示波器是实验室不可或缺的测试和测量设备。它们用于显示、记录和分析电压波形，通常在时间域中。在本指南中，我们将使用 Moku:Lab 的内置示波器介绍基本功能，同时学习示波器的一些重要概念和参数。这将帮助您更好地了解示波器的功能、通常如何使用示波器，以及采样率、带宽、触发器等概念。
Moku示波器
示波器是实验室不可或缺的测试和测量设备。它们用于显示、记录和分析电压波形，通常在时间域中。在本指南中，我们将使用 Moku:Lab 的内置示波器介绍基本功能，同时学习示波器的一些重要概念和参数。这将帮助您更好地了解示波器的功能、通常如何使用示波器，以及采样率、带宽、触发器等概念。
什么是示波器？
示波器是一种测试和测量仪器，可快速测量一段时间内的电压。它记录电路中某些点的电压，并在屏幕上显示电压（Y 轴）与时间（X 轴）的关系。它本质上是一种非常快速的电压表，具有数据记录和绘图功能（图 1）。
示波器的关键特性之一是它测量和记录电压的速度。在规格表上，它被称为采样率。示波器的采样率通常用它在一秒钟内可以测量的点数来衡量。例如，Moku:Lab 的示波器的max采样率为 500 MSa/s。也就是一秒钟内进行 500,000,000 次测量。MSa/s 代表每秒兆样本。理论上，仪器可以测量的高频率限制为采样频率的 ½。这称为奈奎斯特条件。然而，在大多数情况下，采样率并不是示波器的限制因素。示波器的带宽描述模拟输入可以处理的高频率。它通常用截止频率和 -3 dB 衰减来描述。截止频率以外的信号会被衰减。采样率和带宽是示波器的决定性规格。采样率通常是围绕带宽设计的。现代示波器的采样率范围从每秒数百兆样本到数十千兆样本，带宽范围从数十MHz到几GHz。较高的采样率和带宽通常提供更好的信号模态，尽管这是有代价的。根据经验法则，示波器的带宽应该至少比您要测量的信号的基频大 3 到 5 倍。要捕捉急剧上升/下降的特征，例如由许多不同频率的正弦波组成的方波，则需要更大的带宽。
输入设置:
我们已经介绍了示波器的基本功能和两个关键规格。现在，我们将研究一些细节。首先是输入设置。大多数示波器有两个或四个输入通道。可以单独打开、关闭和配置通道。输入设置会改变模拟前端的配置方式，这主要影响显示屏上的 Y 轴。Moku:Lab 示波器的三个z重要的输入设置是：垂直刻度（输入范围）、耦合和阻抗。
垂直比例：
刻度决定 Y 轴上的电压范围。数字存储示波器通常具有有限的垂直分辨率（它们可用于表示整个输入范围的点数）。尽可能使用整个输入范围是一种很好的做法。示波器中的垂直刻度通常与输入增益直接相关。示波器上显示信号后，请相应地调整垂直刻度以确保信号既不饱和也不不足。
耦合：
输入耦合决定了信号的哪些部分（直流和交流）会通过输入。在直流耦合中，直流和交流分量都会通过输入。在交流耦合中，只有交流分量才允许通过输入。当您想在较大的直流偏移上探测较小的交流振荡时，这很有用。交流耦合的截止频率通常约为 50-60 Hz。
阻抗：
阻抗决定了输入负载电阻的电阻值。大多数示波器都有 50 Ω 或 1 MΩ 的选项。选择取决于信号的源阻抗。通常，1 MΩ 用于准确测量电压，因为它对输入信号的干扰较小，而 50 Ω 用于测量高频功率并连接到具有 50 Ω 阻抗的其他设备。
示波器通常使用探头连接电路，这些探头通常是 1x 或 10x 探头。1x 探头通过信号时不进行幅度缩放，而 10x 探头提供电阻分压器，将信号缩放 1/10。1x 或 10x 探头类型也可以在 Moku:Lab 输入设置中设置，以便显示正确反映探头缩放和实际信号幅度。
