浅谈示波器的发展史

回顾示波器的发展史示波器是一种用来观察和测量电信号的仪器，它对于电子工程师和科学家来说非常重要。

它可以帮助我们分析电信号的特征，如频率、幅度、相位和波形，从而帮助我们了解电路的工作情况及故障排除。

示波器的发展历史可以追溯到19世纪末，以下是示波器的发展主要里程碑：1.1897年：英国科学家卢瑟福德·贾奇生发明了光电管示波仪，它是第一个真正意义上的示波器。

它使用了荧光屏幕和光电管，可以将电信号转换成可见的光信号。

然而，由于光电管的工作原理限制以及技术限制，它在实际应用中存在很大的局限性。

2.1931年：德国工程师阿尔贝特·伍伦和欧文·死可尼研发出了电子示波器，采用了电子运动的方式来显示信号，取代了光电管示波仪中荧光屏幕所用的光线扫描。

这种示波器利用电子束在屏幕上生成亮点，从而显示出输入信号的波形。

3.1946年：英国物理学家亨利·洛维尔和托马斯·汤普森研发出了存储示波器。

存储示波器可以通过调整扫描速度的方式“冻结”图像，从而保留了信号的瞬时状态。

这种示波器使得用户可以观察到波形的细节，而不必担心信号的快速变化。

4. 1954年：美国教育家黑尔米特·莫拉尔（Harmuth C. Morel）发明了数字示波器。

数字示波器利用模数转换器将输入信号转换为数字信号，利用数字显示屏显示波形。

与模拟示波器相比，数字示波器的主要优势在于其易于读取和分析信号的数据，并可以通过计算机进行数据处理和存储。

5.1970年代：示波器开始朝着更高的带宽和更快的采样速率发展。

随着半导体技术的不断进步，示波器的性能和功能也得到了极大的改善。

现代示波器可以实时显示高频信号，并具备更多的功能，如触发、自动测量、数据处理、数据存储等。

6.1990年代：随着计算机技术和网络技术的快速发展，示波器也开始实现远程控制和远程访问功能。

这使得工程师可以在远程地点与示波器进行交互和数据共享，从而方便了工作和协作。

目录摘要 (2)1示波器发展及简介 (2)1.1示波器的发展 (2)1.2模拟示波器 (2)1.3数字示波器 (3)2数字示波器的原理 (3)2.1数字示波器的整体结构图 (3)2.2基本原理 (4)2.3系统控制部分 (4)2.4取样存储部分 (4)2.5读出显示部分 (5)3数字示波器的技术参数 (5)3.1最高数字化采样率 (5)2.2带宽 (6)3.3波形捕捉率 (6)3.4分辨力 (7)3.5扫描时间因数t/div (7)4数字示波器使用时的注意事项 (7)4.1区分模拟带宽和数字实时带宽 (7)4.2有关采样速率 (8)参考文献 (8)数字示波器原理及应用摘要示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。

它不仅会在电子类专业平时的实验中会经常用到，在我们以后的工作生活中也会经常的用到示波器这种仪器。

本文主要是结合平时做实验以及从别的方面了解到示波器的基础上，介绍示波器的发展、构造及原理,并阐述了示波器在学习、工作中的应用及其维修方面的一些常识。

关键词：数字示波器；发展；原理；应用；1示波器发展及简介1.1示波器的发展示波器是一种用途之分广泛的电子测量仪器，它自1933年诞生至今已经有60多年的历史。

第一台示波器十分简单,由一支示波管一个电源和一个简单的扫描电路组成,只能用于观察信号。

第二次世界大战前后,随着无线电通讯和雷达技术发展,对示波器提出迫切要求,促使示波器在电路结构技术指标等方面有了很大改进,这时的示波器能对信号进行定量的测量。

随着微型计算机和仪器通用接口的出现,将示波器的自动化发展推到了崭新的水平。

微型计算机引人到了示波器,给传统的示波器带来了巨大的冲击和影响,使示波器在设计、性能、功能、使用、操作以及故障诊断等方面都产了巨大的变化。

示波器在内部电路结构上也随着半导体制造工艺以及各种大规模和专用的集成电路的影响由晶体管发展到集成电路,电路形式上由模拟电路发展到数字电路,功能上已从时域分析发展到数据域分析和频域分析。

