示波器基礎(chǔ)知識(shí)03663

1、示波器基礎(chǔ)知識(shí)11 說(shuō)明和功能我們可以把示波器簡(jiǎn)單地看成是具有圖形顯示的電壓表。普通的電壓表是在其度盤(pán)上移動(dòng)的指針或者數(shù)字顯示來(lái)給出信號(hào)電壓的測(cè)量讀數(shù)。而示波器則與共不同。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以圖形的方式顯示信號(hào)電壓隨時(shí)間的變化，即波形。示波器和電壓表之間的主要區(qū)別是：1.電壓表可以給出祥測(cè)信號(hào)的數(shù)值，這通常是有效值即RMS 值。但是電壓表不能給出有關(guān)信號(hào)形狀的信息。有的電壓表也能測(cè)量信號(hào)的峰值電壓和頻率。然而，示波器則能以圖形的方式顯示信號(hào)隨時(shí)間變化的歷史情況。2.電壓表通常只能對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，而示波器則能同時(shí)顯示兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)。顯示系統(tǒng)示波器的顯示器件是陰極射線(xiàn)管，縮寫(xiě)為CRT

2、，見(jiàn)圖1。陰極射線(xiàn)管的基礎(chǔ)是一個(gè)能產(chǎn)生電子的系統(tǒng)，稱(chēng)為電子槍。電子槍向屏幕發(fā)射電子。電子槍發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束，并打在屏幕中心的一點(diǎn)上。屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì)，這樣電子束打中的點(diǎn)就發(fā)出光來(lái)。圖1 陰極射線(xiàn)管圖電子在從電子槍到屏幕的途中要經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)上施加電壓就可以使光點(diǎn)在屏幕上移動(dòng)。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由水平（X）偏轉(zhuǎn)板和垂直（Y）偏轉(zhuǎn)板組成。這種偏轉(zhuǎn)方式稱(chēng)為靜電偏轉(zhuǎn)。在屏幕的內(nèi)表面用刻劃或腐蝕的方法作出許多水平和垂直的直線(xiàn)形成網(wǎng)絡(luò)，稱(chēng)為標(biāo)尺。標(biāo)尺通常在垂直方向有8 個(gè)，水平方向有10 個(gè)，每個(gè)格為1cm。有的標(biāo)尺線(xiàn)又進(jìn)一步分成小格，并且還有標(biāo)明0和100的特別線(xiàn)。這些特別的線(xiàn)和標(biāo)明1

3、0和90的標(biāo)尺配合使用以進(jìn)行上升時(shí)間的測(cè)量。我們后面會(huì)討論這個(gè)問(wèn)題。如上所述，受到電子轟擊后，CRT 上的熒光物質(zhì)就會(huì)發(fā)光。當(dāng)電子束移開(kāi)后，熒光物質(zhì)在一個(gè)短的時(shí)間內(nèi)還會(huì)繼續(xù)發(fā)光。這個(gè)時(shí)間稱(chēng)為余輝時(shí)間。余輝時(shí)間的長(zhǎng)短隨熒光物質(zhì)的不同而變化。最常用的熒光物質(zhì)是P31，其余輝時(shí)間小于一毫秒(ms).而熒光物質(zhì)P7 的余輝時(shí)間則較長(zhǎng)，約為300ms，這對(duì)于觀察較慢的信號(hào)非常有用。P31 材料發(fā)射綠光，而P7 材料發(fā)光的顏色為黃綠色。將輸入信號(hào)加到Y(jié) 軸偏轉(zhuǎn)板上，而示波器自己使電子束沿X 軸方向掃描。這樣就使得光點(diǎn)在屏幕上描繪出輸入信號(hào)的波形。這樣掃出的信號(hào)波形稱(chēng)為波形軌跡。影響屏幕的控制機(jī)構(gòu)有：輝度輝

4、度控制用來(lái)調(diào)切波形顯示的亮度。本書(shū)中用作示例的示波器所采用的電路能夠根據(jù)不同的掃描速度自動(dòng)調(diào)切輝度。當(dāng)電子束移動(dòng)得比較快時(shí)，熒光物質(zhì)受到激勵(lì)的時(shí)間就變短，因此必須增加輝度才能看清軌跡。相反，當(dāng)電子束移動(dòng)緩慢時(shí)，屏幕上的光點(diǎn)變得很亮，因此必須減小輝度以免熒光物質(zhì)被燒壞。從而延長(zhǎng)示波管的壽命。對(duì)于屏幕上的文字部分，另有單獨(dú)的輝度控制機(jī)構(gòu)。聚焦聚焦控制機(jī)構(gòu)用來(lái)控制屏幕上光點(diǎn)的大小，以便獲得清晰的波形軌跡。有些示波器，例如本書(shū)用作示例的示波器上，聚集也是由示波器自己進(jìn)行最佳控制的，從而能在不同的輝度和不同的掃描下保持清晰的波形軌跡。另外也提供手動(dòng)調(diào)節(jié)的聚集控制。掃描旋轉(zhuǎn)這個(gè)控制機(jī)構(gòu)使X 軸掃描線(xiàn)和水平

