示波器的作用是什么？
示波器是一种广泛使用的电子测量仪器。它能将肉眼不可见的电信号转化为可见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用高速电子组成的窄电子束撞击涂有荧光物质的屏幕，可以产生微小的光点(这是传统模拟示波器的工作原理)。在被测信号的作用下，电子束就像笔尖一样，可以在屏幕上画出被测信号瞬时值的变化曲线。示波器可以用来观察不同信号幅度随时间变化的波形曲线，也可以用来测试各种电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅等。
分类
根据信号的不同分类
模拟示波器采用模拟电路(示波器，基于电子枪)。电子枪向屏幕发射电子，发射的电子被聚焦形成电子束，击中屏幕。屏幕的内表面涂有荧光物质，这样被电子束击中的点就会发光。
数字示波器是通过数据采集、A/D转换、软件编程等一系列技术制造的高性能示波器。数字示波器的工作模式是通过模拟转换器(ADC)将被测电压转换成数字信息。数字示波器捕获波形的一系列样本并存储它们，直到判断累积的样本是否能够描绘波形。然后，数字示波器重构波形。数字示波器可分为数字存储示波器(DSO)、数字荧光示波器(DPO)和采样示波器。
为了提高模拟示波器的带宽，需要全面推广示波管、垂直放大和水平扫描。提高数字示波器的带宽，只需要提高前端A/D转换器的性能，对示波器和扫描电路没有特殊要求。此外，数字示波管可以充分利用内存、存储和处理，以及多种触发和高级触发功能。80年代，数字示波器作为一股新生力量崛起，成果众多，很有可能完全取代模拟示波器。模拟示波器确实从前台退到了后台。
根据结构和性能的不同。
①普通示波器。电路结构简单，频带窄，扫描线性度差。它仅用于观察波形。
②多功能示波器。频带宽，扫描线性好，可定量测试DC、低频、高频、超高频信号和脉冲信号。在幅度校准器和时间校准器的帮助下，测量精度可以达到5%。
③多线示波器。利用多束示波管，可以在屏幕上同时显示两个以上相同频率信号的波形，没有时间差，时序关系准确。
④多道示波器。采用电子开关和门电路的结构，可以在单束示波管的屏幕上同时显示两路以上相同频率信号的波形。但是有时间差，时序关系不准确。
⑤采样示波器。采用采样技术将高频信号转换成模拟低频信号进行显示，有效频段可达GHz级。
⑥记忆示波器。利用存储示波管或数字存储技术，将单个电信号的瞬态过程、非周期现象和超低频信号保存在示波管的屏幕上或存储在电路中，以备反复测试。
⑦数字示波器。里面是微处理器，外面是数字显示器。有些产品可以在示波管的屏幕上同时显示波形和字符。测量信号通过模数转换器(A/D转换器)发送到数据存储器。通过键盘操作，可以对采集到的波形参数数据进行加、减、乘、除、平均、平方根和均方根运算，并显示答案数字。
基本成分
显示电路
显示电路包括示波管及其控制电路。示波器是一种特殊的电子管，是示波器的重要组成部分。示波器由三部分组成:电子枪、偏转系统和荧光屏。
(1)电子枪
电子枪用于产生并形成高速、聚束的电子流轰击荧光屏，使其发光。它主要由灯丝F、阴极K、控制电极G、第一阳极A1和第二阳极A2组成。除灯丝外，其他电极均为金属圆柱体，其轴线保持在同一轴线上。阴极受热后，能沿轴向发射电子；控制电极相对于阴极具有负电位。改变电位可以改变通过控制微孔的电子数，即控制荧光屏上光点的亮度。在现代示波管中，为了提高荧光屏上光点的亮度而不降低对电子束偏转的灵敏度，在偏转系统和荧光屏之间加了一个后加速电极A3。
第一阳极向阴极施加大约几百伏的正电压。高于第一阳极的正电压被施加到第二阳极。通过控制孔的电子束被第一阳极和第二阳极的高电位加速，并以高速向荧光屏方向移动。由于电荷的排斥，电子束会逐渐散开。通过第一阳极和第二阳极之间的电场的聚焦效应，电子重新结合并在一点相遇。通过适当控制第一阳极和第二阳极之间的电位差，焦点可以刚好落在荧光屏上，就会出现一个明亮而微小的点。改变第一阳极和第二阳极之间的电位差，可以调节光斑的焦点，这就是示波器的“聚焦”和“辅助聚焦”调节原理。第三个阳极是在示波管的锥体内部涂上一层石墨而形成的，通常有很高的电压，它有三个作用:①进一步加速通过偏转系统的电子，使电子有足够的能量轰击屏幕以获得足够的亮度；(2)整个锥体上的石墨涂层可以起到屏蔽作用；(3)电子束轰击荧光屏会产生二次电子，在高电位下可被A3吸收。
