示波器是，電子測量領域最常用的儀器之一。是每一位從事電力電子開發的工程師最不能離開的設備，如果沒有他，那對于電源開發工程師來說如同盲人走路。下面就談談示波器的歷史：

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

下圖就是K.F.布勞恩和他所發明的CRT示波器

目前全球大約有40家示波器生產廠商，如果粗略地按照帶寬對示波器進行分類，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。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1GHz帶寬示波器的廠家，進入中端市場。2010年， R&S公司進入示波器領域推出中端示波器。2012年力科推出了LabMaster10Zi系列示波器實現了最高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，顯示屏上對應基準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

進一步，假設D=50%,則方波信號的級數表達式為：

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線如下：

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

       那么常數0.35的根據是什么？或精確地分析，這個表達式是如何推導出來的？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，當等效為一階高斯型RC低通濾波器的響應模型，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設計手記》這本書的章節，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系，其給出的定義其實并不嚴謹，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準，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系的波形，這個框子越大那么所框進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償，以便以最后的保真捕獲和分析復雜信號

補充一些誤差理論：一個系統的誤差=組成系統的各分系統的分誤差的均方根

這里特別強調一下探頭的重要性，探頭也是儀器，它和示波器共同組成測量系統，如果探頭選擇不當，你將冒無法預知測量結果的風險，探頭的上升時間應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，測量上升時間為3.5ns的方波信號，系統帶寬為多少？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示波器及不當的100Mhz探頭，將導致測量系統帶寬性能降低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，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字化50MHz方波。

350MHz 示波器稍微減慢了信號上升時間，并產生少量過沖。 

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

調整幅度為200mV/格再看：（放大）