一、定义与核心功能

示波器是一种用于可视化电信号随时间变化的电子测量仪器，其核心功能为：

信号捕获：将电压、电流等电信号转换为可视化的波形图（Y轴：电压/电流幅值，X轴：时间）。

参数测量：自动计算频率、周期、峰峰值、上升时间等关键参数。

动态分析：捕捉瞬态事件（如脉冲、毛刺）、协议解码（如I²C、SPI）及频谱分析（FFT功能）。

二、核心组成与工作原理

输入通道与探头

输入阻抗：典型值为1MΩ并联15pF（高阻模式）或50Ω（射频测量）。

衰减探头（如10:1探头）：扩展电压量程至数千伏，需补偿校准（探头方波校准）。

垂直系统（Y轴）

放大器与衰减器：调节信号幅值，确保波形在屏幕范围内（如1mV/div~10V/div）。

带宽（Bandwidth）：定义为信号幅值衰减至-3dB（约70.7%）时的频率（如100MHz示波器可有效测量<100MHz正弦波）。

水平系统（X轴）

时基控制：调整时间分辨率（如1ns/div~10s/div）。

采样率（Sampling Rate）：每秒采样点数（如1GSa/s），需满足奈奎斯特定理（采样率>2倍信号最高频率）。

触发系统（Trigger）

触发模式：边沿触发、脉宽触发、视频触发等。

触发精度：高端示波器触发抖动<1ps（如Keysight Infiniium UXR系列）。

显示与处理单元

ADC分辨率：8~16位（如12位高分辨率模式可分辨1/4096的电压变化）。

波形捕获率：每秒捕获百万级波形（如Rigol MSO8000系列达500,000wfms/s）。

三、主要类型与技术演进

四、关键性能参数

带宽：决定可测信号最高频率（如测量100MHz方波需≥500MHz带宽）。

采样率：需满足 采样率 ≥ 2.5×信号带宽（对复杂信号建议≥4×）。

存储深度：单次捕获的采样点数（如256Mpts支持长时间高分辨率记录）。

垂直灵敏度：最小可测电压（如1mV/div支持μV级噪声观测）。

波形刷新率：高刷新率（>1,000,000wfms/s）确保偶发事件捕获概率。

五、典型应用场景

电路调试

测量电源纹波（带宽限制20MHz，AC耦合，1:1探头接地环路最小化）。

捕捉MOSFET开关瞬态（需高压差分探头隔离共模电压）。

通信协议分析

解码CAN总线数据（触发特定ID帧，眼图分析信号完整性）。

测量USB 3.0的SSC（扩频时钟）抖动（使用抖动分析软件）。

功率电子测试

逆变器PWM波形占空比测量（光标功能或自动参数测量）。

开关电源效率分析（数学运算通道计算输入/输出功率积分）。