(2)偏转系统
示波管的偏转系统多为静电偏转式，由两对相互垂直的平行金属板组成，分别称为水平偏转板和垂直偏转板。分别控制电子束在水平方向和垂直方向上的移动。当电子在偏转板之间运动时，如果偏转板上不加电压，偏转板之间就没有电场，离开第二阳极后进入偏转系统的电子会沿轴向运动，射向屏幕中心。如果偏转板上有电压，偏转板之间就有电场，进入偏转系统的电子就会在偏转电场的作用下发射到荧光屏的指定位置。
如果两个偏转板相互平行，且电位差等于零，则通过偏转板空间的速度为υ的电子束将沿原方向(设为轴方向)运动，并击中荧光屏的坐标原点。如果两个偏转板之间存在恒定的电位差，偏转板之间就会形成电场，电场与电子的运动方向垂直，所以电子会向电位较高的偏转板偏转。这样，在两个偏转板之间的空间中，电子在这一点上沿抛物线切向运动。最后，电子落在荧光屏上的A点，该点离荧光屏的原点(0)有一段距离。这个距离称为挠度，用y表示..偏转y与施加在偏转板上的电压Vy成比例。类似地，当DC电压施加到水平偏转板上时，除了光点在水平方向偏转之外，类似的情况发生。
(3)荧光屏
荧光屏位于示波管的终端，它的作用是显示偏转的电子束以便观察。示波器的屏幕内壁涂有一层发光物质，使屏幕受到高速电子冲击的地方出现荧光。此时，光点的亮度取决于电子束的数量、密度和速度。当控制电极的电压发生变化时，电子束中的电子数会发生变化，光斑的亮度也会发生变化。使用示波器时，不宜让一个亮点出现在示波器的屏幕上，否则该点的荧光物质会因长期的电子撞击而烧毁，从而失去发光能力。
涂有不同荧光物质的荧光屏在受到电子冲击时，会显示出不同的颜色和不同的余辉时间。通常是观察一般信号波形的绿光发射示波管，观察非周期和低频信号的橙黄色示波管。在摄影用示波器中，一般使用蓝色短余辉示波器。
y轴放大器电路
由于示波管的偏转灵敏度很低，例如常用的型号为13SJ38J的示波管，其垂直偏转灵敏度为0.86mm/V(约12V电压产生1cm的偏转)，所以一般待测信号电压必须先经过垂直放大电路放大，再加到示波管的垂直偏转板上，才能得到垂直大小合适的图形。
x轴放大器电路
由于示波管在水平方向的偏转灵敏度也很低，所以接在示波管水平偏转板上的电压(锯齿波电压或其他电压)要先经过水平放大电路放大，再加到示波管的水平偏转板上，才能在水平方向上获得大小合适的图形。
扫描同步电路
扫描电路产生锯齿波电压。锯齿波电压的频率可以在一定范围内连续调节。锯齿电压的作用是使示波管阴极发射的电子束在屏幕上形成周期性的水平位移，该位移与时间成正比，即形成一条时间基线。这样，在垂直方向上施加的测量信号可以根据时变波形显示在屏幕上。
电源电路
电源电路:提供垂直和水平放大电路、扫描和同步电路、示波器和控制电路所需的负高压和灯丝电压。
根据示波器原理，功能框图可以看到，被测信号电压加到示波器的Y轴输入端，再通过垂直放大电路加到示波器的垂直偏转板上。虽然示波管的水平偏转电压多为锯齿波电压(用于观察波形)，但有时也使用其他外加电压(用于测量频率和相位差等。)，所以在水平放大电路的输入端有一个水平信号选择开关，以便根据需要选择示波器内部的锯齿波电压或施加在X轴输入端的其他电压作为水平偏转电压。
此外，为了保持荧光屏上显示的图形稳定，要求锯齿波电压信号的频率和测量信号的频率同步。这样，不仅锯齿波电压的频率可以连续调节，而且应该向产生锯齿波的电路输入一个同步信号。这样，对于只能产生连续扫描(即连续锯齿波)的简易示波器(如国产SB10示波器)，需要在其扫描电路中输入一个与被观测信号频率相关的同步信号，以包含锯齿波的振荡频率。对于示波器(如国产ST-16示波器、SR-8双踪示波器等。)它们具有等待扫描的功能(即平时不产生锯齿波，只在被测信号到来时产生锯齿波)，为了满足各种需要，可以通过同步或触发信号选择开关选择同步(或触发)信号，通常有三种来源:①被测信号取自垂直放大电路。(2)引入一些相关的外部信号作为同步(或触发)信号，称为“外部同步”(或“外部触发”)信号，这个信号加到外部同步(或外部触发)输入端；(3)有些示波器还有“电源同步”开关，220V、50Hz的电源电压由变压器次级降压作为同步信号。
