R&S®ESSENTIALS | 数字示波器基础
数字万用表与示波器——需要用哪种仪器进行测量?
Paul Denisowski,测试与测量专家
数字万用表 (DMM) 和示波器基本上是所有电子实验室的标配测量仪器。虽然它们都可以测量电压,内部结构也很相似,但在具体的测量应用方面有所不同。本文将对比介绍这两种仪器,帮助您根据实际需求选择合适的工具。
R&S®ESSENTIALS | 数字示波器基础
数字万用表 (DMM) 和示波器基本上是所有电子实验室的标配测量仪器。虽然它们都可以测量电压,内部结构也很相似,但在具体的测量应用方面有所不同。本文将对比介绍这两种仪器,帮助您根据实际需求选择合适的工具。

数字万用表 (DMM) 通常用来测量交直流电压、交直流电流、电阻、二极管正向电压、温度和电容。测量结果通常以数值形式的瞬时读数显示在 DMM 屏幕上。有的 DMM 还可以提供关于一系列测量的统计信息。
简而言之,数字万用表可以测量多种信号参数,但通常一次只能进行一类测量。

示波器 主要用于测量电压随时间的变化,并将其显示为波形。示波器自身只能采集电压数据,但配合探头后还可以测量其他参数。
捕获波形后,示波器提供丰富功能来测量和分析波形。电压测量功能可以测量电压的峰峰值、最大值、最小值和均方根 (RMS)。
示波器一般有多个输入通道,可以同时测量和查看多个在时间或相位上相关联的信号。示波器还可以通过不同方式显示采集到的波形,例如显示频率与幅度关系 (FFT)。
简而言之,示波器可以同时测量多个信号和参数。
通过对比整体结构框图可以发现,DMM 和示波器的核心都是模数转换器 (ADC)。二者在 ADC 前端都配有模拟信号调理电路,主要是衰减电路。DMM 与示波器在许多方面存在明显差异,而关键模块的不同决定了它们适合各自的应用场景。
万用表包含一些附加模块,其中包括一个电流源。在一些测量模式下,DMM 会使用该电流源。例如,在电阻测量模式下,该电流源会通过分流电阻器和被测电阻器产生已知电流。由于 DMM 已知电流大小和分流电阻器的阻值,因此可以根据欧姆定律计算出被测电阻器的阻值。
示波器没有类似的电流源模块,因此无法直接测量电阻。不过,示波器包含一个存储控制器和用于存储 ADC 采样数据的存储器。正是依靠这种缓存机制,示波器才能采集足量数据来显示波形。
此外,示波器还具备精密的触发系统,能够捕获多种类型的信号条件。例如,示波器可以仅在脉冲宽度不符合特定的宽度(即时间范围)时更新显示。台式 DMM 虽然也有触发输入,但仅适合简单的开始/停止信号。
DMM 和示波器在探测方式上也存在差异,从二者的前面板设计也能看出这一点。
DMM 一般采用 4 mm 香蕉插孔,可以连接多种低频测试线或探头。常见的测试线外覆硅胶护套,一端为 4 mm 连接器,另一端为金属尖头探针。这类测试线适用于手持测量或快速测量场景。

DMM 和示波器都支持直连布线。例如,测试夹具可能采用 4 mm 插孔或者 BNC 接口(或其他同轴接口)。只需使用带兼容连接器的线缆,即可将夹具连接到 DMM 或示波器。

也许您的预算只够买一种仪器,也可能您拥有两种仪器,但不知道该用哪一个。值得庆幸的是,在许多测量场景下,应该使用哪种仪器一目了然。更重要的是,在很多情况下,这两种仪器都能胜任测量工作。
DMM 更适合测量离散器件的特性。诸如 R&S®UDS 的 DMM 可以测量电阻器、电容器、二极管和晶体管的特定参数。例如,R&S®UDS 可以测量电容器的电容值或二极管的正向电压降。这类测量在设计电路或判断器件是否损坏时非常有用。如果需要全面测量器件特性,可以考虑使用 LCR 表 ,这样可以测量无源器件的寄生特性。
DMM 同样适合测量接近直流的低频电压和电流。但是,测量交流信号(例如频率超过 100 kHz 的信号)时,由于带宽有限,DMM 可能无法准确测量信号。
相比之下,示波器的带宽更大,可以测量高频信号。示波器也可以测量直流信号,与 DMM 相比对被测设备的负载效应更小。示波器还具有多个时间上关联的通道,非常适合对比分析数据信号与时钟信号或使能信号。
除此之外,在测量微控制器的时钟信号时,也更适合使用示波器。DMM 测试线的电容较高,测量频率可能只有几兆赫。示波器对信号的负载效应更小,带宽一般也更大。
| 使用场景 | 万用表 | 示波器 |
|---|---|---|
| 验证直流电压是否稳定 | O | X |
| 测量电阻/导通性 | O | X |
| 调试上电时序 | X | O |
| 诊断信号边沿振铃 | X | O |
| 测量电流消耗 | O | X |
| 检测随机电压降 | X | O |
| 分析 PWM 占空比 | X | O |
| 检查电源轨纹波 | X | O |
目前,示波器通常会集成许多附加功能。例如,许多示波器都内置或通过选件提供函数发生器的功能。
一些示波器还内置了 DMM 功能。例如, R&S®Scope Rider 手持式示波器 的双通道型号便集成了 DMM 功能,可以测量交直流电压、交直流电流(搭配外部分流器)、电阻和电容。

理想情况下,实验室会同时配备 DMM 和示波器,但即使这样,实际使用时仍需要根据具体情况选择合适的工具。
DMM 适合进行高精度单项测量,例如准确测量直流电压或电流、低频交流电压或电流、特定器件的参数。
示波器更适合同时捕获和对比多个信号、分析高频信号成分、显示信号波形。
您是否正在为应用选择合适的测量仪器?我们的专家乐于为您提供帮助。