模拟示波器与数字示波器：如何为项目选择合适型号

示波器是电子工程中重要的测试工具，尤其在测量重复波形一段或高频信号时。但初学者常纠结：模拟示波器与数字示波器——哪个更好？通常数字示波器价格高于模拟示波器。为什么？本指南将回答此问题及更多内容，涵盖各自工作原理及识别方法。读完后你能区分两者并选出最适合项目的示波器。

什么是示波器？

调节示波器的手

示波器别名众多：示波记录仪、O-scope、CRO（阴极射线示波器）、DSO（数字存储示波器）或简称scope。它利用探头测量电子设备或电路两点间随时间变化的信号电压。

万用表在单一时间点读取电路电压，而示波器可测量电路电压随时间的变化。本质上它采集数千次读数并绘制在屏幕上，让你轻松比较瞬态事件中的电压尖峰或跌落。

示波器主要分两类：模拟示波器和数字示波器。虽工作原理相似，但数字示波器拥有模拟示波器没有的额外功能。

模拟示波器

模拟示波器

早期模拟示波器利用带水平偏转板的CRT显示波形。水平板电压改变电子流位置，电子流撞击屏幕荧光涂层产生发光点，最终形成可感知波长。

双光束示波器可同时发射并显示两个电子束于单一平面屏幕，用于比较两个不同信号。基本模拟示波器无存储功能，但可购买模拟存储示波器存储输入波长图像。不过这些存储示波器昂贵且按现代标准相当原始。

早期模拟示波器体积庞大笨重。得益于数字技术，后续示波器变得足够紧凑，适合现场服务应用。

数字示波器

Rigol DS2000系列数字示波器

固态屏幕取代了庞大的CRT，使示波器更小、不那么深，并提供更多显示功能。如今数字示波器是最常见类型。

数字示波器带来标准存储、改进的显示操控、更好的触发等额外功能。

数字示波器类型

早期数字示波器以数字荧光示波器（DPO）和数字存储示波器（DSO）面世，因使用荧光屏。现代数字示波器采用LED或LCD屏幕。

过去屏幕尺寸和分辨率限制模拟示波器，现代数字示波器无此问题。

混合信号与混合域示波器（MSO和MDO）

Agilent 54622D MSO拆解

来源：Flickr

数字示波器的新能力远超模拟时代想象。它们在正常两路或更多模拟通道外增加逻辑分析通道，推出混合信号示波器（MSO）。函数发生器输出和数字万用表功能也成为可能。

几乎所有现代示波器都有标准MSO型号，或提供多数字通道选项。许多数字示波器包含信号处理以进行频域测量，即频谱分析，允许测试需混合频谱分析和普通示波器测量的电路。

真正的混合域示波器拥有专用RF连接器，仅用于频域测量，通常具备更高性能的频谱分析能力。

数字采样示波器

数字采样示波器

来源：Wikimedia Commons

数字采样示波器是高度专业化的示波器，用于有限的利基应用。例如可观测数十GHz区域信号的抖动。不适用于普通示波器应用，用例有限。示波器也有多种外形：标准机箱用于实验室，其他适合现场服务。

模拟与数字示波器——USB和基于PC的示波器

连接笔记本电脑的PicoScope 6000

来源：Wikimedia

基于PC的示波器分独立示波器和外置示波器。外置示波器需连接PC工作，可利用电脑显示、电源和处理器，常通过USB接口连接。部分外置示波器使用PXI等计算机总线系统。需在电脑安装示波器软件和驱动程序以正确接口。

内置式PC基础独立示波器内含计算机部件，有内部微处理器，赋予仪器控制、自动测量、显示管理等额外功能。允许对数字化信号进行更复杂处理，超越直接视图存储CRT的模拟版本能力。

