示波器是，電子測量領(lǐng)域最常用的儀器之一。是每一位從事電力電子開發(fā)的工程師最不能離開的設(shè)備，如果沒有他，那對于電源開發(fā)工程師來說如同盲人走路。下面就談?wù)勈静ㄆ鞯臍v史：

諾貝爾獎獲得者，德國物理學(xué)家K.F.布勞恩在1897年出于對物理現(xiàn)象好奇而發(fā)明了CRT示波器。他向熒光CRT上水平偏轉(zhuǎn)片施加一個震蕩信號，然后向縱向偏轉(zhuǎn)片發(fā)送一個測試信號。這兩個偏轉(zhuǎn)片會在小熒屏上產(chǎn)生瞬態(tài)的電波圖像。該發(fā)明逐步演變成一臺測量儀器。工程師霍華德.衛(wèi)林在1947年所做的改進(jìn)讓示波器成為一臺非常實用的儀器，首次能通過觸發(fā)器來控制掃描功能。示波器發(fā)展史的下一個里程碑是Nicolet（尼高力）公司在1972年首創(chuàng)了數(shù)字示波器（DSO）,而惠普公司在1984年實現(xiàn)了數(shù)字示波器的商業(yè)化和技術(shù)改進(jìn)。

下圖就是K.F.布勞恩和他所發(fā)明的CRT示波器

目前全球大約有40家示波器生產(chǎn)廠商，如果粗略地按照帶寬對示波器進(jìn)行分類，500MHz帶寬以下為低端示波器， 500MHz- 2GHz帶寬為中端示波器， 2GHz以上帶寬為高端示波器。目前全球高端示波器被泰克、安捷倫、力科三家美國公司占據(jù)。中端示波器市場除了上述三家還有橫河、普源精電、R&S等公司的產(chǎn)品。值得一提的是普源精電于2009年推出了1GHz帶寬的示波器，成為全球第五家能夠生產(chǎn)1GHz帶寬示波器的廠家，進(jìn)入中端市場。2010年， R&S公司進(jìn)入示波器領(lǐng)域推出中端示波器。2012年力科推出了LabMaster10Zi系列示波器實現(xiàn)了最高60GHz的模擬帶寬，160GS/s的采樣率示波器。

帶寬定義：示波器輸入不同頻率的等幅正弦信號時，顯示屏上對應(yīng)基準(zhǔn)頻率的顯示幅度隨頻率變化而下降3dB時，其下限到上限頻率的范圍。

周期信號可表示為  x(t+nT)=x(t)    n=0,±1,±2,...

對于理想方波x(t)為理想方波信號，脈寬為τ，周期為T，占空比為D=τ/T，方波幅度為1

進(jìn)一步，假設(shè)D=50%,則方波信號的級數(shù)表達(dá)式為：

占空比為50%的方波信號的頻譜特征為：

我們在看看不同頻率正弦波逐個疊加的效果：

我們能看到隨著疊加諧波次數(shù)的增多，合成波形越來越接近方波

方波與梯形波頻譜的包絡(luò)線如下：

一般人們在使用示波器時和帶寬密切相關(guān)的還有上升時間。二者的關(guān)系通常包含在大多數(shù)示波器目錄1和技術(shù)討論手冊2中，示波器廠家通常給出的兩者的關(guān)系用如下公式表示：tr=0.35/BW

       那么常數(shù)0.35的根據(jù)是什么？或精確地分析，這個表達(dá)式是如何推導(dǎo)出來的？通常談到的示波器帶寬沒有特別說明是指示波器模擬前端放大器的帶寬，也就是常說的-3dB截止頻率點。示波器的前端放大電路，當(dāng)?shù)刃橐浑A高斯型RC低通濾波器的響應(yīng)模型，為了解釋清楚這個事情還是截取《信號完整性揭秘-于博士SI設(shè)計手記》這本書的章節(jié)，供大家參考：

