我們可以簡單的把示波器看成是具有圖形顯示的電壓表。普通的電壓表是在其度盤上移動(dòng)的指針或者數(shù)字顯示來給出信號(hào)電壓的測量讀數(shù)。而示波器則與其不同。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以圖形的方式顯示信號(hào)電壓隨時(shí)間的變化，即波形。

  示波器與電壓表的主要區(qū)別：電壓表可以給出被測信號(hào)的數(shù)值，通常是有效值即RMS值，但它不能給出有關(guān)信號(hào)形狀的信息。而示波器則能以圖形的方式顯示信號(hào)隨時(shí)間變化的歷史情況。電壓表通常只能對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行測量，而示波器則能同時(shí)顯示兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)。

一、顯示系統(tǒng)

   示波器的顯示器件是陰極射線管，縮寫為CRT。陰極射線管的基礎(chǔ)是一個(gè)能產(chǎn)生電子的系統(tǒng)，稱為電子槍。電子槍發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束，并打在屏幕中心的一個(gè)點(diǎn)上。屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì)，這樣電子束打中的點(diǎn)就發(fā)出光來。

    電子在從電子槍到屏幕的途中要經(jīng)過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)上施加電壓就可以使光點(diǎn)在屏幕上移動(dòng)。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板組成。這種偏轉(zhuǎn)方式稱為靜電偏轉(zhuǎn)。

    在屏幕的內(nèi)表面用刻劃或腐蝕的方法作出許多水平和垂直的直線形成網(wǎng)格，稱為標(biāo)尺。標(biāo)尺通常在垂直方向有8個(gè)，水平方向有10個(gè)，每格為10cm。

    受到電子轟擊后，CRT上的熒光物質(zhì)就會(huì)發(fā)光。當(dāng)電子束移開后，熒光物質(zhì)在一個(gè)短的時(shí)間內(nèi)還會(huì)繼續(xù)發(fā)光。這個(gè)時(shí)間稱為余輝時(shí)間。余輝時(shí)間的長短隨熒光物質(zhì)的不同而變化。

    將輸入信號(hào)加到Y軸偏轉(zhuǎn)板上，而示波器自己使電子束沿X軸方向掃描。這樣就使得光點(diǎn)在屏幕上描繪出輸入信號(hào)的波形。這樣掃出的信號(hào)波形稱為波形軌跡。

影響屏幕的控制機(jī)構(gòu)有：

輝度------輝度控制用來調(diào)節(jié)波形顯示的亮度。當(dāng)電子束移動(dòng)較快時(shí)，熒光物質(zhì)受到的激勵(lì)的時(shí)間就變短，這時(shí)必須增加輝度才能看清軌跡。反之，當(dāng)電子束移動(dòng)緩慢時(shí)，屏幕上的光點(diǎn)變得很亮，這時(shí)必須減小輝度以避免熒光物質(zhì)被燒壞。從而延長示波管的壽命。

聚焦------聚焦控制機(jī)構(gòu)用來控制屏幕上光點(diǎn)的大小，以便獲得清晰的波形軌跡。

掃描旋轉(zhuǎn)-----這個(gè)控制機(jī)構(gòu)使X軸掃描線和水平標(biāo)尺線對(duì)齊。由于地球的磁場在各個(gè)地方是不同的，這將會(huì)影響示波管顯示的掃描線。掃描旋轉(zhuǎn)功能就用來對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償。掃描旋轉(zhuǎn)功能是預(yù)先調(diào)好的，通常只需在示波器搬動(dòng)后再行調(diào)節(jié)。

標(biāo)尺亮度------標(biāo)尺亮度可以單獨(dú)控制。這對(duì)于屏幕攝影或在弱光線條件下工作時(shí)非常有用。

Z調(diào)制------掃描的輝度可以用電氣的方法通過一個(gè)外加的信號(hào)來改變。這對(duì)于由外部信號(hào)來產(chǎn)生水平偏轉(zhuǎn)以及使用X-Y顯示方式來尋找頻率關(guān)系的應(yīng)用中是十分有用的。此信號(hào)輸入端通常是示波器后面板上的一個(gè)BNC插座。