5、標(biāo)尺線(xiàn)對(duì)齊。由于地球的磁場(chǎng)在各個(gè)地方是不同的，這將會(huì)影響示波管顯示的掃描線(xiàn)。掃跡旋轉(zhuǎn)功能就用來(lái)對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償。掃描旋轉(zhuǎn)功能是預(yù)先調(diào)好的，通常只需在示波器搬動(dòng)后再行調(diào)節(jié)。標(biāo)尺照明標(biāo)尺亮度可以單獨(dú)控制。這對(duì)于屏幕攝影或在弱光線(xiàn)條件下工作時(shí)非常有用。Z 調(diào)制掃描的輝度可以用電氣的方法通過(guò)一個(gè)外加的信號(hào)來(lái)改變。這對(duì)于由外部信號(hào)來(lái)產(chǎn)生水平偏轉(zhuǎn)以及使用XY 顯示方式來(lái)尋找頻率關(guān)系的應(yīng)用中是十分有用的。此信號(hào)輸入端通常是示波器后面板上的一個(gè)BNC 插座。12 模擬示波器方框圖CRT 是所有示波器的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在我們已經(jīng)對(duì)它有所了解。下面我們就看一看示波管是怎樣作為示波器的心臟來(lái)起作用的。我們已經(jīng)看到，示波器有兩個(gè)

6、垂直偏轉(zhuǎn)板，兩個(gè)水平偏轉(zhuǎn)板和一個(gè)電子槍。從電子槍發(fā)射出的電子束的強(qiáng)度可以用電氣的辦法來(lái)加以控制。在上術(shù)基礎(chǔ)上，再增添下面敘述的電路就可以構(gòu)成一個(gè)完整的示波器（見(jiàn)圖2）圖2 模擬示波器方框圖示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括：輸入衰減器（每通道一個(gè)）前置放大器（每通道一個(gè)）用來(lái)選擇使用哪一個(gè)輸入通道的電子開(kāi)關(guān)偏轉(zhuǎn)放大器示波器的水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括：時(shí)基、觸發(fā)電路和水平偏轉(zhuǎn)放大器輝度控制電路用電子學(xué)的方法在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻點(diǎn)亮和熄滅掃跡。為使所有這些電路工作，示波器需要有一個(gè)電源。此電源從交流市電或者從機(jī)內(nèi)或外部的電池獲取能量，使示波器工作。任何示波器的基本性能都是由它的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特性來(lái)決定的，所以我們首先來(lái)詳細(xì)

7、地考察這一部分。13 垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行比例變換，使之能在屏幕上表現(xiàn)出來(lái)。示波器可以顯示峰峰值電壓為幾毫伏到幾十伏的信號(hào)。因此必須把不同幅度的信號(hào)進(jìn)行變換以適應(yīng)屏幕的顯示范圍，這樣就可以按照標(biāo)尺刻度對(duì)波形進(jìn)行測(cè)量。為此就要求對(duì)大信號(hào)進(jìn)行衰減、對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大。示波器的靈敏度或衰減器控制就是為此而設(shè)置的。靈敏度是以每格的伏特?cái)?shù)來(lái)衡量的看一下圖3 可以知道其靈敏度設(shè)置為1V/格。因此，峰峰值為6V 的信號(hào)使得掃跡在垂直方向的6 個(gè)格內(nèi)偏轉(zhuǎn)變化。知道了示波器的靈敏度設(shè)置值和電子束在垂直方向掃描的格數(shù)，我們就可以測(cè)量出信號(hào)的峰峰電壓值。在多數(shù)的示波器上，靈敏度控制都是按125 的

