1．模拟示波器

最早的示波器是模拟示波器，出现于20世纪40年代，第一代模拟示波器只有几MHz的带宽。模拟示波器都采用阴极射线管的CRT（Cathode Ray Tube）显示屏，其工作方式与早期的CRT显示屏的电视类似。模拟示波器内部产生周期性锯齿波信号控制荧光屏电子枪的水平偏转，被测的电压信号经放大后控制电子枪的垂直偏转，这样扫描后就可以在屏幕上看到被测信号电压随时间的变化轨迹。图2.2是一个典型的模拟示波器的结构框图。

图2.2 模拟示波器的结构框图（来源：http://www.williamson-labs.com/）

为了在示波器上看到稳定的波形，需要示波器的水平扫描与被测信号的同步，所以示波器中设计了相应的触发电路用于控制扫描的起始时刻。模拟示波器的触发一般都比较简单，通常就是边沿触发。在模拟示波器中设置好相应的边沿触发条件后，一旦被测信号的有效边沿到来（例如上升沿），示波器内部就开始产生锯齿波控制水平方向的扫描（数字示波器的工作方式不是这样的，后面会详细介绍），这样在示波器屏幕上每次看到的波形都是被测信号触发点以后的波形。如果被测的信号是周期性的，例如是时钟信号，在示波器上就可以看到稳定的信号波形。

图2.3是HP公司在20世纪70年代生产的一款经典的双通道、100MHz带宽的模拟示波器，采用了8cm×10cm的CRT显示屏，重量约13kg，当年的售价约为7000美元。

图2.3 早期的模拟示波器

早期模拟示波器的技术发展都关注于带宽和显示技术的提升。例如HP公司于1960年左右在美国科罗拉多州的斯普林斯市建立了CRT生产中心，就是为了生产当时革新性的带有栅格刻度的CRT显像管，现在那里仍然是Keysight公司实时示波器研发中心。

在带宽足够的情况下，模拟示波器的屏幕上可以实时显示被测点上电压的变化情况，这也是实时示波器名称的由来（现代的数字实时示波器虽然也保留了实时示波器的名称，但实际上更多地是指其采样方式是实时采样的）。模拟示波器具有很多非常明显的优点，主要表现在以下方面：

|实时性好：模拟示波器是真正的实时示波器。其屏幕上的波形基本上是随着信号实时变化的，死区时间很短（死区时间的概念后面在数字示波器部分会详细介绍）。只要信号在带宽范围内，基本不会由于示波器本身造成波形的遗漏。这个优点至今仍无法被数字示波器取代。

|荧光显示真实：模拟示波器的显示屏是荧光显示屏，电子枪打在荧光屏上会产生亮光，每个点的亮度与电子枪在上面停留的时间有关。同一个点上被电子枪打中的次数或停留时间越长，这个点就越亮。因此，在模拟显示器上除了可以显示二维的波形信息外，每个点的亮度还可以表示出该点上信号出现的概率，这对于有些模拟信号的分析以及音视频、抖动、噪声等信号的分析非常有帮助（现代的数字示波器已经可以通过高的波形捕获率和波形的数学统计模仿出类似模拟示波器的显示效果）。

|价格便宜：模拟示波器的结构比较简单，因而成本、价格一般比相同带宽的数字示波器便宜。

由于模拟示波器的原理简单，容易实现，因此早期的示波器都是模拟示波器。但是模拟示波器也有一些非常明显的缺点，主要表现在：

|带宽有限：模拟示波器的输入信号通过放大后直接控制CRT显示屏的电子枪偏转，虽然放大器的带宽随着技术的发展可以越做越宽，但是CRT电子枪的偏转速度是有限的。如果输入信号的频率过高，电子枪的偏转速度可能跟不上被测信号的变化，从而无法真实地反映被测信号的电压变化情况。即使在现在的技术条件下，绝大部分模拟实时示波器的带宽也都在500MHz以下，这点严重制约了模拟示波器的发展。

|没有存储和分析能力：模拟示波器不具有波形的保存能力，如果要把屏幕上显示的波形保存下来需要借助照相等手段。模拟示波器的显示屏周边通常都有一些斜面的挡板，就是为了便于把相机安装在上面进行拍照。20世纪60年代，还曾经有HP公司的员工离职成立公司，以生产可以配合示波器使用的照相机。显然，这种拍照的方式非常不方便进行波形记录。如果要对波形的幅度、周期、上升时间等参数进行测量，也只能手动进行，测试效率和精度都不高。

|捕获单次或偶发信号的能力有限：由于模拟示波器没有波形的存储能力，其屏幕上显示的波形基本上是随着信号实时变化的。如果有瞬态或者偶发的信号变化，可能在屏幕上一闪而过，人眼很难看清或观察到，这也制约了模拟示波器在电路调试中的应用。

|触发功能有限：模拟示波器通常只有简单的边沿或码型触发能力，不能对脉冲宽度、毛刺、上升时间等设置复杂的触发。另外，由于模拟示波器是触发后才开始波形的扫描，所以用户在屏幕上观察到的波形都是触发点以后的，触发点以前的波形无法显示出来。

|性能不稳定：模拟示波器内部采用了大量的模拟器件，随着时间、温度等的变化，这些器件的特性也会发生变化，因此模拟示波器的带宽、增益、偏置等指标受时间、温度的影响比较大。

正因为这些缺点的限制，随着数字示波器的发明和成本的降低，模拟示波器在大部分场合已经被数字示波器取代。模拟示波器仅在一些特别关注成本或有特殊需要的领域发挥作用。