示波器类型和型号种类繁多。通过特性和规格表，可评估性能、外形和整体能力。

模拟与数字示波器——关键区别

操作差异

带示波器的电子工程工作台

新手常误以为只有模拟示波器用CRT显示。实则数字存储示波器如Tektronix 2230也使用CRT显示。

对比旧式模拟示波器Tektronix 2213与Tektronix 2230 DSO，后者面板控制更多，操作内在复杂性更高。

数字示波器能做模拟示波器的一切。但模拟示波器放大缩小（尤其是低频）时输出图像闪烁，因CRT显示波形机制所致。

数字存储示波器通过在变化点采样波形、存储并显示，提供更稳定图像，便于查看完整波形。这是通过模数转换器（ADC）实现的：将测量电压作为模拟信号转换为数字信号。

模拟示波器无法达到数字示波器的持久性。数字示波器可调节有效持久性以捕捉更多噪声。显示校准提供更准确测量和更好图形质量。LCD技术使数字系统更轻便携。

规格差异

示波器矢量图

来源：Commons Wikimedia

通过观察规格也能理解差异：

带宽（BW）：

示波器的旗舰规格。描述示波器前端能处理的最高频率和能捕获的最快上升时间。信号频率与上升时间内在相关。计算示波器可捕获最快上升时间：0.35 ÷ 指定带宽。公式：最快可捕获时间 = 0.35 / 带宽。模拟和数字示波器均有带宽规格，但现代数字示波器远超旧式示波器带宽能力。

采样率：

数字示波器独有规格。表明示波器每秒采集数据点数。输入信号经模拟前端（带宽来源），再由数字化器采样模拟波形。采样率虽与带宽相关但不影响带宽。带宽描述模拟部分，采样率描述数字部分，故采样率为数字示波器专有规格。

存储深度/容量：

采样率和存储深度在示波器中紧密相关。存储深度描述示波器能捕获多少波形数据。采样率越快，捕获波形越短。更快采样率的波形占用更多存储。存储越多，可存储时间越长。存储深度是数字示波器第三重要属性，模拟示波器不捕获/记录波形，故无存储深度属性。

分辨率（ADC位数）：

现代示波器提供8、10、12位ADC。模数转换器将模拟信号转换量化为数字信息。8位ADC可提供256量化电平（2^8=256），即垂直分辨率。分辨率越高，波形表征越清晰。ADC位数决定输入范围。高分辨率示波器更适合分析微小信号。此为模拟示波器不具备的独有规格。

触发：

• 每个数字示波器有旋钮调节触发电平。触发本质告诉示波器何时捕获波形快照。

标准DSO提供多种触发模式，定义遇到触发事件如何反应。例如边沿触发模式指示示波器在信号触及显示网格边缘时捕获快照，提供多功能波形测量方式。因模拟示波器不捕获存储数据，触发功能多为数字存储示波器独有。

模拟示波器优势

数字示波器优势众多，但模拟示波器有何益处？

更易使用：

数字示波器功能繁复。模拟示波器控制极少、显示不易混淆，更易上手，适合学习电压测试基础。功能少往往意味着更简单，配置耗时更少。

更便宜：

模拟示波器因年代久远、功能少、二手货多，价格低于数字型。

更适合模拟读数：

模拟读数在模拟CRT屏上更清晰，某些情况下噪声更少。

易获性：

因年代久远，二手机型多，需求少，正规电子设备店通常库存充足。

（注：原文重复列出优势，此处合并）

结论

对大多数电子工程简单测试，模拟示波器表现不输数字示波器。初学者或爱好者可能受益于购买模拟示波器而非数字示波器。但选购时必须明确目标，确认示波器功能是否匹配。需分析设计、带宽、上升时间、采样率、通道密度、记录长度、波形捕获率、连通性、扩展性。数字示波器还需关虑每通道存储和存储深度。理解这些规格后，你能分辨哪款示波器最适合你。当有人问“模拟vs数字示波器哪个好？”时，你能给出清晰答案。希望本指南有帮助，感谢阅读！