8、序列步進(jìn)變化的。即靈敏度。設(shè)置顛倒為10mV/格、20mV/格、50mV/、100mV/格等等。靈敏度通常是用幅度上升/下降鈕來(lái)進(jìn)行控制的，而在有些示波器則是用轉(zhuǎn)動(dòng)垂直靈敏度旋鈕來(lái)進(jìn)行。如果使用這些靈敏度步進(jìn)不能調(diào)節(jié)信號(hào)使之能夠準(zhǔn)確的按照要求在屏幕上顯示，那么就可以使用可變（VAR）控制。在第6 章我們將會(huì)看到，使用標(biāo)尺刻度來(lái)進(jìn)行信號(hào)上升時(shí)間的測(cè)量就是一個(gè)很好的例子?？勺兛刂颇軌蛟?25 的步進(jìn)值之間對(duì)靈敏度進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。通常當(dāng)使用可變控制時(shí)，準(zhǔn)確的靈敏度值是不知道的。我們只知道這時(shí)示波器的靈敏度是在125 序列的兩個(gè)步進(jìn)值之間的某個(gè)值。這時(shí)我們稱(chēng)該通道的Y 偏轉(zhuǎn)是未校準(zhǔn)的或表示為"

9、uncal"。這種未校準(zhǔn)的狀態(tài)通常在示波器的前面板或屏幕上指示出來(lái)。在更現(xiàn)代化的示波器，例如我們用作示例的示波器，由于彩用了現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行控制和校準(zhǔn)。因此示波器的靈敏度可以在最小值和最大值之間連續(xù)變化，而始終保持處于校準(zhǔn)狀態(tài)。在老式的示波器上，通道靈敏度的設(shè)置值是從靈敏度控制旋鈕周?chē)目潭壬献x出的。而在新型的示波器上，通道靈敏度設(shè)置值清晰地顯示在屏幕上，如圖3 所示，或者用一個(gè)單獨(dú)的CD 顯示器顯示出來(lái)。_圖3 在靈敏度為1v/格的情況下，峰峰值為6v 的信號(hào)使電子束在垂直方向偏轉(zhuǎn)6 格耦合耦合控制機(jī)構(gòu)決定輸入信號(hào)從示波器前面板上的BNC 輸入端通到該通道垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)其它部分的方

10、式。耦合控制可以有兩種設(shè)置方式，即DC 耦合和AC 耦合。DC 耦合方式為信號(hào)提供直接的連接通路。因此信號(hào)提供直接的連接通路。因此信號(hào)的所有分量（AC 和：DC）都會(huì)影響示波器的波形顯示。AC 耦合方式則在BDC 端和衰減器之間串聯(lián)一個(gè)電容。這樣，信號(hào)的DC 分量就被阻斷，而信號(hào)的低頻AC 分量也將受阻或大為衰減。示波器的低頻截止頻率就是示波器顯示的信號(hào)幅度僅為其直實(shí)幅度為71時(shí)的信號(hào)頻率。示波器的低頻截止頻率主要決定于其輸入耦合電容的數(shù)值。示波器的低頻截止頻率典型值為10Hz，見(jiàn)圖4。圖4 說(shuō)明AC 及DC 耦合、輸入接地以及50輸入阻抗功能選擇的簡(jiǎn)化輸入電路和耦合控制機(jī)構(gòu)有關(guān)的另一個(gè)功能是

11、輸入接地功能。這時(shí)，輸入信號(hào)和衰減器斷開(kāi)并將衰減器輸入端連至示波器的地電平。當(dāng)選擇接地時(shí)，在屏幕上將會(huì)看到一條位于0V 電平的直線(xiàn)。這時(shí)可以使用位置控制機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)這個(gè)參考電平或掃描基線(xiàn)的位置。輸入阻抗多數(shù)示波器的輸入阻抗為1M和大約25pF 相關(guān)聯(lián)。這足以滿(mǎn)足多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合的要求，因?yàn)樗鼘?duì)多數(shù)電路的負(fù)載效應(yīng)極小。有些信號(hào)來(lái)自50輸出阻搞的源。為了準(zhǔn)確的測(cè)量這些信號(hào)并避免發(fā)生失真，必須對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行正確的傳送和端接。這時(shí)應(yīng)當(dāng)使用50特性阻抗的電纜并用50的負(fù)載進(jìn)行端接。某些示波器，如PM3094 和PM3394A，內(nèi)部裝有一個(gè)50的負(fù)載，提供一種用戶(hù)可選擇的功能。為避免誤操作，選擇此功能時(shí)需經(jīng)再次

