本文系统介绍了数字示波器的基本原理、操作方法和安全注意事项。重点阐述了示波器的触发功能、市电测量安全方法和FFT频谱分析技术。在电力继电保护中，FFT技术能够有效分离出电压、电流的基波及各次谐波分量。
目录：
1、概述
2、示波器工作原理
3、示波器探头
4、使用前准备
5、示波器触发★
6、市电的测量
7、数学运算★
8、采样速率
9、小铜点
1、概述
▼本内容以 DS6064普源示波器为例说明，数据手册：。
2、示波器工作原理
▼通用示波器原理框图：
▼假设 Vy = Vmsinωt，即为加到 Y偏转板上的电压，则电子束就会在 Y方向按正弦规律变化，任一瞬间的偏转距离正比于该瞬间 Y偏转板上的电压。
▼假设在 X偏转板上加一随时间而线性变化的电压，即锯齿波电压，那么光点在 X方向偏转的距离变化反映了时间的变化，光点在荧光屏上构成反映时间变化的直线。
3、示波器探头
▼泰克 Tektronix TPP0201 无源探头：200MHz，300Vpk（即直接测市电会削顶），和几十块钱的没法比哦。
▼DP-25 高压差分探头：广州德肯电子
▼CPL2000 电流探头：深圳知用电子
4、使用前准备
1）将示波器电压探头连接到下图红色框位置
▼可见图形出现上冲与下冲现象，这是不正常的。
2）使用无感一字螺丝刀进行调节
3）使得波形呈现下图的样子
它是一个标准的 3V/1kHz方波（50%占空比），常用来校准示波器。
5、示波器触发★
1）触发方式
▼「触发方式」分别为：Auto/自动、Normal/普通、Single/单次，如图5.1 所示。当前设置为「Auto」方式，可以看出波形叠加在一起。
图5.1 触发电平靠上
▼我们只需要将触发电平设置在波形内，如图5.2 所示。
图5.2 触发电平处于其中
2）边沿触发
（1）这是最基础、最常用的触发方式。它检测信号穿过触发电平的瞬间，并可以选择是上升沿、下降沿或两者。
（2）按 1处的「MENU」，示波器的显示界面将会显示「触发」。如图5.3 黄色方框所示，当前只打开「CH1」，即通道1，所以「信源选择」就是「CH1」。
（3）「触发类型」我们选择「边沿触发」；「边沿类型」选择上升沿。
（4）「触发方式」通过 3处的「MODE」选择，当前设置为：单次。
（5）4处的旋钮用于设置触发电平，会看到一条水平的虚线在上下移动，这条线就是触发电平线。当前触发电平值为 1.56V，如图5.3 绿色方框所示。
图5.3 内部触发设置
这样的话，只要测试脉冲的上升沿达到 1.56V，就会触发单次捕捉。
3）外部触发
图5.4 外部触发设置
按图5.4 绿色框设置好后，显示屏左上角「WAIT」闪动，当前处于「STOP」状态；此时「EXT TRIG」外部输入的信号上升沿的时候，捕获「CH1」的输入信号。
6、市电的测量
1）注意事项
认知市电：了解市电的供电线路及原理，有助于安全用电，安全测量！本文画了几个图，看懂了就会测量市电！
火线、零线和地线：
我国的市电（居民用电）规格为交流220V@50Hz，供电线路由火线、零线和地线组成，它们的关系如图1 所示。
火线（L）：也称相线，由发电站或变电站提供，电压220V，人体接触会有危险；
零线（N）：为火线提供回路，在发电站或变电站端接地；由于是远端接地，因此在居民楼用户端电位不一定为零，可能带弱电，但相对安全；
地线（E）：零电势参考点，在居民楼用户端接大地，零电压，绝对安全。
2）测量方法
第一、错误的测量方法
普通的示波器没有隔离，外壳金属端与探头的负端（地）均与地线相连，如图2 所示，当用示波器直接对零线和火线测量时，就会间接地把零线或火线对地线短路（等效于图中红色虚线），非常危险。因此，示波器是不能直接测量市电的。
第二、浮地测量方法
这里介绍的方法具有一定的危险性，如若操作不当可能引发触电事故，慎重使用。
如图3 所示，通过将示波器的电源地线人为断开（可以用两芯电源插排供电）或使用隔离变压器的方法对示波器供电，达到断开测量回环的目的，实现“浮地”测量。
一般多用此法，操作较为简便，但注意触电危险。如果此时是用一个二插的插线排，零线处可能会是火线，这样就会发生短路。
第三、推荐的测量方法
对普通示波器基于安全角度考虑，使用“A-B”法和高压差分探头对市电测量是非常安全的，下面分别对其进行介绍。
“A-B”伪差分测量：
采用普通无源探头应用“A-B”法对市电进行测量时，应将两通道探头的负端（地）均接至电源地线，一个通道的探头探针（正端）接零线，另一个通道的探头探针（正端）接火线（如图5 左所示），则两通道的测量差值即为市电波形。
第四、高压差分探头测量
应用高压差分探头测量市电，火线和零线测试点正反接都没关系。探头内部通过高阻的方式将测量端的地和示波器的地隔离开来，不会造成短路问题，测量方式如图5 右侧所示。高压差分探头是最佳的推荐方式，安全方便，但价格会比较昂贵。
7、数学运算★
▼点击图7.1 的 1处「MATH」即可打开运算功能，2处的旋钮用于切换不同的操作。
图7.1 进入MATH
▼3处用于切换「高级运算」。
图7.2 高级运算
下面以 FFT变换为例说明，▼DG 3061A信号发生器实际输出的波形为 5Vpp。
图7.3 输出波形：5kHz/5Vpp
通过图7.5 的 1处将操作切换至 FFT，本处窗函数设置为「Hanning」。共有 4种窗函数，分别为 Rectangle(矩形)、Hanning(汉宁)、Hamming(海明)、Blackman(布莱克曼)。
图7.4 窗函数
▼默认窗口将被分屏，通过图7.5 的 4处可切换至「全屏」，5处的「垂直刻度」设置为「Vrms」，6处的 SCALE旋钮调整为 500mV。FFT变换后的结果如下图所示，此时 5kHz 处的信号有效值为 2.5V/1.414 ≈ 1.8V。
图7.5 FFT设置
▼方波具有奇次谐波，10kHz 为基波，30kHz为 3次谐波，50kHz为 5次谐波……
图7.6 方波的傅里叶变换
注意：
（1）使用触发功能将波形定住，否则此示波器信号的幅值就会不正确。
（2）为减少直流成分可将信源的「通道耦合」设为「交流」方式。
（3）为减少重复或单次脉冲事件的随机噪声以及混叠频率成分，可将示波器的「获取方式」设为「平均」方式。
FFT 为《信号与系统》范畴，相关内容移步：。
8、采样速率
▲采样速率越高，波形还原越真实。S/s 或 Sa/s 就是 Sample/second，每秒钟的采样数。M = 10^6，G = 10^9。比如 5GSa/s 即示波器 1秒采集 5G个点，也就是 1秒采集 5亿个点。
9、小铜点
▲配合有源探头的同轴模拟接口之外的信号接口，含电源、通信，也许还有同步用的时钟。
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