基本原理
波形显示
根据示波管的原理，当一个DC电压加在一对偏转板上时，光点在屏幕上会有一个固定的位移，这个位移与所加的DC电压成正比。如果两个DC电压同时加到垂直和水平偏转板上，荧光屏上光点的位置由两个方向的位移决定。
双线示波器
在电子实习技术过程中，经常需要同时观察两个(或多个)信号随时间的变化。并且测试和比较这些不同的信号。为了达到这个目的，在应用普通示波器原理的基础上，人们采用以下两种方法同时显示多个波形:一种是双线(或多线)示波法；另一种是双迹(或多迹)示波法。用这两种方法制造的示波器分别称为双线(或多线)示波器和双迹(或多迹)示波器。
双踪示波器
双踪(或多踪)示波器是在单线示波器的基础上增加一个特殊的电子开关，实现两个(或多个)波形的分别显示。由于双踪(或多踪)示波器比双踪(或多踪)示波器更容易实现，所以不需要使用结构复杂、价格昂贵的“双腔”或“多腔”示波器，所以双踪(或多踪)示波器得到了广泛的应用。
仪器分类
示波器可分为模拟示波器和数字示波器。对于大多数电子应用，模拟示波器和数字示波器都可以胜任。只是对于一些特定的应用，由于模拟示波器和数字示波器的特性不同，会有适合和不适合的地方。
模拟的
模拟示波器的工作方式是直接测量信号电压，通过从左至右穿过示波器屏幕的电子束，将电压垂直画出。
数字的
数字示波器的工作模式是通过模拟转换器(ADC)将被测电压转换成数字信息。数字示波器捕获波形的一系列样本并存储它们，直到判断累积的样本是否能够描绘波形。然后，数字示波器重构波形。
数字示波器可分为数字存储示波器(DSO)、数字荧光示波器(DPO)和采样示波器。
为了提高模拟示波器的带宽，需要全面推广示波管、垂直放大和水平扫描。提高数字示波器的带宽，只需要提高前端A/D转换器的性能，对示波器和扫描电路没有特殊要求。此外，数字示波管可以充分利用内存、存储和处理，以及多种触发和高级触发功能。80年代，数字示波器作为一股新生力量崛起，成果众多，很有可能完全取代模拟示波器。模拟示波器确实从前台退到了后台。
测试应用
电压测量
示波器所做的任何测量都可以归结为电压的测量。示波器可以测量各种波形的电压幅值，不仅可以测量DC电压和正弦电压，还可以测量脉冲或非正弦电压幅值。更有用的是，它可以测量脉冲电压波形各部分的电压幅值，如上冲或顶降。这是任何其他电压测量仪器无法比拟的。
1.直接测量方法
所谓直接测量法，就是直接从屏幕上测量出被测电压波形的高度，然后转换成电压值。定量测试电压时，一般将Y轴灵敏度开关的微调旋钮转到“校准”位置，这样就可以从“V/div”的指示值和被测信号所占的纵坐标值直接计算出被测电压值。因此，直接测量法也叫直尺法。
(1)交流电压的测量
(2)DC电压的测量
比较测量方法
比较测量法是将一个已知的标准电压波形与被测电压波形进行比较，得到被测电压值。
将被测电压Vx输入示波器的Y轴通道，调节Y轴灵敏度选择开关“V/div”及其微调旋钮，使方便测量的高度Hx显示在荧光屏上并记录下来，“V/div”开关和微调旋钮的位置保持不变。去掉被测电压，在Y轴输入一个已知的可调标准电压Vs，调整标准电压的输出幅度，使其显示与被测电压相同的幅度。此时，标准电压的输出幅度等于测量电压的幅度。比较法可以避免垂直系统引起的和误差，从而提高测量精度。
时间的测量
示波器的时基能产生与时间成线性关系的扫描线，所以荧光屏的水平刻度可以用来测量波形的时间参数，如周期信号的重复周期、脉冲信号的宽度、时间间隔、上升时间(上升沿)和下降时间(下降沿)、两个信号的时间差等等。
当示波器的扫描速度开关“t/div”的“微调”装置转到校准位置时，可根据“t/div”开关的指示值直接读出并计算出水平方向显示波形的刻度所代表的时间，从而更精确地计算出被测信号的时间参数。
相位测量
用示波器测量两个正弦电压之间的相位差具有实际意义。频率和时间可以用计数器测量，但正弦电压之间的相位关系不能直接测量。用示波器测量相位的方法很多，常用的简单方法。
1.双迹法
2.相位测量的李萨如图解法
频率测量
1.周期性方法
2.李测频图解法。