示波器技术发展研究论文示波器是一种广泛应用于电子技术领域的仪器，用来测量、观察和分析电信号的特性。

示波器技术的发展对电子行业的发展起到了重要的推动作用。

本文将对示波器技术的发展进行研究，并对其影响进行分析。

首先，示波器技术的发展可以追溯到20世纪初。

最早的示波器是机械示波器，它通过机械方式将电信号转化为机械运动，然后通过光电检测方式来观察信号的特征。

然而，机械示波器的速度和精度有限，无法满足后续电子技术的发展需求。

随着电子技术的进一步发展，电子示波器逐渐取代了机械示波器。

电子示波器采用电子方式来观察信号，具有更高的速度和精度。

最早的电子示波器使用电视管来显示信号，但是由于电视管对观察的信号频率、幅度范围有限，后来的示波器采用了CRT显示技术，从而大大提高了观测信号的能力。

随着半导体技术的进步，示波器的集成化程度也得到了提高。

现代示波器采用了高速ADC、FPGA和DSP等先进技术，使得示波器具有更高的采样率、更大的存储容量和更强的信号处理能力。

另外，现代示波器还提供了多种触发模式、计量功能和自动测试功能，可以满足不同应用场景的需求。

示波器技术的发展对电子行业的发展起到了重要的推动作用。

首先，示波器的高速采样和存储能力使得工程师可以更准确地分析和解决电路中的问题，提高了电路设计的效率和质量。

其次，示波器的自动测试功能可以大大简化测试流程，提高测试的自动化程度和效率。

此外，示波器还广泛应用于电子制造、通信、医疗、教育等领域，为这些行业的发展提供了重要的支持。

然而，当前示波器技术仍存在一些挑战和问题。

首先，示波器的采样率和存储容量已经达到了极限，难以满足未来更高频率和更复杂信号的观测需求。

其次，示波器的尺寸和功耗仍较大，不方便携带和使用。

最后，示波器的操作和分析功能仍有一定的限制，需要进一步完善和提高。

综上所述，示波器技术的发展对电子行业的发展起到了重要的推动作用。

随着电子技术的不断进步，示波器技术也在不断发展和完善。

回顾示波器的发展史示波器作为电测行业最基本的综合性仪器，设计和制造他所涉及的领域也十分广泛,从半导体到特种材料，从机加工到电子设计无所不涉及。

这就需要强大完善的工业体系作为支撑。

但是苏联早期无不具有这一切？为什么苏联没有做起来呢？其实认为市场也是很关键的，仅依靠国家力量，可能能在短时间内集中攻关力量解决一个难题，随后投入其他难题的处理中。

有些事情并不能持续的深入研究，唯有市场的持续需求不断刺激技术进步，就像战争那样，技术才可能有巨大的飞跃。

另外，一些其他技术的进步，比如电子计算机，也与仪器的发展相辅而成，这也带来了思维的全面改观。

涉及到示波器相关的具体技术，从60年代以前，一般来说我国和外国的差距不是特别的大，因为大家都用电子管，这个东西无非对工业机械设备有一定的要求，主要是冲压和焊接等等，另外电子管特殊的阴极涂层材料也对性能影响至关重要，不过这一切都不是遥不可及的。

此外这个时期的示波器带宽通常还没有超过40MHz，确实难度不是特别大，这个阶段我们和技术储备方面没有太大差距，主要是因为需求也不是太多，导致产品无论从工艺还是结构，都有些落后。

图：TEK 511示波器的局部，可以看到底板上还印有很多文字提示，比较精细。

顺便说一说这个时代的制造工艺，因为电子管本身体积较大，而且多半随着高压大电流，所用的器件体积也很大，无论国内还是国外都是这样安装元器件的，也就是元件安装在支架上，然后用线相互连接。