12、確認(rèn)。由于同樣的理由，50輸入阻抗功能不能和某些探頭配合使用。位置垂直位置控制或POS 控制機(jī)構(gòu)控制掃跡在屏幕Y 軸的位置。在輸入耦合控制中選擇接地，這時(shí)就將輸入信號(hào)斷開(kāi)，這樣就可以找到地電平的位置。在更先進(jìn)的示波器上設(shè)有單獨(dú)的地電平指示器，它可以讓用戶(hù)能連續(xù)地獲得波形的參考電平。動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍就是示波器能夠不失真地顯示信號(hào)的最大幅值，在此信號(hào)幅值下只要調(diào)節(jié)示波器的垂直位置仍能觀察到波形的全部。對(duì)于Fluke 公司的示波器來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)范圍的典型值為24 路（3個(gè)屏幕）相加和反向簡(jiǎn)單的把兩個(gè)信號(hào)相加起來(lái)似乎沒(méi)有什么實(shí)際意義。然百，把兩個(gè)有關(guān)信號(hào)之一反向，再將二者相加，實(shí)際上就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)信號(hào)的相減

13、。這對(duì)于消除共模干擾（即交流聲），或者進(jìn)行差分測(cè)量都是非常有用的。從一個(gè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)中減去輸入信號(hào)，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋壤儞Q，就可以測(cè)出被測(cè)系統(tǒng)引起的失真。由于很多電子系統(tǒng)本身就具有反向的特性，這樣只要把示波器的兩個(gè)輸入信號(hào)相加就能實(shí)現(xiàn)我們所期望的信號(hào)相減。交替和斷續(xù)示波器CRT 本身一次只能顯示一條掃跡。然而，在很多示波器應(yīng)用中，常常要進(jìn)行信號(hào)的比較，例如，研究輸入/輸出信號(hào)間的關(guān)系，或者一個(gè)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的延遲等。這就要求示波器實(shí)際上能同時(shí)顯示不只一個(gè)信號(hào)。為了達(dá)到這一目的，可以用兩種辦法來(lái)控制電子束：1.可以交替地畫(huà)完一條掃跡，再畫(huà)另一條掃跡。這種方法稱(chēng)為交替模式，或簡(jiǎn)稱(chēng)為ALT 模式。2.可

14、以在兩條掃跡之間迅速的進(jìn)行開(kāi)關(guān)或斬波切換，從而分段的畫(huà)出兩條掃跡。這稱(chēng)為斷續(xù)模式或CHOP 模式。其結(jié)果是在一次掃描的時(shí)間里一段接一段的畫(huà)出兩條掃跡。斷續(xù)模式適合于在低時(shí)基速率下顯示低頻率信號(hào)，因?yàn)檫@時(shí)斬波器開(kāi)關(guān)能快速進(jìn)行切換。交替模式適合于需要使用較快時(shí)基設(shè)置的高頻率信號(hào)的顯示。本書(shū)中我們用作示例的示波器在不同的掃描速度下能自動(dòng)地ALT 或CHOP 模式以給出最好的顯示效果。用戶(hù)也可以手動(dòng)選擇ALT或CHOP 模式以適合特殊信號(hào)的需求。帶寬示波器最生根的技術(shù)指標(biāo)就是帶寬。示波器的帶寬表明了該示波器垂直系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。示波器的帶寬定義為示波器在屏幕上能以不低于真實(shí)信號(hào)3dB 的幅度來(lái)顯示信號(hào)的

15、最高頻率。3dB 點(diǎn)的頻率就是示波器所顯示的信號(hào)幅度“Vdisp”為示波器輸入端真實(shí)信號(hào)值“Vinput”的71時(shí)的信號(hào)頻率，如下式所示：設(shè)：dB(伏)20log(電壓比)3Db=20log(Vdisp/Vinput)0.15log(Vdisp/Vinput)10-0.15=Vdisp/VinputVdisp=0.7Vinput圖5 表示出一個(gè)100MHz 示波器的典型頻率響應(yīng)曲線(xiàn)。圖5 一臺(tái)典型為100MHz 示波器的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)（簡(jiǎn)化的曲線(xiàn)和實(shí)際的曲線(xiàn)）_圖5 一臺(tái)典型為100MHz 示波器的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)（簡(jiǎn)化的曲線(xiàn)和實(shí)際的曲線(xiàn)）出于現(xiàn)實(shí)的理由，通常把帶寬想象成為叔響曲線(xiàn)一直平坦延伸至其截

