模拟示波器和数字示波器在高中物理实验中的比较分析

蒋将

摘 要：随着科学技术的进步以及教育体制的改革，模拟示波器和数字示波器被广泛应用在我国高中物理实验中，促进了物理实验教学质量和效果的提升。一般而言，示波器作为一种实验仪器，其主要是对电信号波形进行测量，能够将电压随时间变化的波形更加形象显示出来，并对相位和频率等参数进行测量。本文就对模拟示波器和数字示波器在高中物理实验中的比较进行深入分析和探讨。

关键词：模拟示波器;数字示波器;高中物理实验;比较

收稿日期：2015-08-24

示波器作为信号特性测试的仪器，其能够对电路实验的现象进行观察，并对实验过程中出现的问题进行分析，测量实验的结果。[1]示波器包括数字示波器和模拟示波器，由于两者的工作原理不同，导致其特征也不尽相同，实验的结果也不同。

一、模拟示波器概述

模拟示波器主要是通过电子示波管的特性，将交变电信号用图像的形式展示出来。其工作原理主要是指被测信号在传播的过程中逐渐衰减，并传送至两个放大器中，信号放大之后会加至示波管上。同时测信号经过触发电路时，会有触发脉冲产生，从而促进扫描电路的启动，产生扫描电压，并且该电压利用放大器加以输出，加到示波器上。[2]一般而言，模拟示波器能够快速实时显示波形，并且波形真实，具有较高的波形捕获率，能够有效控制亮度和聚焦，确保显示结果的清晰和锐利。当然其也存在不足之处，如只能边沿触发、准确度低、无法观察瞬变信号和非重复性信号等。

二、数字示波器概述

数字示波器在对波形进行输入时，主要是对规则的间隔进行采样，并在内部存储器中存储由采样模拟值转换成的数字码，然后恢复数字码，在屏幕上显示波形。数字示波器的工作原理主要是指在输入端将信号输入，并进行适当的放大或衰减，将信号输送到A/D转换器，然后在采集存储器中存入，利用微处理器在LCD屏幕上显示出波形。数字示波器的特点表现在以下几个方面：一是数据储存，可在软磁盘、硬盘和内存中存入波形，并且波形能够与打印机和绘图仪进行连接，从而进行硬拷贝。二是处理波形，内部的微处理器能够有效处理各种类型的波形。三是具有先进的触发功能，如预触发、漏失、TV等。四是具有信号处理功能以及自动设置功能。当然数字示波器存在无法实时显示、二维显示难以将事件发生频度进行标明、缺乏亮度等级等缺陷。

三、模拟示波器和数字示波器在高中物理实验中的比较分析

（1）模拟电路实验。对于单级放大电路实验而言，在采用模拟电子技术时，如果正弦波信号在输入过程中不超过5mV时，可以利用模拟示波器对输出与输入波形的稳定性加以观察。同时也可利用数字示波器对波形的毛刺进行观察，但是其往往难以测量，其主要原因就是数字示波器会捕捉到干扰的信号，而难以观察到主要的小信号。此外，在进行微分和积分电路实验时，可以对模拟示波器和数字示波器的数据测量和波形观察进行对比，可以发现这两种示波器在观察波形时，能够进行较好地观察，并且度数没有出现较大误差。

（2）信号系统实验。在系统和信号实验中，对RC滤波的幅频特性进行测试实验时，对于正弦波信号输入电压而言，其幅度要保持不变，改变其频率，从而对RC滤波器中的输出端电压幅值进行测量，并对输出和输入的波形加以观察。如果信号频率低，采用模拟示波器进行观察，可知输入和输出的波形不稳定，并且如果信号从左至右进行快速移动时，则难以测量和观察，只有升高频率，使其达到1kHz，波形才会稳定。此外利用数字示波器进行观察时，如果频率低至130Hz时，输入和输出的波形较为稳定。

（3）电视技术实验。在调整全电视信号过程中，模拟示波器能够将亮度变化、波形细节以及彩色调制等情况进行显示;而在应用数字示波器时，往往难以及时有效反映出波形的细节信息。一般情况下，如果信号具有重复性和简单性特点，可以利用数字示波器和模拟示波器对其进行观察。在调整信号时，则应采用模式示波器，而在对单次高速信号或慢速信号进行观察时，则应采用数字视示波器。

总之，在高中物理实验中应用模拟示波器和数字示波器，必须要对这两种示波器的工作原理以及优劣势进行详细了解和掌握，正确使用示波器，从而确保数据测量结果的准确性和可靠性。

参考文献：

[1]李 杉，赵 辉.数字示波器的优点和使用注意事项[J].科技传播， 2012，（16）：172-173.

[2]刘 畅.中学物理演示实验教学的优化策略研究[D].长春：东北师范大学，2013.