这种方式国内俗称搭棚焊接。

进入60年代中期，一些半导体器件开始逐渐取代电子管的地位，此时示波器的带宽开始达到100MHz。

在这个时期电子计算机的应用也开始逐渐推广开，这导致对示波器有更多的需求。

此时(大约1965年)，HP公司也发布HP-IB总线，后来这种技术在70年代标准化成为IEEE488也就是GPIB。

通过这种控制总线，计算机可以控制电子仪器工作，采集仪器的数据并且进行分析。

这使得我们对数据的使用和理解上升到一个新的高度，同时催生了自动化测量系统的概念，他带来了更高的效率和更好的精确性。

一、示波器的功能示波器是一种图形显示设备，它描绘电信号的波形曲线。

这一简单的波形能够说明信号的许多特性：信号的时间和电压值、振荡信号的频率、信号所代表电路中“变化部分”信号的特定部分相对于其它部分的发生频率、是否存在故障部件使信号产生失真、信号的DC成份和AC成份、信号的噪声值和噪声随时间变化的情况、比较多个波形信号等。

二、示波器的发展简史１、初期主要为模拟示波器二十世纪四十年代是电子示波器兴起的时代，雷达和电视的开发需要性能良好的波形观察工具，泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器，这是近代示波器的基础。

五十年代半导体和电子计算机的问世，促进电子示波器的带宽达到100MHz。

六十年代美国、日本、英国、法国在电子示波器开发方面各有不同的贡献，出现带宽6GHz的取样示波器、带宽4GHz的行波示波管、1GHz的存储示波管；便携式、插件式示波器成为系列产品。

七十年代模拟式电子示波器达到高峰，行谱系列非常完整，带宽1GHz的多功能插件式示波器标志着当时科学技术的高水平，为测试数字电路又增添逻辑示波器和数字波形记录器。

模拟示波器从此没有更大的进展，开始让位于数字示波器，英国和法国甚至退出示波器市场，技术以美国领先，中低档产品由日本生产。

模拟示波器要提高带宽，需要示波管、垂直放大和水平扫描全面推进。

数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。

加上数字示波管能充分利用记忆、存储和处理，以及多种触发和预前触发能力。

二十世纪八十年代数字示波器异军突起，大有全面取代模拟示波器之势，模拟示波器逐渐从前台退到后台。

2、中期数字示波器独领风骚八十年代的数字示波器处在转型阶段，还有不少地方要改进，美国的TEK公司和HP公司都对数字示波器的发展作出贡献。

它们后来停产模拟示波器，并且只生产性能好的数字示波器。

进入九十年代，数字示波器除了提高带宽到1GHz 以上，更重要的是它的全面性能超越模拟示波器。

新世纪谈示波器的应用发展吴俊贤(本文发表于电子技术杂志2000年1月)前言:自1946年霍华.卫林(HowardVollum)先生以其发明的触发电路,从而创造了第一部商用示波器至今亦过了半个世纪,示波器对工程师的重要性,如同眼睛对人的重要性一样,人透过眼睛观察这个五花八门世界,而电看不到摸得到,工程师透过示波器将电子科技推向无边的未来,趁新世纪之初,来谈谈示波器的应用发展相信再恰当不过,顺便为模拟示波器与数字示波器长久以来孰优孰劣之争做个探讨,同时为数字示波器的取样率及内存到底有何应用上的考量一并细说从头,首先让我们先来谈谈示波器的首要规格---频宽。

示波器频宽的定义(D e f i n i t i o n o f B a n d w i d t h)所谓示波器的频宽是指示波器垂直放大器的频率响应,如图一所示,为示波器理想上的频率响应特性曲线,任何示波器的频宽皆为垂直放大器3dB点的频率,此为选购示波器的第一关卡,举例而言:一部100MHz的示波器,当输入100MHz,1V的正弦波时,示波器观察到的将是100MHz,0.707V的正弦波,振幅误差高达30%,如欲使振幅误差小于3%,请谨记5倍频宽法则,既是示波器的频宽要比待测信号频率高5倍。

(图一)频率响应特性曲线示波器频宽不足导致波形失真以图二为例,假设图上方波为100MHz信号,以傅立叶级数的观念来看,方波可由一基本波(也就是频率相同的正弦波)加上无限多次的奇次谐波所组成,我们先不谈无限多次,先来看三次谐波,也就是频率为300MHz,基本波加上三次谐波可得图二中间的波形,已类似一个方波,举例来说:当您以100MHz的示波器观察100MHz的Clock信号,因三次谐波为300Mz 在示波器的频率响应曲线中可知,该信号已几乎被衰减掉,连100MHz的基本波亦衰减为0.707倍,故在您示波器上会显示出一个信号振幅较小的正弦波,但您的信号可是一个不折不扣的方波呀!由此可知示波器的频宽有多么重要,如选择不当会造成信号的衰减和波形失真,在此再次强调可以上述的五倍频宽法则来作选择。

