一、時(shí)基（Time Base）與分辨率的核心關(guān)系

1. 時(shí)基定義：
   時(shí)基是示波器水平軸的時(shí)間刻度，決定屏幕上一格（div）代表的時(shí)間長(zhǎng)度（如1 μs/div、1 ms/div）。
2. 分辨率本質(zhì)：
   信號(hào)的 時(shí)間分辨率（時(shí)間軸上最小可分辨的時(shí)間間隔）和 電壓分辨率（幅度軸上最小可分辨的電壓變化）均與時(shí)基設(shè)置直接相關(guān)。

二、時(shí)基設(shè)置對(duì)時(shí)間分辨率的影響

1. 關(guān)鍵原理

• 公式：

• 簡(jiǎn)化理解：
  時(shí)基越大（每格時(shí)間越長(zhǎng)），單格內(nèi)包含的采樣點(diǎn)越少，時(shí)間分辨率降低；
  時(shí)基越?。扛駮r(shí)間越短），單格內(nèi)采樣點(diǎn)越多，時(shí)間分辨率提高。

2. 示例說明

• 條件：

  • 采樣率 = 1 GSa/s（10? 采樣點(diǎn)/秒）。
  • 屏幕水平格數(shù) = 10 格。

• 計(jì)算：

  
  

  時(shí)基設(shè)置	每格時(shí)間	單格采樣點(diǎn)數(shù)	時(shí)間分辨率
  1 μs/div	1 μs	1000	1 ns
  10 μs/div	10 μs	10,000	10 ns
  1 ms/div	1 ms	1,000,000	100 ns

  
  

• 結(jié)論：

  • 時(shí)基從1 μs/div增大到1 ms/div時(shí)，時(shí)間分辨率下降100倍。

三、時(shí)基設(shè)置對(duì)電壓分辨率的影響

1. 量化誤差與ADC位數(shù)

• ADC位數(shù)：示波器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）位數(shù)決定垂直方向的量化等級(jí)。

  • 8位ADC：256級(jí)量化（$2^8$）。
  • 12位ADC：4096級(jí)量化（$2^{12}$）。

• 量化誤差：

• 時(shí)基間接影響：
  時(shí)基增大時(shí)，單格內(nèi)采樣點(diǎn)減少，信號(hào)平均化程度降低，可能放大量化噪聲。

2. 示例說明

• 條件：

  • 垂直滿量程 = 10 V。
  • ADC位數(shù) = 8位。

• 計(jì)算：

• 時(shí)基影響：
  • 時(shí)基增大時(shí)，若信號(hào)變化較快，單格內(nèi)信號(hào)幅度變化可能超過量化分辨率，導(dǎo)致細(xì)節(jié)丟失。
  • 時(shí)基減小時(shí)，單格內(nèi)信號(hào)更平滑，量化誤差影響減弱。

四、時(shí)基設(shè)置對(duì)波形細(xì)節(jié)的影響

1. 快速信號(hào)的捕捉

• 問題：
  • 高速信號(hào)（如100 MHz時(shí)鐘）的周期為10 ns。
  • 若時(shí)基設(shè)置為1 ms/div，單格時(shí)間遠(yuǎn)大于信號(hào)周期，波形將顯示為一條直線。
• 解決方案：
  • 將時(shí)基調(diào)整為10 ns/div或更小，確保單格內(nèi)包含多個(gè)信號(hào)周期，顯示完整波形。

2. 慢速信號(hào)的放大觀察

• 問題：
  • 低頻信號(hào)（如1 Hz正弦波）的周期為1秒。
  • 若時(shí)基設(shè)置為1 μs/div，單格僅顯示信號(hào)極小片段，無法觀察完整周期。
• 解決方案：
  • 將時(shí)基調(diào)整為100 ms/div或更大，單格內(nèi)包含更多信號(hào)周期，便于觀察整體趨勢(shì)。

五、時(shí)基設(shè)置與存儲(chǔ)深度的協(xié)同作用

1. 存儲(chǔ)深度限制：
   • 存儲(chǔ)深度 = 采樣率 × 記錄時(shí)間。
   • 示例：
     • 存儲(chǔ)深度 = 1 Mpts，采樣率 = 1 GSa/s，則最大記錄時(shí)間 = 1 μs。
     • 若需記錄1 ms信號(hào)，需降低采樣率至1 MSa/s，或增加存儲(chǔ)深度至1 Gpts。
2. 時(shí)基與存儲(chǔ)深度的權(quán)衡：
   • 小時(shí)基（高采樣率）：需更大存儲(chǔ)深度以記錄長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)。
   • 大時(shí)基（低采樣率）：可減少存儲(chǔ)深度需求，但可能丟失信號(hào)細(xì)節(jié)。

六、時(shí)基設(shè)置的實(shí)用建議

1. 根據(jù)信號(hào)頻率選擇時(shí)基：
   • 高頻信號(hào)（>10 MHz）：時(shí)基應(yīng) ≤ 10 ns/div。
   • 中頻信號(hào)（1 kHz - 10 MHz）：時(shí)基應(yīng) 1 μs/div - 1 ms/div。
   • 低頻信號(hào)（<1 kHz）：時(shí)基應(yīng) ≥ 1 ms/div。
2. 平衡時(shí)間分辨率與存儲(chǔ)深度：
   • 需長(zhǎng)時(shí)間記錄時(shí)，適當(dāng)增大時(shí)基，減少存儲(chǔ)深度需求。
   • 需高時(shí)間分辨率時(shí)，減小時(shí)基，增加存儲(chǔ)深度或降低采樣率。
3. 利用觸發(fā)模式優(yōu)化顯示：
   • 單次觸發(fā)：捕捉瞬態(tài)事件，需合理設(shè)置時(shí)基和預(yù)觸發(fā)時(shí)間。
   • 自動(dòng)觸發(fā)：觀察周期信號(hào)，時(shí)基應(yīng)覆蓋至少一個(gè)完整周期。

七、結(jié)論

• 核心原則：
  時(shí)基設(shè)置直接影響示波器的時(shí)間分辨率和電壓分辨率，需根據(jù)信號(hào)特性（頻率、幅度、持續(xù)時(shí)間）和測(cè)量需求（細(xì)節(jié)觀察、長(zhǎng)時(shí)間記錄）進(jìn)行優(yōu)化。
• 實(shí)踐建議：
  1. 明確需求：確定需要觀察的信號(hào)細(xì)節(jié)和記錄時(shí)間。
  2. 計(jì)算時(shí)基：根據(jù)信號(hào)頻率和屏幕水平格數(shù)，選擇合適的時(shí)基設(shè)置。
  3. 驗(yàn)證效果：通過實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證波形顯示是否滿足需求，必要時(shí)調(diào)整時(shí)基或存儲(chǔ)深度。

示例：電源紋波分析

• 需求：觀察100 kHz電源紋波，幅度為10 mV。
• 時(shí)基設(shè)置：
  • 信號(hào)周期 = 10 μs，建議時(shí)基 ≤ 1 μs/div。
  • 垂直滿量程 = 1 V，12位ADC的電壓分辨率 = $1\text{V}/4096\approx 244\mu \text{V}$，可清晰顯示10 mV紋波。
• 存儲(chǔ)深度：
  • 若需記錄1 ms信號(hào)，采樣率 = 100 MSa/s，存儲(chǔ)深度需 ≥ 100 kpts。

通過合理設(shè)置時(shí)基，可確保信號(hào)細(xì)節(jié)的準(zhǔn)確捕捉和顯示。