示波器的前世今生 _示波器

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示波器(Oscilloscope)是电子工程师和电子爱好者工具箱中用途最大的一个工具。通过它可以将电压信号变成一个随着时间变化的波形，从而通过观察可以获得信号频率、幅值以及噪声等相关信息。

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现代示波器
几乎所有的应用电子、电气实验室或者工作台都会有示波器，很多人认为示波器的存在是理所当然的。但是示波器的诞生却是非常有趣，并汇集了很多偶然的发现和不常见的观察现象的。
相比于声音，光信号来讲，电磁信号无法直接被人感知，如何将这些信号进行描述和检测，是人们进一步探究电磁现象的基础。那么它经历了哪些过程呢？
希望下一次，当你再一次看到清晰平滑的正弦波形显示在示波器的屏幕上，你能够为示波器的发展史感到赞叹。

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人类早期对于电和磁的感知是通过琥珀、磁石对于小的绝缘物品或者铁器的吸引来感知的。当时认为电和磁是两种不关联的物理现象。

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（左）磁石吸铁；（右）带有静电的塑料汤勺吸引粉末
这种方法只能定性的测量电磁信号是否存在，无法精细得到信号的定量的关系。

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【示波器的前世今生】意大利物理学家和生理学家伽尔伐尼(Galvani)在1771年在解刨青蛙的时候，发现他的助手使用金属的手术刀触碰青蛙大腿坐骨神经时，青蛙的腿会发生抽搐，从而揭示了电刺激会引起生物组织运动。

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^Galvani的青蛙腿实验示意图^
他的发现在20年后，1791年引起意大利物理学家伏特（Alessandro Volta）的兴趣，并在此基础上发现使用两个不同金属触碰青蛙腿也会引起电流现象，并进一步使用其它电解液替代青蛙腿并组成化学电池。

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Galvani的青蛙腿验电方法非常灵敏，以至于在1820年机械验电器发明之后它仍然被使用。只是它的制作和维护比较麻烦，同时它只能指示是否有电流，无法表明电流的方向。

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手工绘制电流信号波形**（Oscillograms）**机电装置的检流器用于显示电流信息比青蛙腿更加精确和方便，同时利用带有反光镜的检流计可以达到非常高的灵敏度。
通过观察检流计偏转角度，然后可以手工绘制出通过电流的信号波形。不过这个过程非常繁琐好耗时。

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^（左）机械检流计；（右）带有反光镜的检流计^
法国科学家Jules Francois Joubert发明了一个机械装置，可以替代手工绘制电流波形，它可以自动将检流器的偏转角度绘制出信号的波形来。

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^1917年 Joubert发明的自动波形绘制装置^

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自动波形绘制仪**（Electromechanical Oscillographs）**第一个真正的全自动电流信号绘制装置是由法国工程师 Hospitalier在1902年发明的，被称为Hospitalier波形记录器（Ondograph）。该装置通过驱动一个铅笔在滚筒表面的纸上绘制信号波形。

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^Hospitalier 波形记录器^
Hospitalier的波形记录器与前面Joubert的机械装置原理相似。它是通过一个不断重复的测量过程绘制出电流的波形的。首先它通过电容器将电流存储起来，然后将电容对检流器进行放电，通过电流器转子的偏转角度控制绘图铅笔的位置，最后逐点描绘出电流波形。
Hospitalier绘图器由于是通过机械传动绘图，所以无法对变化速度快的电流信号进行实时测量，只能测量一些低频信号。