电子管示波器时代从全球范围看， 1946年二战胜利后， 在美国俄勒冈州波特兰市附近的Beaverton，由两位年轻发明家Howard Vollum 与 Jack Murdock，在其居家的地下室，成功研制出全世界第一台商用示波器511，并由此建立了一个伟大的科技电子公司Tektronix。

图1：Howard Vollum 、 Jack Murdock和第一台商用示波器Tek511示波器带宽10MHz，由阴极射线示波管及电子管为主要显示和驱动，具有触发扫描电路，帮助使用者能获取高速电子脉冲的显示，建立了近代示波器的基础。

1947年511开始量产并推向市场，当时Tek511售价$795美元，市场反应热烈，极为抢手，物以稀为贵！Tektronix并沒停止脚步，从1950年开始，每年投产一系列新产品，随着Tek512，513，514，515等一系列电子管示波器推出，Tektronix站稳了脚跟，从1950年营运收入1.2M美元，扩展到1959年营收31M美元。

进入60年代后,继续推出了Tek503、545A、533A、547、564等带有插件模块的升级产品，直至70年代初，作为全球霸主地位的Tektronix引领了电子管示波器产品在全球，特别是欧美地区的应用，开创了电子管示波器的全盛时代。

图2：Tek503、545A、533A、5471939年，在美国加州硅谷，两位年轻的工程师Bill Hewlett和Dave Packard合伙创业，用其老师帮助借到的538美元，在一个旧的汽车库，建立了以双方名字并以抽签方式决定排名前后的Hewlett-Packard公司，简称HP公司。

他们共同研制成功了第一台可用于测试音响设备的声频振荡器，开始了传奇式的发展。

图3：当年创业的车库，后被加州政府命名为“硅谷诞生地”（左）两位伟大的创始人Bill 和 Dave（右）由于二战期间美国政府的需要，HP公司在微波测试及信号发生器等方面开发了很多领先的产品，同时也在更宽的仪器领域快速发展。

示波器触发的前世今生示波器为了解电子信号世界提供了一个窗口。

早期示波器只能显示重复的事件或连续的电气事件，限制了示波器的应用范围。

之后在1947年，HowardVollum及其新成立的公司泰克公司推出了第一个商用触发扫描示波器。

第一台触发扫描示波器带有校准后的格线显示器，把示波器从查看电子脉冲整体特点的定性工具转化成定量测量设备，这种设备变革了整个电子行业。

工程师第一次能够捕获瞬态事件，在各类信号上进行精确的电压和定时测量。

自其推出最早的示波器型号以来，泰克的触发创新技术一直领先于市场。

触发事件定义了一个时点，在这个时点上，一个由波形信息组成的重复窗口将稳定下来，以进行查看。

想象一下您正在驾车旅游。

您必需在最少的时间内到达目的地。

但是，您还必需在沿途拍下特定的风景照片。

您知道自己可以迅速到达目的地，因此您的车速非常快，但您会采取什么策略在关心的点拍照？一种选择是在开车时随机抓拍照片，希望能够捕获到风景图像。

很明显，这太多地依赖于运气。

比较符合逻辑的方法是告诉司机在哪里停车能够得到清晰的感兴趣点的照片。

许多示波器应用中的波形数据与您根本不关心的景物类似。

在高速调试应用中，电路可能会在99.999%或(通常)更高的时间内正常工作，而只有0.001%的时间导致系统瘫痪，或者这部分才是您需要更详细地进行分析的波形。

示波器可能会有许多主打指标(带宽、采样率、记录长度)，迅速完成这一过程，但如果不能捕获关心的数据，那么这种调试和分析工具将非常有限。

泰克DPO7000和MSO/DPO/DSA70000示波器系列中的Pinpoint®触发系统提供了业内最完善的高性能触发系统。

当然，Pinpoint触发系统包括常用的。