模擬示波器是一種常用的電子測量儀器，用于顯示電信號的變化過程。它的工作原理是通過將待測信號作用于輸入電路，將信號進(jìn)行放大和整形，并將其轉(zhuǎn)換為垂直方向的電壓信號，最終在屏幕上呈現(xiàn)出波形的形狀和變化。

模擬示波器，采用的是模擬電路(示波管，其基礎(chǔ)是電子槍)電子槍向屏幕發(fā)射電子，發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束，并打到屏幕上，屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì)，這樣電子束打中的點(diǎn)就會發(fā)出光來。

一、示波器的工作原理

示波器的主要工作過程可以簡單概括為以下幾個(gè)步驟：

信號輸入：將待測信號連接到示波器的輸入端口，通常是一個(gè)探頭或者鱷魚夾。

前置放大：示波器內(nèi)置的前置放大器將輸入信號進(jìn)行初步放大，以滿足后續(xù)處理電路的要求。

垂直系統(tǒng)：前置放大器輸出的信號被送入垂直系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由一個(gè)可調(diào)節(jié)的放大器和一個(gè)耦合電路組成。放大器的作用是對信號進(jìn)行進(jìn)一步放大和整形，耦合電路則負(fù)責(zé)將信號與地線連接，以實(shí)現(xiàn)垂直方向上的顯示。

水平系統(tǒng)：示波器的水平系統(tǒng)主要由一個(gè)時(shí)基電路和一個(gè)掃描電路組成。時(shí)基電路用于產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定、周期性的時(shí)間基準(zhǔn)信號，掃描電路則根據(jù)這個(gè)基準(zhǔn)信號，在垂直方向上對波形進(jìn)行掃描。

顯示屏幕：最后，經(jīng)過處理的信號在屏幕上形成可見的波形圖像。示波器的屏幕通常是一個(gè)CRT(陰極射線管)或LCD(液晶顯示屏)，通過控制電子束的掃描和電壓信號的調(diào)制，實(shí)現(xiàn)波形的顯示。

二、示波器的顯示原理

示波器的顯示原理可以簡單地理解為將電信號的幅度和時(shí)間關(guān)系轉(zhuǎn)換為屏幕上的位置和亮度信息。這主要涉及以下兩個(gè)關(guān)鍵因素：采樣率和顯示方式。

采樣率：采樣率是指示波器對輸入信號進(jìn)行采樣的頻率。它決定了示波器能否準(zhǔn)確還原信號的頻率成分。采樣率越高，示波器能夠顯示的信號頻率范圍就越寬。根據(jù)香農(nóng)定理，要無失真地恢復(fù)一個(gè)信號，采樣率應(yīng)不小于信號最高頻率的兩倍。例如，如果待測信號的最高頻率為100MHz，那么采樣率應(yīng)至少設(shè)置為200MS/s(每秒200兆樣本)。

顯示方式：示波器的顯示方式主要有以下幾種：

李沙育圖形法：李沙育圖形法是一種用于測量兩個(gè)正弦波頻率和相位差的方法。它通過在示波器上同步繪制兩個(gè)信號的波形圖，實(shí)現(xiàn)對頻率和相位差的測量。這種方法需要較慢的采樣率(通常小于1MS/s)，適用于低頻信號的測量。

時(shí)間擴(kuò)展法：時(shí)間擴(kuò)展法是一種用于觀察低頻瞬變信號的方法。它通過在垂直方向上增加延遲線來實(shí)現(xiàn)波形的擴(kuò)展。這種方法需要較高的采樣率(通常大于100MS/s)，適用于高頻信號的測量。

混合電平顯示法：混合電平顯示法是一種結(jié)合了李沙育圖形法和時(shí)間擴(kuò)展法的方法。它通過同步繪制多個(gè)不同頻率和相位的波形圖，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜信號的觀察和分析。這種方法需要較高的采樣率和復(fù)雜的處理算法，適用于高速和高精度信號的測量。

除了上述兩個(gè)關(guān)鍵因素外，示波器還有其他一些重要參數(shù)和功能，如帶寬、靈敏度、噪聲等。這些參數(shù)和功能的選擇和優(yōu)化，對于示波器的性能和使用效果起著至關(guān)重要的作用。

總的來說，模擬示波器的工作及顯示原理涉及到多個(gè)復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)和信號處理過程。通過理解這些原理，我們可以更好地了解示波器的性能特點(diǎn)，選擇合適的參數(shù)和功能，以適應(yīng)不同的測量需求。同時(shí)，隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)字示波器和虛擬示波器也逐漸普及，它們利用數(shù)字信號處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，為波形分析和測量提供了更豐富的功能和更靈活的操作體驗(yàn)。