什麼是示波器?

英文名稱：Oscilloscope(觀察振盪)

1. Oscillo(振盪oscillation的縮寫)
2. Scope(觀察)兩字的組合

主要功能：

1. 顯示信號時間(秒)與振幅(電壓)關係的儀器。只要能將物理量(光、電流、壓力等)透過探棒或轉換器轉為電壓信號都可以被示波器觀測。
2. 電子信號是不可見光，需透過示波器將不可見光轉為可見光，工程師方能觀察信號，示波器就是電子工程師觀察信號的眼睛。

頻譜分析儀是頻域(Frequency domain)的儀器代表，顯示器的縱軸是振幅(功率)，單位是dBm，橫軸是頻率，單位是Hz。

示波器顯示的是時域(Time domain)的儀器代表，顯示器的縱軸是振幅(電壓)，單位是V，橫軸是時間，單位是S（秒）。

數位示波器可以透過快速傅立葉轉換，將時域信號轉為頻域，但由於示波器的垂直動態範圍(通常是8位元)不足，所以要準確量測諧波與雜訊的振幅還是得用頻譜分析儀。

示波器量測單位上面有許多的單位，這些單位有時候會讓使用者混淆，下面透過一個展開後的方波來解釋這些單位，讓使用者了解這些單位所含的意義。

示波器從開發到問世，一直是最重要也最常見的電子測試儀器之一。由於技術的進步，示波器的能力不斷提升，性能與價格也五花八門，從幾千元到數十萬都有。雖然示波器看似簡單，但如何選擇合適的示波器，也存在許多問題，以下就針對在選擇示波器時需要注意的部分進行講解。

頻寬決定了示波器量測訊號的基本能力。訊號頻率增加時，示波器準確顯示訊號的能力就會下降。透過此規格可確認示波器可以準確量測的頻率範圍。示波器頻寬的定義是，正弦輸入訊號衰減至訊號真實振幅的70. 7 % 之頻率，稱為-3 dB 點(半功率點)，以對數等級為準。

在之前的文章【示波器種類介紹】中有提到不同示波器的資料處理方式，其中有提到，ARO不需經過數位A/D的處理，就直接將信號輸出到螢幕上，具備所見即所得的特性；而DSO則需要CPU的運算處理時間才能將信號輸出到螢幕上。這篇文章主要讓使用者了解，記憶體大小對於數位示波器(DSO)進行信號擷取時的影響。

示波器依據技術的發展分為下列三種：

• 類比即時式示波器 ART(Analog Realtime Oscilloscope)
• 類比/儲存二合一示波器 RSO(Realtime Storage Oscilloscope)或稱為Combiscope
• 數位儲存式示波器 DSO(Digital Storage Oscilloscope)

依據觀測信號的型態又有以下兩種示波器：

• 混合信號示波器 MSO (Mixed Signal Oscilloscope)：多了邏輯分析儀的功能
• 混合域示波器 MDO (Mixed Domain Oscilloscope)：可觀察時域、頻域的示波器，有些混合域示波器還具備觀察調變域的能力(例如固緯的GDS-3000A示波器)

取決於待測體，在頻寬滿足使用者的前提下，以最小採樣間隔 ( 採樣率的倒數 ) 能夠捕捉到您需要的信號細節。 業界有些關於採樣速率經驗公式，但基本上都是針對示波器頻寬導出的，但在實際應用中，最好不要用相同頻寬的示波器來測試相同頻率的信號。舉例來說，測試一個正弦波，選擇示波器頻寬最好是被測正弦信號頻率的 3 倍以上，採樣率是頻寬的4 到 5 倍；若是其它波形，要保證採樣率足以捕獲信號細節，則需要更高的頻寬與採樣率。若您正在使用示波器，可透過以下方法驗證採樣率是否夠用：將波形停下來，放大波形，若發現波形有變化（如某些幅值），採樣率就不夠，否則無礙。 也可用點顯示來分析，採樣率是否夠用。

常見的示波器探棒的種類，依照特性大概可分成以下的種類：

電壓探棒：

• 被動式電壓型探棒(10:1或10:1/1:1可切換，標配的探棒通常是這兩種倍率)，其他被動式高壓探棒可提供更大的衰減倍率。
• 450歐姆Zo探棒，用於50歐姆系統儀器的10:1衰減
• 主動式高壓差動探棒
• 主動式高頻單端/差動式探棒

電流探棒

• 被動式電流探棒(僅能量測交流電流)
• 主動式電流探棒(能量測直流及交流電流)

其他

• 邏輯探棒(用於邏輯分析儀或混合信號示波器)
• 光/電轉換探棒
• 其他轉換器(只要能將物理量轉為電壓的信號皆能用示波器量測)

過去示波器上的低頻補償信號通常用cal.(calibration的縮寫)，這個信號是用來校正被動式探棒，因為許多人誤解這個信號可以用來校正示波器的垂直與水平，為了避免誤解，這個信號的縮寫逐漸用comp.(compensation的縮寫)補償的英文來替代，被動式探棒上有一個螺絲控制的可變電容，將被動式探棒勾到補償信號後，過補償(overshoot)會導致垂直量測值偏高；欠補償(undershoot)會導致垂直量測值偏低，唯有正確的補償才能得到正確的垂直量測值。

取樣技術

• 等效取樣(ET)或等時取樣：又分為循序等時取樣與隨機等時取樣。
• 即時取樣(RT)

現在的數位式示波器(DSO)都會提供許多的自動量測功能方便使用者在量測信號時方便使用，固緯推出的數位示波器(GDS系列)也不例外，提供了各種單位的量測應用。

自動量測功能通常有分為幾個種類：V/I Measurement (電壓/電流量測)、Time Measurement (時間量測)、Delay Measurement(延遲量測)等比較常見的種類，以下將針對這些種類加以講解。