二、模擬示波器的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

模擬示波器的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

（一）示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：包括輸入衰減器（每通道一個(gè)）、前置放大器（每通道一個(gè)）、偏轉(zhuǎn)放大器、用來選擇使用哪一個(gè)輸入通道的電子開關(guān)。任何示波器的基本性能都是由它的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特性來決定的。

1、靈敏度

垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行比例變換，使之能在屏幕上表現(xiàn)出來。示波器可以顯示峰峰值電壓為幾毫伏到幾十伏的信號(hào)。因此必須把不同幅度的信號(hào)進(jìn)行變換以適應(yīng)屏幕的顯示范圍，這樣就可以按照標(biāo)尺刻度對(duì)波形進(jìn)行測量。這就要求對(duì)大信號(hào)進(jìn)行衰減，對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大。示波器的靈敏度或衰減器就是為此而設(shè)置的。靈敏度是以每格的伏特?cái)?shù)來衡量的。在多數(shù)示波器上，靈敏度控制都是按1-2-5的序列步進(jìn)變化的。

2、耦合

耦合控制機(jī)構(gòu)決定輸入信號(hào)從示波器前面板上的BNC輸入端通到該通道垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)其它部分的方式。耦合控制機(jī)構(gòu)一般有DC耦合、AC耦合等。

DC耦合為信號(hào)提供直接的連接通路。因此信號(hào)的所有分量（AC和DC）都會(huì)影響示波器的波形顯示。

AC耦合則在BNC端和衰減器之間串聯(lián)一個(gè)電容。這樣，信號(hào)的DC分量就被阻斷，而信號(hào)的低頻AC分量也將受阻或大為衰減。示波器的低頻截止頻率就是示波器顯示的信號(hào)幅度僅為其真實(shí)幅度為71%時(shí)的信號(hào)頻率。示波器的低頻截止頻率主要決定于其輸入耦合電容的數(shù)值。

接地耦合，這時(shí)輸入信號(hào)和衰減器斷開并將衰減器輸入端連至示波器的地電平。當(dāng)選擇接地時(shí)，屏幕上將會(huì)看到一條位于0V電平的直線。這時(shí)可以使用位置控制機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)這個(gè)參考電平或掃描基線的位置。

3、輸入阻抗

多數(shù)示波器的輸入阻抗為1MΩ和大約25pF相并聯(lián)，它對(duì)多數(shù)電路的負(fù)載效應(yīng)極小。

有些信號(hào)來自50Ω輸出阻抗的源。為了準(zhǔn)確的測量這些信號(hào)并避免發(fā)生失真，必須對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的傳送和端接。這時(shí)應(yīng)當(dāng)用50Ω特性阻抗的電纜并用的50Ω負(fù)載進(jìn)行端接。

4、位置

垂直位置控制或POS控制機(jī)構(gòu)控制掃跡在屏幕Y軸的位置。在輸入耦合控制中選擇接地，這樣就可以找到地電平的位置。

5、動(dòng)態(tài)范圍

動(dòng)態(tài)范圍就是示波器能夠不失真的顯示信號(hào)的大幅值，在此信號(hào)幅值下只要調(diào)節(jié)示波器的垂直位置仍能觀察到波形的全部。

6、相加和反相

簡單的把兩個(gè)信號(hào)相加起來似乎沒有什么實(shí)際意義，然而把兩個(gè)有關(guān)的信號(hào)之一反相，再將兩者相加，實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)信號(hào)的相減。這對(duì)于消除共模干擾（即交流聲），或者進(jìn)行差分測量都是非常有用的。從一個(gè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)中減去輸入信號(hào)，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋壤儞Q，就可以測出被測系統(tǒng)引起的失真。