触发功能:
触发功能是示波器中zui重要的机制之一。如我们在上一节中讨论的那样，示波器的采样率为几百 MHz 到几 GHz。实际上，不可能在屏幕上连续显示和存储如此多的数据点。这就是触发机制发挥作用的地方。示波器不是连续捕获数据，而是在“触发”后捕获一定数量的数据点（即 10,000 个点）。触发后，示波器会在屏幕上显示这 10,000 个点，然后等待下一次触发。如果触发事件发生的速度快于示波器可以处理的速度，它将忽略这些中间触发，直到示波器准备好下一次触发。这意味着屏幕上显示的波形可能不是连续的。相反，示波器会连续显示每次触发事件时捕获的这些“快照”（图 4）。大多数示波器都有“滚动”模式，可以在没有触发的情况下连续捕获和显示数据点。然而，滚动模式使用的采样率通常要慢得多。
触发条件：
示波器通常在输入通道之一的电压上升/下降超过某个水平时触发。例如，我们可以在输入 1 的电压上升超过 1 V 时触发示波器。触发条件是高度可定制的，有些示波器具有更高ji的触发条件。但是，我们不会在本入门教程中介绍它们。
触发模式：
大多数示波器有三种不同的触发模式：“自动”、“正常”和“单次”。在“自动”模式下，当示波器在一定时间后未检测到触发事件时，就会发生“强制”触发。即使不满足触发条件，示波器也会始终显示新获取的数据。在“正常”模式下，只有满足设置的触发条件时才会触发示波器。示波器会始终等待下一个触发事件，而不是应用“强制”触发。在“单次”模式下，示波器会等待下一个触发事件。一旦触发，它将暂停屏幕并显示使用该触发器捕获的波形。
时间基准（水平刻度）
现在我们来讨论 X 轴。示波器的时基控制水平轴的行为。通过调整时基，示波器将自动选择较好的采样率，以平衡轨迹长度（时间）和时间分辨率。为什么我们不总是使用大采样率？如前所述，示波器每个触发事件可以存储的点数受其内部存储器的限制。假设样本大小为 10,000 个点。如果我们要观察的信号以 1 Hz 振荡，那么在 500 MSa/s 下，10,000 个点显示 0.000002 秒的数据。以这种速率，我们无法接近 1 Hz 信号的全貌！因此，当我们调整 X 轴的比例时，需要优化采样率。分析的频率越低，时基越长，样本之间的间隙越大。
DSO 的采样率是有限的。这意味着示波器采集的数据点在时间上并不是真正连续的。为了在放大时间轴时在屏幕上显示连续的波形，可以选择不同的插值模式。线性插值不执行任何上采样。要显示波形，需要在连续的点之间画一条直线。这很“丑陋”，但不会“发明”任何新的数据点。SinX/X 插值保留了信号的频率特性。但在时间域中，可能会出现信号中实际上不存在的过冲或欠冲。高斯插值“平滑”了信号，以牺牲频率信息为代价保留了信号的时域视觉特性。
如果您尝试捕获的波形对于每个触发事件都是重复的，则有时平均几个触发事件并显示平均波形会很有用。这应该会显著提高相对较弱信号的信噪比。
持久性设置允许您在屏幕上保留给定数量的旧波形（触发事件）。它有助于观察波形随时间的变化。
高ji功能
现在我们将讨论示波器内置的一些自动化功能。现代示波器可以测量捕获波形的各种属性，例如幅度、频率等。因此，您可以让示波器自动为您计算，而不是通过计算屏幕上的时间间隔来计算输入波形的频率。大多数示波器还具有数学功能，例如：对输入波形进行加法、减法，甚至执行快速傅里叶变换 (FFT) 分析。所有这些功能相结合，使现代示波器成为实验室中用于分析电路、通信信号等的真正实用工具。
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