【實作實驗室】輕鬆理解示波器原理

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作者：實作派

示波器是最基礎的測試儀器，也是 EE 學生最先接觸的儀器，一開始難免會被儀器上密密麻麻的按鈕嚇到，但這些只是輔助功能而已，最基礎的示波器原理其實很簡單。

示波器的功能只有一個，就是用來觀察電壓在時間軸上的變化，而電壓的動態變化顯示在時間軸上，就是所謂的波形，至於面板上的選單按鈕，都是以觀察波形為中心開發出來的。

假設某個測點的電壓並非固定的直流電壓，而是隨時間變化的交流電壓，這時我們該如何觀察它？我先將該測點的電壓準位以下圖的紅點來表示，由於是交流電壓所以它會上下跳動。

測點上的交流電壓（圖片來源：實作派提供）

若以單一測點看的話，你只知道電壓會上下跳動，不會有甚麼特別的感覺，也很難觀察到其他需要的資訊，像是我們不會知道電壓上升多快、下降多快等。

但若把這個紅點從左邊等速地移到右邊，你會發現紅點好像海浪般的起伏。舉例來說，收銀員條碼掃描器的那一條雷射光其實是所掃描的結果，但如果你把雷射光照射在牆上，並將掃描器來回快速移動，你會發現雷射光再也不是一條線，而是一道弦波。

將動態電壓沿著時間軸等速移動便會看到軌跡（圖片來源：實作派提供）

此時若把紅點走過的軌跡用線連起來，你會清楚地看到剛剛的紅點軌跡，在這個例子裡它是一個弦波，也就是一個波形。

把軌跡連起來，就能看到波形（圖片來源：實作派提供）

若你能把波形的軌跡透過種種方式顯示出來，就是一個示波器。在早期示波器還是用映像管的時代，只要紅點跑得夠快，每次軌跡重複出現超過約每秒 30 次的話，你就會因為視覺暫留而看到一個弦波，若紅點跑得很慢，你只能看到一個起伏的光點正在慢慢移動。

現在回到示波器的畫面，我把註解標上去，讓大家比較好理解。黃色線是一個弦波，畫面中各種數值的標示位置可能會因示波器的廠牌型號而有所不同，但相關的專有名詞是不變的。

示波器畫面（圖片來源：實作派提供）

Volt/Div 單位電壓：示波器螢幕上每一格垂直距離所代表的電壓
TimeBase 時基：示波器螢幕上每一格水平距離所代表的時間
Trigger condition 觸發條件：設定波形要在什麼時機點開始畫，這個時機點就是觸發條件滿足的時候，以上圖為例，當波形由下到上穿過 1.64 V 的時候開始畫波形，畫面中的 Trigger point 就是波形開始畫的時間點。眼尖的你可能會發現，在 Trigger point 之前不是就有波形了嗎？是的，那叫做 pre-trigger，只有數位示波器才做得到，傳統的類比示波器只能從螢幕最左邊開始畫。

Trigger 是示波器的靈魂，有些高檔的示波器還有很多奇怪的 Trigger 類型，設定好的話，對 Debug 真的是如虎添翼，我在網路上看到一個示波器的動畫說明 The Physicists Explain Cathode Ray Oscilloscopes，應該能讓大家更有感覺！

（本文轉載自實作派電子實驗室、原文連結；責任編輯：賴佩萱）

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