16、止頻率，然后從該頻率以20dB/+倍頻程的斜率下降。當(dāng)然，這是一種簡(jiǎn)化的考慮。實(shí)際上，放大器的靈敏度從較低的頻率就開(kāi)始下降，百在其截止頻率達(dá)到3dB。圖5 中中同時(shí)給出了簡(jiǎn)化的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)和實(shí)際的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)。帶寬限制器使用帶寬限制器可以把通常帶寬在100MHz 以上的寬帶示波器的頻帶減小到20MHz 的典型值。這樣就降低了噪聲電平和干擾，這對(duì)于進(jìn)行高靈敏度的測(cè)量是非常有用的。上升時(shí)間上升時(shí)間直接和帶寬有關(guān)。上升時(shí)間通常規(guī)定為信號(hào)從其穩(wěn)態(tài)最大值的10到90所用的時(shí)間。上升時(shí)間是一個(gè)示波器從理論上來(lái)說(shuō)能夠顯示的最快的瞬變的時(shí)間。示波器的高頻響應(yīng)曲線(xiàn)是經(jīng)過(guò)認(rèn)真安排的。這就保證了具有高諧波含量的信號(hào)

17、，如方波，能夠在屏幕上精確的再現(xiàn)。如果頻響曲線(xiàn)下降太快，則在信號(hào)的快速上升沿上就會(huì)發(fā)生振鈴現(xiàn)象。如果頻響曲線(xiàn)下降太慢，即在頻響曲線(xiàn)上下降開(kāi)始得過(guò)早，則示波器總的高頻響應(yīng)就受到影響，使得方波失去“方形”特性。對(duì)于各種通用示波器來(lái)說(shuō)，其高頻響應(yīng)曲線(xiàn)是類(lèi)似的。從該曲線(xiàn)我們可以得到一個(gè)示波器帶寬和上升時(shí)間的簡(jiǎn)單關(guān)系公式。此公式為：tr(s)=0.35/BW(Hz)對(duì)于高頻示波器來(lái)說(shuō)，這個(gè)公式可以表示為：tr(ns)=350/BW(MHz)對(duì)于一個(gè)100MHz 的示波器來(lái)說(shuō)，上升時(shí)間為3.5（ns=納秒109 秒）在示波器的標(biāo)尺上刻有標(biāo)明0和100的專(zhuān)門(mén)的線(xiàn)，用來(lái)進(jìn)行上升時(shí)間的測(cè)量。測(cè)量時(shí)我們先用VAR

18、 靈敏度控制機(jī)構(gòu)將被測(cè)認(rèn)號(hào)的頂部和底部分別和標(biāo)有0和100的線(xiàn)對(duì)齊。然后找出信號(hào)和標(biāo)尺上標(biāo)有10和90的兩條線(xiàn)的交點(diǎn)。這樣，上升時(shí)間就可以從這兩個(gè)交點(diǎn)沿X 軸方向的時(shí)間間隔讀出來(lái)。要想測(cè)量一臺(tái)示波器的上升時(shí)間，我們使用與上述相同的方法，只是要求測(cè)試信號(hào)的上升時(shí)間應(yīng)當(dāng)比該示波器的上升時(shí)間短得多。為獲得2的測(cè)量誤差，測(cè)試信號(hào)的上升時(shí)間至少應(yīng)小于示波器上升時(shí)間的五分之一。示波器上顯示的上升時(shí)間應(yīng)當(dāng)是示波器上升時(shí)間和信號(hào)上升時(shí)間和組合函數(shù)。其關(guān)系為trdisplayed=(trsignal2+trScopeM2)請(qǐng)記住這個(gè)公式，你將發(fā)現(xiàn)它是很有用的。14 水平偏轉(zhuǎn)時(shí)基為了描繪一幅圖形，我們必須要有水平

19、和垂直兩個(gè)方向的信息。示波器描繪軌跡表明信號(hào)隨時(shí)間的變化情況，因此其水平偏轉(zhuǎn)必須和時(shí)間成正比。示波器中控制水平偏轉(zhuǎn)，即X 軸的系統(tǒng)稱(chēng)為時(shí)基。在示波器里有一個(gè)精確的掃描發(fā)生器。它使得電子束以精確的、用戶(hù)可選擇的速度在屏幕上掃描。時(shí)基發(fā)生器的輸出示于圖6。圖6 時(shí)基發(fā)生器的輸出波形。圖中示出掃描時(shí)間、回掃時(shí)間和隔離停止（Hold-off）時(shí)間_掃描速度以每格的秒數(shù)（s/格）來(lái)度量。一臺(tái)典型示波器的掃描速度范圍可以從20ns/格到0。5s/格。掃描速度也和靈敏度控制一樣按125 的序列變化。只要我們知道了每個(gè)標(biāo)尺格所代表的時(shí)間值，就可以測(cè)量出屏幕掃跡上任何兩點(diǎn)之間的時(shí)間例如，圖7 和圖8 顯示的都是