7、交替和斷續(xù)

示波器CRT本身一次只能顯示一條掃跡。然而在實(shí)際應(yīng)用中常常要進(jìn)行信號(hào)的比較，例如嚴(yán)究輸入/輸出信號(hào)間的關(guān)系，或者一個(gè)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的延遲等。這就要求示波器實(shí)際上能同時(shí)顯示不止一個(gè)信號(hào)。

為了達(dá)到這一目的，可以用兩種辦法來控制電子束：

（1）可以交替的畫完一條掃跡，再畫另一條掃跡。這種方法稱為交替模式，即ATL模式。交替模式適合于需要使用較快時(shí)基設(shè)置的高頻率信號(hào)的顯示。

（2）可以在兩條掃跡之間迅速的進(jìn)行開關(guān)和斬波切換，從而分段的畫出兩條掃跡。這稱為斷續(xù)模式或CHOP模式。其結(jié)果是在一次掃描的時(shí)間里一段接一段的畫出兩條掃跡。

斷續(xù)模式適合于在低時(shí)基速率下顯示低頻率信號(hào)，因?yàn)檫@時(shí)斬波器開關(guān)能快速進(jìn)行切換。

8、帶寬

示波器重要的技術(shù)指標(biāo)就是帶寬。示波器的帶寬表明了該示波器垂直系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。示波器的帶寬定義為示波器在屏幕上能以不低于真實(shí)信號(hào)3dB的幅度來顯示信號(hào)的高頻率。—3dB點(diǎn)的頻率就是示波器所顯示的信號(hào)幅度“Vdisp”的71%時(shí)的信號(hào)頻率。

9、帶寬限制器

使用帶寬限制器可以把通常帶寬在100MHZ以上的帶寬示波器的頻帶減小到20MHZ的典型值。這樣就降低了噪聲電平和干擾，這對(duì)于進(jìn)行高靈敏度的測量是非常有用的。

10、上升時(shí)間

上升時(shí)間直接和帶寬有關(guān)。上升時(shí)間通常規(guī)定為信號(hào)從其穩(wěn)態(tài)大值的10%到90%所用的時(shí)間。上升時(shí)間是一個(gè)示波器從理論上來說能夠顯示快的瞬變的時(shí)間。示波器的高頻響應(yīng)曲線是經(jīng)過認(rèn)真安排的。這就保證了具有高諧波含量的信號(hào)，能夠在屏幕上**的再現(xiàn)。如果頻響曲線下降太快，則在信號(hào)的快速上升沿就會(huì)發(fā)生振鈴現(xiàn)象。如果頻響曲線下降太慢，即在頻響曲線上下降開始得過早，則示波器總的高頻響應(yīng)就受到影響。

（二）示波管的水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：包括時(shí)基、觸發(fā)電路、和水平偏轉(zhuǎn)放大器。

1、時(shí)基

為了描繪一幅圖形，必須要水平和垂直兩個(gè)方向的信息。示波器描繪軌跡表明信號(hào)隨時(shí)間變化的情況，水平偏轉(zhuǎn)必須和時(shí)間成正比。示波器中控制水平偏轉(zhuǎn)，即X軸的系統(tǒng)稱為時(shí)基。在示波器里有一個(gè)**的掃描發(fā)生器。它使得電子束以**的、用戶可以選擇的速度在屏幕上掃描。掃描速度以每格的秒數(shù)來度量。掃描速度也和靈敏度控制一樣按1-2-5的序列變化。

2、水平位置控制

水平或X軸位置控制機(jī)構(gòu)X-POS可以在屏幕上沿水平方向移動(dòng)掃跡。這樣就可以把掃跡上的某一點(diǎn)和某一條垂直標(biāo)尺線對(duì)齊，以便為時(shí)間測量規(guī)定一個(gè)起始點(diǎn)。

