干擾較小，而 50 Ω 用于測(cè)量高頻功率并連接到具有 50 Ω 阻抗的其他設(shè)備涌矢。
示波器通常使用探頭連接電路，這些探頭通常是 1x 或 10x 探頭塔次。1x 探頭通過(guò)信號(hào)時(shí)不進(jìn)行幅度縮放，而 10x 探頭提供電阻分壓器励负，將信號(hào)縮放 1/10匕得。1x 或 10x 探頭類型也可以在 Moku:Lab 輸入設(shè)置中設(shè)置汁掠，以便顯示正確反映探頭縮放和實(shí)際信號(hào)幅度。
觸發(fā)功能:
觸發(fā)功能是示波器中zui重要的機(jī)制之一考阱。如我們?cè)谏弦还?jié)中討論的那樣，示波器的采樣率為幾百 MHz 到幾 GHz乞榨。實(shí)際上政溃，不可能在屏幕上連續(xù)顯示和存儲(chǔ)如此多的數(shù)據(jù)點(diǎn)。這就是觸發(fā)機(jī)制發(fā)揮作用的地方态秧。示波器不是連續(xù)捕獲數(shù)據(jù)申鱼，而是在“觸發(fā)”后捕獲一定數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)（即 10,000 個(gè)點(diǎn)）捐友。觸發(fā)后，示波器會(huì)在屏幕上顯示這 10,000 個(gè)點(diǎn)溃槐，然后等待下一次觸發(fā)。如果觸發(fā)事件發(fā)生的速度快于示波器可以處理的速度谣殊，它將忽略這些中間觸發(fā)拂共，直到示波器準(zhǔn)備好下一次觸發(fā)。這意味著屏幕上顯示的波形可能不是連續(xù)的姻几。相反势告，示波器會(huì)連續(xù)顯示每次觸發(fā)事件時(shí)捕獲的這些“快照”（圖 4）抚恒。大多數(shù)示波器都有“滾動(dòng)”模式俭驮，可以在沒有觸發(fā)的情況下連續(xù)捕獲和顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)回溺。然而表鳍，滾動(dòng)模式使用的采樣率通常要慢得多譬圣。
觸發(fā)條件：
示波器通常在輸入通道之一的電壓上升/下降超過(guò)某個(gè)水平時(shí)觸發(fā)厘熟。例如，我們可以在輸入 1 的電壓上升超過(guò) 1 V 時(shí)觸發(fā)示波器登澜。觸發(fā)條件是高度可定制的飘庄，有些示波器具有更高ji的觸發(fā)條件脑蠕。但是，我們不會(huì)在本入門教程中介紹它們跪削。
觸發(fā)模式：
大多數(shù)示波器有三種不同的觸發(fā)模式：“自動(dòng)”碾盐、“正澈辆粒”和“單次”付枫。在“自動(dòng)”模式下，當(dāng)示波器在一定時(shí)間后未檢測(cè)到觸發(fā)事件時(shí)阐滩，就會(huì)發(fā)生“強(qiáng)制”觸發(fā)叶眉。即使不滿足觸發(fā)條件址儒，示波器也會(huì)始終顯示新獲取的數(shù)據(jù)莲趣。在“正常”模式下喧伞，只有滿足設(shè)置的觸發(fā)條件時(shí)才會(huì)觸發(fā)示波器翁逞。示波器會(huì)始終等待下一個(gè)觸發(fā)事件，而不是應(yīng)用“強(qiáng)制”觸發(fā)挖函。在“單次”模式下浊竟，示波器會(huì)等待下一個(gè)觸發(fā)事件怨喘。一旦觸發(fā)，它將暫停屏幕并顯示使用該觸發(fā)器捕獲的波形梳庆。
時(shí)間基準(zhǔn)（水平刻度）
現(xiàn)在我們來(lái)討論 X 軸卑惜。示波器的時(shí)基控制水平軸的行為。通過(guò)調(diào)整時(shí)基，示波器將自動(dòng)選擇較好的采樣率芋浮，以平衡軌跡長(zhǎng)度（時(shí)間）和時(shí)間分辨率。為什么我們不總是使用大采樣率镇草？如前所述瘤旨，示波器每個(gè)觸發(fā)事件可以存儲(chǔ)的點(diǎn)數(shù)受其內(nèi)部存儲(chǔ)器的限制梯啤。假設(shè)樣本大小為 10,000 個(gè)點(diǎn)因宇。如果我們要觀察的信號(hào)以 1 Hz 振蕩察滑，那么在 500 MSa/s 下，10,000 個(gè)點(diǎn)顯示 0.000002 秒的數(shù)據(jù)贺辰。以這種速率，我們無(wú)法接近 1 Hz 信號(hào)的全貌！因此吃靠，當(dāng)我們調(diào)整 X 軸的比例時(shí)硫眨，需要優(yōu)化采樣率捺球。分析的頻率越低氮兵，時(shí)基越長(zhǎng)歹鱼，樣本之間的間隙越大泣栈。
DSO 的采樣率是有限的南片。這意味著示波器采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)在時(shí)間上并不是真正連續(xù)的庭敦。為了在放大時(shí)間軸時(shí)在屏幕上顯示連續(xù)的波形伞广，可以選擇不同的插值模式疼电。線性插值不執(zhí)行任何上采樣嚼锄。要顯示波形蔽豺，需要在連續(xù)的點(diǎn)之間畫一條直線。這很“丑陋”可霎，但不會(huì)“發(fā)明”任何新的數(shù)據(jù)點(diǎn)。SinX/X 插值保留了信號(hào)的頻率特性。但在時(shí)間域中婴氮，可能會(huì)出現(xiàn)信號(hào)中實(shí)際上不存在的過(guò)沖或欠沖。高斯插值“平滑”了信號(hào)荣暮，以犧牲頻率信息為代價(jià)保留了信號(hào)的時(shí)域視覺特性罩驻。
如果您嘗試捕獲的波形對(duì)于每個(gè)觸發(fā)事件都是重復(fù)的穗酥，則有時(shí)平均幾個(gè)觸發(fā)事件并顯示平均波形會(huì)很有用。這應(yīng)該會(huì)顯著提高相對(duì)較弱信號(hào)的信噪比抽高。
持久性設(shè)置允許您在屏幕上保留給定數(shù)量的舊波形（觸發(fā)事件）。它有助于觀察波形隨時(shí)間的變化透绩。
高ji功能
現(xiàn)在我們將討論示波器內(nèi)置的一些自動(dòng)化功能。現(xiàn)代示波器可以測(cè)量捕獲波形的各種屬性帚豪，例如幅度碳竟、頻率等。因此诈泼，您可以讓示波器自動(dòng)為您計(jì)算，而不是通過(guò)計(jì)算屏幕上的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算輸入波形的頻率厂汗。大多數(shù)示波器還具有數(shù)學(xué)功能委粉，例如：對(duì)輸入波形進(jìn)行加法呜师、減法，甚至執(zhí)行快速傅里葉變換 (FFT) 分析汁汗。所有這些功能相結(jié)合祈争，使現(xiàn)代示波器成為實(shí)驗(yàn)室中用于分析電路角寸、通信信號(hào)等的真正實(shí)用工具菩混。
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