20、1kHz 的正弦波（其周期為1ms）,而掃描速率分別為1ms/格和200ms/格。（us=微秒10-6）。圖 7 1kHz 的正弦波，時(shí)基設(shè)置為1ms/格圖8 1kHz 的正弦波，時(shí)基設(shè)置為200s/格水平位置控制水平或X 軸位置控制機(jī)構(gòu)XPOS 可以在屏幕上沿水平方向移動(dòng)掃跡。這樣我們就可以把掃跡上的某一點(diǎn)和某一條垂直標(biāo)尺線(xiàn)對(duì)齊，以便為時(shí)間測(cè)量規(guī)定一個(gè)起始點(diǎn)?？勺儠r(shí)基我們可以選擇不同于標(biāo)準(zhǔn)的125 序列設(shè)置值的掃描速度。這樣我們就能夠把任意一個(gè)波形的一個(gè)周期調(diào)整成?？缯麄€(gè)屏幕寬度。和在Y 軸方向使用VAR 控制機(jī)構(gòu)的情況一樣多數(shù)示波器會(huì)給出指示，說(shuō)明正在使用可變時(shí)基，X 軸處于未校準(zhǔn)狀態(tài)。更

21、先進(jìn)的示波器，如我們用作示例的示波器，可以工作在校準(zhǔn)的連續(xù)可變時(shí)基模式。這時(shí)由于可以用整個(gè)屏幕來(lái)顯示信號(hào)中我們感興趣的部分，所以能獲得更好的測(cè)量時(shí)間分辨率。同時(shí)也能大大減少發(fā)生操作錯(cuò)誤的可能性。時(shí)基放大時(shí)基放大功能通常能將X 軸偏轉(zhuǎn)掃描放大10 倍。這樣在屏幕上看到的等效時(shí)基速度也變快10 倍。所以一臺(tái)未經(jīng)時(shí)基放大的時(shí)掃描速度為20ns/格的示波器經(jīng)時(shí)基放大后可以以2ns/格的速度掃描。示波器屏幕現(xiàn)在就成了信號(hào)上的一個(gè)可移動(dòng)的觀察窗口。和簡(jiǎn)單的直接選擇更快的時(shí)基速度相比，這種方法的好處是能夠在保持原信號(hào)不變的情況下更加詳細(xì)的觀察信號(hào)的細(xì)節(jié)。圖9 說(shuō)明如何使用X 軸位置控制來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的滾動(dòng)顯示。

22、雙時(shí)基在很多觀察復(fù)雜信號(hào)波形的應(yīng)用場(chǎng)合中，往往需要顯示一個(gè)波形的一小部分，并使它占踞整個(gè)屏幕。這種情況的一個(gè)典型的例子是觀察研究全部電視信號(hào)中某一選定的行的波形。在這類(lèi)情況中，使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基通過(guò)正常觸發(fā)的方法是無(wú)能為力的。這就是在現(xiàn)代示波器上采用雙時(shí)基工作的原因。在這個(gè)例子中，示波器的主時(shí)基（MTB）可由波形中的主觸發(fā)事件，即全電視信號(hào)中的垂直同步信號(hào)來(lái)觸發(fā)。MTB 掃跡的一部分顯示得更亮一些，這稱(chēng)為加亮部分。在此加亮部分的起始點(diǎn)時(shí)刻，第二個(gè)時(shí)基，稱(chēng)為延遲時(shí)基或DTB 開(kāi)始掃描。這第二個(gè)時(shí)基可按自己的掃描速度來(lái)設(shè)置。并且掃描速度比主時(shí)基的掃描速度要快。主時(shí)基的起始點(diǎn)和加亮部分開(kāi)始點(diǎn)之間的延遲時(shí)間

