模擬示波器和數字示波器在高中物理實驗中的比較分析

摘 要：隨著科學技術的進步以及教育體制的改革，模擬示波器和數字示波器被廣泛應用在我國高中物理實驗中，促進了物理實驗教學質量和效果的提升。一般而言，示波器作為一種實驗儀器，其主要是對電信號波形進行測量，能夠將電壓隨時間變化的波形更加形象顯示出來，并對相位和頻率等參數進行測量。本文就對模擬示波器和數字示波器在高中物理實驗中的比較進行深入分析和探討。

關鍵詞：模擬示波器;數字示波器;高中物理實驗;比較

收稿日期：2015-08-24

示波器作為信號特性測試的儀器，其能夠對電路實驗的現象進行觀察，并對實驗過程中出現的問題進行分析，測量實驗的結果。[1]示波器包括數字示波器和模擬示波器，由于兩者的工作原理不同，導致其特征也不盡相同，實驗的結果也不同。

一、模擬示波器概述

模擬示波器主要是通過電子示波管的特性，將交變電信號用圖像的形式展示出來。其工作原理主要是指被測信號在傳播的過程中逐漸衰減，并傳送至兩個放大器中，信號放大之后會加至示波管上。同時測信號經過觸發電路時，會有觸發脈沖產生，從而促進掃描電路的啟動，產生掃描電壓，并且該電壓利用放大器加以輸出，加到示波器上。[2]一般而言，模擬示波器能夠快速實時顯示波形，并且波形真實，具有較高的波形捕獲率，能夠有效控制亮度和聚焦，確保顯示結果的清晰和銳利。當然其也存在不足之處，如只能邊沿觸發、準確度低、無法觀察瞬變信號和非重復性信號等。

二、數字示波器概述

數字示波器在對波形進行輸入時，主要是對規則的間隔進行采樣，并在內部存儲器中存儲由采樣模擬值轉換成的數字碼，然后恢復數字碼，在屏幕上顯示波形。數字示波器的工作原理主要是指在輸入端將信號輸入，并進行適當的放大或衰減，將信號輸送到A/D轉換器，然后在采集存儲器中存入，利用微處理器在LCD屏幕上顯示出波形。數字示波器的特點表現在以下幾個方面：一是數據儲存，可在軟磁盤、硬盤和內存中存入波形，并且波形能夠與打印機和繪圖儀進行連接，從而進行硬拷貝。二是處理波形，內部的微處理器能夠有效處理各種類型的波形。三是具有先進的觸發功能，如預觸發、漏失、TV等。四是具有信號處理功能以及自動設置功能。當然數字示波器存在無法實時顯示、二維顯示難以將事件發生頻度進行標明、缺乏亮度等級等缺陷。

三、模擬示波器和數字示波器在高中物理實驗中的比較分析

（1）模擬電路實驗。對于單級放大電路實驗而言，在采用模擬電子技術時，如果正弦波信號在輸入過程中不超過5mV時，可以利用模擬示波器對輸出與輸入波形的穩定性加以觀察。同時也可利用數字示波器對波形的毛刺進行觀察，但是其往往難以測量，其主要原因就是數字示波器會捕捉到干擾的信號，而難以觀察到主要的小信號。此外，在進行微分和積分電路實驗時，可以對模擬示波器和數字示波器的數據測量和波形觀察進行對比，可以發現這兩種示波器在觀察波形時，能夠進行較好地觀察，并且度數沒有出現較大誤差。

（2）信號系統實驗。在系統和信號實驗中，對RC濾波的幅頻特性進行測試實驗時，對于正弦波信號輸入電壓而言，其幅度要保持不變，改變其頻率，從而對RC濾波器中的輸出端電壓幅值進行測量，并對輸出和輸入的波形加以觀察。如果信號頻率低，采用模擬示波器進行觀察，可知輸入和輸出的波形不穩定，并且如果信號從左至右進行快速移動時，則難以測量和觀察，只有升高頻率，使其達到1kHz，波形才會穩定。此外利用數字示波器進行觀察時，如果頻率低至130Hz時，輸入和輸出的波形較為穩定。

（3）電視技術實驗。在調整全電視信號過程中，模擬示波器能夠將亮度變化、波形細節以及彩色調制等情況進行顯示;而在應用數字示波器時，往往難以及時有效反映出波形的細節信息。一般情況下，如果信號具有重復性和簡單性特點，可以利用數字示波器和模擬示波器對其進行觀察。在調整信號時，則應采用模式示波器，而在對單次高速信號或慢速信號進行觀察時，則應采用數字視示波器。

總之，在高中物理實驗中應用模擬示波器和數字示波器，必須要對這兩種示波器的工作原理以及優劣勢進行詳細了解和掌握，正確使用示波器，從而確保數據測量結果的準確性和可靠性。

參考文獻：

[1]李 杉，趙 輝.數字示波器的優點和使用注意事項[J].科技傳播， 2012，（16）：172-173.

[2]劉 暢.中學物理演示實驗教學的優化策略研究[D].長春：東北師范大學，2013.