3、可變時(shí)基

我們可以選擇不同于標(biāo)準(zhǔn)的1-2-5序列設(shè)置值的掃描速度。這樣我們就能夠把任意一個(gè)波形的一個(gè)周期調(diào)整成橫跨整個(gè)屏幕寬度。

4、時(shí)基放大

時(shí)基放大功能通常能將X軸偏轉(zhuǎn)掃描放大10倍。這樣在屏幕上看到的等效時(shí)基速度也變快10倍。和簡單的直接選擇更快的時(shí)基速度相比，這種方法的好處是能夠在保持原信號(hào)不變的情況下更加詳細(xì)的觀察信號(hào)的細(xì)節(jié)。

5、雙時(shí)基

在很多觀察復(fù)雜信號(hào)波形的應(yīng)用場和中，往往需要顯示一個(gè)波形的一小部分，并使它占據(jù)整個(gè)屏幕。這時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基通過正常觸發(fā)是無能為力的。這就是采用雙時(shí)基工作的原因。使用雙時(shí)基時(shí)，電子束將以兩個(gè)時(shí)基的兩種不同的速度交替的在屏幕上掃描。

6、時(shí)基模式

時(shí)基電路一般有自動(dòng)、正常、或觸發(fā)以及單次或單次捕捉等幾種工作模式。

（1）正常模式

時(shí)基必須受到觸發(fā)才能產(chǎn)生掃跡。沒有信號(hào)就沒有掃跡，示波器在選定的觸發(fā)源通道上必須有輸入信號(hào)，并且該信號(hào)必須大到足以觸發(fā)時(shí)基電路。

（2）自動(dòng)模式

如果能在沒有輸入信號(hào)時(shí)也能看到掃跡，這將會(huì)很有用。在沒有輸入信號(hào)以進(jìn)行觸發(fā)時(shí)，自動(dòng)模式將使時(shí)基以低頻率自由運(yùn)行，從而在屏幕上產(chǎn)生掃跡。這使得用戶可以設(shè)置掃跡的垂直位置，即如果信號(hào)僅為一直流電位的情況。

（3）單次模式

當(dāng)接收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)時(shí)基將進(jìn)行掃描，并且將只掃描一次。對(duì)于每次觸發(fā)事件都必須使時(shí)基電路作好觸發(fā)準(zhǔn)備，不然的話，下面來的觸發(fā)事件將不能起動(dòng)時(shí)基掃描。

7、觸發(fā)

為了保證在電子束掃過屏幕時(shí)每次都準(zhǔn)確的掃過相同的路徑，這就需要觸發(fā)電路。如果沒有觸發(fā)電路，將會(huì)在屏幕上看到的是具有隨機(jī)起始點(diǎn)的很多波形雜亂重疊的圖形，而觸發(fā)電路的作用就在于保證每次時(shí)基在屏幕上掃描的時(shí)侯，時(shí)基掃描都從輸入信號(hào)上的一個(gè)**確定的點(diǎn)開始。

觸發(fā)電路的幾個(gè)控制因素

（1）觸發(fā)源-------它決定觸發(fā)信號(hào)從哪里獲得。在多數(shù)情況下，觸發(fā)信號(hào)來自輸入信號(hào)本身。如果只使用一個(gè)通道，那么觸發(fā)源就設(shè)置為該通道。如果使用多個(gè)通道，那么觸發(fā)源可以從這些通道中選取。復(fù)合觸發(fā)則是在顯示不同的通道時(shí)輪流使用相應(yīng)的通道觸發(fā)。這對(duì)于顯示頻率不相關(guān)的信號(hào)時(shí)是非常有用的。如果示波器具有外部觸發(fā)輸入端（Ext.），那么它上面連接的信號(hào)則可驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路使示波器觸發(fā)。如果要觀測在電源頻率或者緣于源于電源頻率系統(tǒng)的信號(hào)，那么電源觸發(fā)功能可以提供電源觸發(fā)的能力。這是觀察與電源有關(guān)的干擾信號(hào)的好方法。