23、是可調(diào)的。我們甚至可以作到在選定的延遲時(shí)間結(jié)束時(shí)不啟動(dòng)DTB 掃描，而只是在該時(shí)刻為DTB 時(shí)基的觸發(fā)電路作好觸發(fā)準(zhǔn)備。如果過(guò)一會(huì)兒再發(fā)生新的觸發(fā)事件，DTB 掃描即將開(kāi)始。所以，使用雙時(shí)基時(shí)，電子束將以?xún)蓚€(gè)時(shí)基的兩種不同的速度交替的在屏幕上掃描。讓我們來(lái)看圖10。首先主時(shí)基以500s/格的速度運(yùn)行，在屏幕上描繪出一個(gè)波形。在此掃描期間，過(guò)了2ms 即等于4 格的時(shí)間以后，掃跡被加亮。這段延遲時(shí)間由延遲1 控制來(lái)設(shè)定。波形上加亮部分的時(shí)間長(zhǎng)度則由DTB 掃描時(shí)間控制機(jī)構(gòu)來(lái)高定，在我們的例子中現(xiàn)在為50s/格當(dāng)經(jīng)過(guò)2ms 的延遲時(shí)間后延遲時(shí)基進(jìn)行掃描時(shí)，它只顯示原來(lái)主時(shí)基掃跡的十分之一。但是這段

24、原來(lái)主進(jìn)基掃跡十分之一的波形段則在整個(gè)屏幕上顯示出來(lái)。圖10 雙時(shí)基工作（500s/格及50s 格，4 格延遲）1)在老式的示波器上，延遲控制指的是延遲時(shí)間倍增器。邊是一個(gè)帶有刻度的多圈電位器。當(dāng)掃跡的加亮部分在MTB 上根據(jù)需要確定位置以后，其延遲即可由DTB 時(shí)基速度和該電位器示出的刻度讀數(shù)相乘而計(jì)算出來(lái)。由此延遲控制一詞得名。當(dāng)我們改變延遲時(shí)間時(shí)，就改變了延遲時(shí)基掃描的起始點(diǎn)在主時(shí)基上的位置。而改變延遲時(shí)基掃描速度則改變?cè)谥鲿r(shí)其上顯示出來(lái)的波形段的長(zhǎng)度。當(dāng)延遲時(shí)基已經(jīng)設(shè)置好，并顯示出欲觀察的信號(hào)段時(shí)，我們可以把主時(shí)基關(guān)閉。這樣可以使得延遲掃跡變得更亮。典型雙時(shí)基示波器的時(shí)基工作模式有：M

25、TBI只用主時(shí)基只用MTB 工作時(shí)，示波器的性能和單時(shí)基示波器相同。MTB±主時(shí)基加亮這時(shí)示波器只顯示主時(shí)基。但是掃跡上的一部分被加亮，以表示出DTB 的起始位置及其掃描速度。MTB 加亮和DTB和MTBI 相同，但也同時(shí)顯示DTB 掃描。DTB延遲時(shí)基。只顯示DTB 掃描。在本書(shū)的觸發(fā)部分還會(huì)進(jìn)一步討論雙時(shí)基的問(wèn)題。時(shí)基模式時(shí)基電路有幾種工作。對(duì)普通模擬示波器來(lái)說(shuō)，工作模式有自動(dòng)、正?；蛴|發(fā)以及單次或單次捕捉等模式。正常模式時(shí)基必須受到觸發(fā)才能產(chǎn)生掃跡。其規(guī)律非常簡(jiǎn)單，即"沒(méi)有信號(hào)就沒(méi)有掃描軌跡"。示波器在選定的觸發(fā)源通道上必須有輸入信號(hào)，并且該信號(hào)必須大到足以

26、觸發(fā)時(shí)基電路。如果沒(méi)有輸入信號(hào)，屏幕上就不會(huì)有掃描軌跡。自動(dòng)模式如果能在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)也能看到掃跡。這將會(huì)是很有用的。在沒(méi)有輸入信號(hào)以進(jìn)行觸發(fā)時(shí)，自動(dòng)模式將使時(shí)基以低頻率自由運(yùn)行，從而在屏幕上產(chǎn)生掃跡。這使得用戶(hù)可以設(shè)置掃跡的垂直位置，即如果信號(hào)僅為一直流電位的情況。單次模式當(dāng)接收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)進(jìn)基將進(jìn)行掃描，并且將只掃描一次。對(duì)于每次觸發(fā)事件都必須使時(shí)基電路作好觸發(fā)準(zhǔn)備（atm）。不然的話(huà)，下面來(lái)的觸發(fā)事件將不能啟動(dòng)時(shí)基掃描。對(duì)于不同的示波器，按動(dòng)標(biāo)有單次或復(fù)位的按鈕就使得觸發(fā)電路重新作好觸發(fā)準(zhǔn)備。為了避免在單次掃描工作時(shí)盲目猜測(cè)，現(xiàn)代示波器上可以用屏幕上顯示出伏特?cái)?shù)值或顯示水平線(xiàn)的方式來(lái)顯示

