示波器和万用表究竟有何不同？

示波器和万用表都是电子工程师日常开发、调试必不可少的设备。万用表主要用于测试某一时间点的电压/电流值等，示波器则是用以绘制电压/电流随时间变化的波形。那您知道两者实际该如何正确应用吗？

一、实测选择

那么该如何判断在什么测试条件下选择示波器还是万用表来测量呢？

以电容充放电过程为例，原理图如图1所示。使用5V直流电源给系统供电，当S1闭合时，电容处于充电状态；当S1断开时，电容处于放电状态。理想情况下，图2为充放电波形解析，其中Ta为电容充电完成所需的时间，Tb为电容放电完成所需的时间。

图1电容充放电源原理图

图2 电容充放电波形

若需要获得一个更为精确的电压值，应选择万用表。

从精度层面来看，万用表的精度明显是更胜一筹的。将示波器探头或万用表的红黑表笔接在电容两端，测试电容充电完成时的电压。由图3和图4可见，万用表测得电压为2.60922V，示波器测得电压为2.68000V（因为接入的是直流电源，所以电压峰峰值=电压有效值）。万用表（DMM6000）的精度为0.0035 % 读数+ 0.0007%量程，即其误差范围是±0.0001613V；示波器（ZDS4054 Plus）的精度为满量程的2%，即其误差范围是±0.1600000V。

图3万用表实测

图4 示波器实测

若需要观察电压随时间变化的波形或测量充电/放电完成所需时间，应选择示波器。

从时间维度来看，示波器可以直观地观察到电容充放电的过程并可通过光标或者【Measure】功能测得电容充电/放电完成所需时间。如图5所示，通过自动测量得到上升时间（即电容充电完成所需时间）为9.4307s，下降时间（即电容放电完成所需时间）为9.6295s。

假设使用万用表来测量，只能通过人工按间隔时间测量变化的电压值并记录，最终手动绘制波形图。从示波器测量的上升时间来看，时长非常短。尽管人工每秒记录一个数据，上升时间最多只能记录到9个数据，而通过这9个数据还原的电压变化情况是没有参考意义的。与万用表相比，示波器当前采样率为2MSa/s（每秒钟可采集2000 000个采样点），这不仅还原度更高，还更为便捷，可以节省大量的时间和人力。

图5 上升/下降时间实测

二、如何提高示波器精度

若是测单点电压值，万用表的精度确实是优于示波器的。那么是否可以提高示波器的精度呢？答案是肯定的。

在测量过程中可以通过以下两个方法来提高示波器的精度（减小示波器的测量误差）：1.使用合适衰减比的探头；2.减小垂直档位。

从图3、图4、图6和图7来分析，测量误差范围对比如表1所示。从表1的误差对比来看，阴影部分为示波器不同测量条件下允许的测量误差，万用表的测量结果都在示波器测量允许的误差范围内。但明显可以看出，阴影面积是②＞③＞④。因此在本次实例中，可通过使用×10档衰减比的探头和垂直档位减小为500mV/div的方法来提高示波器的精度。

图6×1档探头测量

 

图7 垂直档位减小为500mV/div表1 测量误差范围对比

总结

当前万用表能够实现的测量，示波器也是能够满足的。除此以外，示波器共提供53种测量项，还支持FFT、协议解码、电源分析、环路分析等功能。所谓术业有专攻，万用表的精度比示波器高且体积小、更方便携带。因此，需根据实际需求，合理选择测量设备。

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审核编辑：符乾江