示波器的波形和波形测量

　　示波器基本上是一种图形显示设备，它绘制一个电信号的图形。在大多数应用中，这个图形显示信号怎样随时间变化，其中竖轴(Y)表示电压，橫轴(X)表示时间。显示灰度或亮度有时称为Z轴，如图2所示。在DPO示波器中，Z轴可以用显示颜色等级表示，如图3所示。

　　波是随时间推移重复出现的码型的通用术语，比如声波、脑电波、海浪和电压波都是重复的码型。传感器可以把物理现象(如振动或温度)或电气现象(如电流或功率)转换成电压。波的一个周期是重复波的组成部分。波形是波的图形表示。电压波形在横轴上显示时间，在竖轴上显示电压。

　　波形形状揭示了信号的大量信息。在任何时候，在您看到波形高度变化时，您就知道电压已经变化。在任何时候，在有一条平坦的横线时，您就知道在这段时间内没有任何变化。平直的对角线表示线性变化，表示电压以稳定的速率上升或下降。波形上的锐角表明突然变化。图4显示了常见的波形，图5显示了常见波形的来源。

　　波的类型

　　您可以把大多数波分成下面几类：

　　1、正弦波

　　2、方波和矩形波

　　3、锯齿波和三角波

　　4、阶跃和脉冲形状

　　5、周期信号和非周期信号

　　6、同步信号和异步信号

　　7、复合波

　　正弦波

　　基于多种原因，正弦波是基础波形。它拥有和谐的数学特点，在三角形教学中，您可能已经学同样的正弦形状。墙上插座中的电压以正弦波形式变化。信号发生器的振荡器电路生成的信号通常是正弦波。大多数AC电源生成正弦波。(AC表示交流，当然电压也会交替。DC表示直流，意味着稳定的电流和电压，如电池生成的电流和电压。)

　　阻尼正弦波是电路中可能会看到的一个特例，它会振荡，但随着时间推移而逐渐减少。

　　方波和矩形波

　　方波是另一种常见的波形。基本上，方波是一种以定期间隔开关(或变高和变低)的电压。它是放大器测试使用的标准波，好的放大器会以最小的失真提高方波的幅度。电视、广播和计算机电路通常在定时信号中使用方波。

　　矩形波与方波类似，但高低的时间间隔长度不等。在分析数字电路时，矩形波特别重要。

　　锯齿波和三角波

　　锯齿波和三角波来自为线性控制电压设计的电路，如模拟示波器的水平扫描或电视的光栅扫描。这些波电压电平之间的跳变会以恒定速度变化。这些跳变称为斜波。

　　阶跃和脉冲形状

　　发生很少或非定期发生的信号(如阶跃和脉冲)称为单次信号或瞬态信号。阶跃表示电压突然变化，与打开电源开关时看到的电压变化类似。

　　脉冲表示电压突然变化，与打开电源开关、然后再关上电源开关时看到的电压变化类似。脉冲可能表示经过计算机电路传送的一比特信息，也可能是电路中的一个毛刺或缺陷。一起传送的脉冲集合会构成一个脉冲串。计算机中的数字器件使用脉冲互相通信。这些脉冲可以采取串行数据流的形式，也可以使用多条信号线，表示并行数据总线中的值。脉冲在X射线、雷达和通信设备中也十分常见。

　　周期信号和非周期信号

　　重复的信号称为周期信号，一直变化的信号则称为非周期信号。静态照片可以比作周期信号，而动画则相当于非周期信号。

　　同步信号和异步信号

　　在两个信号之间存在定时关系时，这些信号称为同步信号。计算机内部的时钟、数据和地址信号都是同步信号。

　　异步信号用来描述之间不存在定时关系的信号。由于触摸计算键盘上的键这种操作与计算机内部的时钟之间没有时间相关，因此这些操作被视为异步信号。

　　复合波

　　某些波形把正弦波、方波、阶跃和脉冲的特点结合在一起，得到复杂的波形。信号信息嵌入的形式可以是幅度、相位和/或频率变化。例如，尽管图6中的信号是普通的合成视频信号，但它有嵌入到低频包络中的多个高频波形周期组成。

　　在这个实例中，通常最为重要的是要了解阶跃之间的相对电平和定时关系。为观察这个信号，您需要一台示波器，捕获低频包络，采取辉度等级方式混合到高频波中，从而可以作为目视解释的图像，看到整体组合。数字荧光示波器最适合观察复合波，如视频信号，如图6所示。其显示画面提供了必要的发生频率信息或辉度等级，这对了解波形实际操作至关重要。

　　某些示波器允许以特定方式显示特定的复合波形类型。例如，电信数据可以显示眼图或星座图。

　　电信数字数据信号可以在示波器上显示为特殊类型的波形，称为眼图。眼图这一名称源于波形类似于一串眼睛，如图7所示。在来自接收机的数字数据被采样，并应用到垂直输入时，会生成眼图，同时数据速率用来触发水平扫描。眼图显示一个比特或一个单位间隔的数据，所有可能的边沿跳变和状态都叠加在一个全面的视图中。

　　星座图表示数字调制方案调制的信号，如正交幅度调制或相移键控。

　　许多术语用来描述使用示波器可以进行的测量类型。以下介绍了部分最常用的测量和术语。

　　频率和周期

　　如果信号重复，那么它就有频率。频率用赫兹(Hz)表示，等于信号本身在一秒钟内重复的次数，称为每秒周期数。重复的信号还有周期，即信号完成一个周期所需的时间。周期和频率是倒数关系，因此频率=1/周期，周期=1/频率。例如，图8中的正弦波的频率是3Hz，周期是1/3秒。

　　电压

　　电压是电路中两点之间的电位量或信号强度。通常情况下，其中一个点是接地或零伏，但并非一直是。您可能要测量波形从最大峰值到最小峰值的电压，这称为峰峰值电压。

　　幅度

　　幅度指电路中两点之间的电压量。幅度通常指从接地或零伏测得的信号的最大电压。图9所示的波形的幅度为1V，峰峰值电压为2V。

　　相位

　　观察正弦波最适合解释相位。正弦波的电压电平基于循环运动。由于一个圆有360°，所以一个正统波的周期有360°，如图9所示。在想描述周期经过多少量时，您可以使用度描述正弦波的相角。相移描述了两个类似信号之间的定时差。图10中标为“current(电流)的波形与标为”voltage“(电压)的波形异相90°，因为这两个波在周期中到达类似点相距一个周期的1/4(360°/4=90°)。相移在电子器件中十分常用。

　　使用数字示波器进行波形测量

　　现代数字示波器拥有多种功能，可以更简便地进行波形测量。它们有前面板按钮和/或基于屏幕的菜单，您可以使用这些按钮或菜单，选择全自动测量，包括幅度、周期、上升/下降时间、等等。许多数字仪器还提供中间值和RMS计算、占空比和其它数学运算。自动测量作为屏幕上字母数字读数显示。一般来说，这些读数要比直接格线解释获得的数据更准确。