實際上我們看到，tr=0.35/BW，其實是示波器濾波電路、方波頻譜、濾波器濾波后上升時間與頻譜的一個關(guān)系，其給出的定義其實并不嚴(yán)謹(jǐn)，實際上我們不可能給出一個唯一且確定的衡量帶寬定義合理與否的標(biāo)準(zhǔn)，所謂信號的帶寬其實是人為的加一個框子，用框子里面的波形去合成我們所關(guān)系的波形，這個框子越大那么所框進(jìn)去的諧波越多合成后的波形就越接近原始波形，我們觀察方波和梯形波的頻譜可以看出，當(dāng)我們選擇框子的最高頻率大于f=1/πtr即帶寬大于1/πtr，那么合成的梯形波就不會有太大的失真。這里1/πtr=0.318/tr，0.35/tr比1/πtr頻率稍高了一些。當(dāng)然對于信號的帶寬還有定義BW=0.5/tr的。對于0.5/tr的定義誤差更小一些。

另外，如果示波器使用非常好的濾波器，那么它的幅度和相位都會得到較好的補(bǔ)償，以便以最后的保真捕獲和分析復(fù)雜信號

補(bǔ)充一些誤差理論：一個系統(tǒng)的誤差=組成系統(tǒng)的各分系統(tǒng)的分誤差的均方根

這里特別強(qiáng)調(diào)一下探頭的重要性，探頭也是儀器，它和示波器共同組成測量系統(tǒng)，如果探頭選擇不當(dāng)，你將冒無法預(yù)知測量結(jié)果的風(fēng)險，探頭的上升時間應(yīng)快于示波器的上升時間。

例：使用100Mhz探頭和100Mhz示波器組成測量系統(tǒng)，測量上升時間為3.5ns的方波信號，系統(tǒng)帶寬為多少？測量誤差是多少？

探頭和測量儀表上升時間=0.35/100*106=3.5ns

儀器上升時間＝ √ （3.5ns2＋3.5ns2 ）＝4.95ns，系統(tǒng)帶寬＝0.35/4.95ns＝70Mhz

顯示信號上升時間＝  √   （3.5ns2＋4.95ns2）＝6.08ns，測量誤差＝(6.08-3.5 ) / 3.5＝73％

               使用100Mhz示波器及不當(dāng)?shù)?00Mhz探頭，將導(dǎo)致測量系統(tǒng)帶寬性能降低100Mhz以下

假如使用與100Mhz示波器相匹配的探頭（探頭帶寬大于示波器帶寬的3倍以上最好5倍以上）組成100Mhz測試系統(tǒng)，那么測量誤差為：

儀器顯示的信號上升時間＝ √  （   3.5ns2＋3.5ns2 ） ＝4.95ns

測量誤差＝（4.95ns－3.5ns）/  3.5ns＝0.414＝41％

改善和提高測量精度只能提高示波器系統(tǒng)帶寬，如選擇比信號上升時間高5倍的示波器,測量誤差為：

500Mhz示波器系統(tǒng)上升時間為＝350 / 500Mhz＝0.7ns 

儀器顯示的信號上升時間＝   √  （ 3.5ns2＋0,7ns2 ） ＝3.569ns

測量誤差＝（3.569ns－3.5ns）/  3.5ns＝0.0198＝2％（選擇示波器的5倍法則）

對于信號上升時間與示波器帶寬的關(guān)系如下表：

因此為了得到精確的上升沿測量精度需滿足：:待測信號 tr / 示波器 tr>5

我們在看看一個例子，50MHz 方波信號不同帶寬示波器測量時會是什么樣子？

500MHz示波器能非常精確地數(shù)字化50MHz方波。

350MHz 示波器稍微減慢了信號上升時間，并產(chǎn)生少量過沖。 

100MHz 示波器使方波明顯變園，甚至減慢了沿速度。 

好帖，發(fā)幾張實測波形：

125MHZ波形 2G帶寬的有源探頭，6GHZ帶寬實測：

125MHZ波形 2G帶寬的有源探頭，帶寬限制到1.5GHZ實測：

125MHZ波形 2G帶寬的有源探頭，帶寬限制到200MHZ實測：

125MHZ波形 2G帶寬的有源探頭，帶寬限制到20MHZ實測：

幅度被大幅削減

調(diào)整幅度為200mV/格再看：（放大）