（2）觸發(fā)電平觸發(fā)電平控制機(jī)構(gòu)設(shè)置選定觸發(fā)源的信號(hào)欲使觸發(fā)電路啟動(dòng)時(shí)基掃描所必須跨越的電壓電平值。

（3）觸發(fā)斜率觸發(fā)斜率控制機(jī)構(gòu)決定觸發(fā)發(fā)生于觸發(fā)源信號(hào)的上升沿（“正斜率”）或者下降沿（“負(fù)斜率”）

（4）觸發(fā)耦合用于決定選定的觸發(fā)源信號(hào)送往觸發(fā)電路的耦合方式。

DC耦合-------觸發(fā)源直接連到觸發(fā)電路

AC耦合-------觸發(fā)源通過一個(gè)串聯(lián)的電容連到觸發(fā)電路

（5）峰—峰值電平將觸發(fā)電平控制機(jī)構(gòu)的控制范圍設(shè)置成略小于觸發(fā)源信號(hào)的峰—峰值。這種模式下不可能將觸發(fā)電平設(shè)置為超出輸入信號(hào)的值，所以只要有信號(hào)示波器總能觸發(fā)。

（6）HF抑制使觸發(fā)源信號(hào)通過低通濾波器以抑制其高頻分量。這意味著既使一個(gè)低頻信號(hào)中包含很多高頻噪音，我們?nèi)阅苁蛊浒吹皖l信號(hào)觸發(fā)。

（7）LF抑制使觸發(fā)源信號(hào)通過高通濾波器以抑制其低頻分量。這對(duì)于顯示包含很多電源交流聲的信號(hào)等情況是很有用的。

（8）TV觸發(fā)在這種模式下觸發(fā)電平控制不起作用。這時(shí)示波器使用視頻信號(hào)中的同步脈沖作為觸發(fā)信號(hào)。TV觸發(fā)有兩種模式：幀觸發(fā)TVF和行觸發(fā)TVL。

（9）幀觸發(fā)TVF每一幀電視圖像由兩場組成。每一場則包含構(gòu)成一個(gè)完整的幀所需行數(shù)的一半。在電視屏幕上兩場信號(hào)交錯(cuò)顯示以構(gòu)成一幀的畫面。采用這種技術(shù)減少了傳送一個(gè)頻道所需要的帶寬并減小了畫面的閃爍。在每一個(gè)場開始的時(shí)候都有一個(gè)特別的脈沖序列，稱為幀同部脈沖。

（10）行觸發(fā)TVL每一場包括若干行。每一行都由一個(gè)行同步脈沖即行同步信號(hào)開始。示波器可以由每一個(gè)行同步脈沖來觸發(fā)，這樣描繪出的各個(gè)行的波形將會(huì)重疊在一起。使用幀觸發(fā)和雙時(shí)基我們可以觀察某一特定行的波形。

（11）觸發(fā)隔離有些信號(hào)具有多個(gè)可能的觸發(fā)點(diǎn)。即在各次掃描之間加入延遲時(shí)間，使得每次觸發(fā)總是從相同的信號(hào)沿開始。

（12）延遲時(shí)間觸發(fā)

（三）附加功能

X-Y偏轉(zhuǎn)------- X-Y偏轉(zhuǎn)和X-Y模式是示波器的另一種顯示方法。這時(shí)示波器將時(shí)基關(guān)閉，而用另一個(gè)與產(chǎn)生垂直偏轉(zhuǎn)的信號(hào)不同的信號(hào)來使電子束在水平方向偏轉(zhuǎn)。這就是說用兩個(gè)信號(hào)在X、Y方向同時(shí)作用于電子束而描繪出波形，以便觀察這兩個(gè)信號(hào)的關(guān)系。在任何涉及兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物理量的場合都可以使用X-Y模式。它常見的用處是觀察兩信號(hào)間的相位關(guān)系。