27、出其觸發(fā)電平值。15 觸發(fā)我們已經(jīng)看到在示波管上輸入信號(hào)如何提供垂直偏轉(zhuǎn)，時(shí)基如何給出水平偏轉(zhuǎn)。但是我們?nèi)绾伪ＷC在電子束掃過(guò)屏幕時(shí)每次都準(zhǔn)確地掃過(guò)相同的路徑呢？解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在于觸發(fā)電路。如果沒(méi)有觸發(fā)電路，你在屏幕上看到的將會(huì)是具有隨機(jī)起始點(diǎn)的很多波形雜亂重疊的圖象。而觸發(fā)電路的作用就在于保證每次時(shí)基在屏幕的掃描的時(shí)候，時(shí)基掃描都從輸入信號(hào)上的一上精確確定的點(diǎn)開(kāi)始。這個(gè)精確的掃描起始點(diǎn)則由下述控制因素來(lái)決定。圖11 無(wú)觸發(fā)的信號(hào)波形觸發(fā)源它決定觸發(fā)信號(hào)從哪里獲得。在多數(shù)情況下，觸發(fā)信號(hào)來(lái)自輸入信號(hào)本身。所以如果只使用一個(gè)通道，那么觸發(fā)源就設(shè)置為該通道。如果使用多個(gè)通道，那么觸發(fā)源可以從這些

28、通道中選取。復(fù)合觸發(fā)（Composite triggering）則是在顯示不同的通道時(shí)輪流使用相應(yīng)的通道觸發(fā)。這對(duì)于顯示_圖11 無(wú)觸發(fā)的信號(hào)波形觸發(fā)源它決定觸發(fā)信號(hào)從哪里獲得。在多數(shù)情況下，觸發(fā)信號(hào)來(lái)自輸入信號(hào)本身。所以如果只使用一個(gè)通道，那么觸發(fā)源就設(shè)置為該通道。如果使用多個(gè)通道，那么觸發(fā)源可以從這些通道中選取。復(fù)合觸發(fā)（Composite triggering）則是在顯示不同的通道時(shí)輪流使用相應(yīng)的通道觸發(fā)。這對(duì)于顯示頻率不相關(guān)的信號(hào)時(shí)是非常有用的。如果示波器具有外部觸發(fā)輸入端（Ext），那么它上面連接的信號(hào)則可驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路使示波器觸發(fā)。如果要觀測(cè)在電源頻率或者源于電源頻率系統(tǒng)的信號(hào)，那么

29、電源觸發(fā)功能可以提供電源觸發(fā)的能力。這是觀察與電源有關(guān)的干擾信號(hào)的好方法。觸發(fā)電平觸發(fā)電平控制機(jī)構(gòu)設(shè)置選定觸發(fā)源的信號(hào)欲使觸發(fā)電路啟動(dòng)時(shí)基掃描所必須跨越的電壓電平值。圖12 觸發(fā)電平設(shè)置對(duì)顯示波形的影響。圖13 視頻行信號(hào)觸發(fā)斜率觸發(fā)斜率控制機(jī)構(gòu)決定觸發(fā)發(fā)生于觸發(fā)源信號(hào)的上升沿（"正斜率"）或者下降沿（"負(fù)斜率"）觸發(fā)耦合用以決定選定的觸發(fā)源信號(hào)送往觸發(fā)電路的耦合方式DC 耦合觸發(fā)源直接連到觸發(fā)電路。AC 耦合觸發(fā)源通過(guò)一個(gè)串聯(lián)的電容連到觸發(fā)電路。峰（）峰值電平(Level p（）p)將觸發(fā)電平控制機(jī)構(gòu)的控制范圍設(shè)置成略小于觸發(fā)源信號(hào)的峰（）峰值。在這種

30、模式下不可能將觸發(fā)電平設(shè)置為超出輸入信號(hào)的值，所以只要有信號(hào)示波器總能觸發(fā)。HF 抑制使觸發(fā)源信號(hào)通過(guò)低通濾波器以抑制其高頻分量。這意味著既使一個(gè)低頻信號(hào)中包含很多高頻噪音，我們?nèi)阅苁蛊浒吹皖l信號(hào)觸發(fā)。LF 抑制使觸發(fā)源信號(hào)通過(guò)一個(gè)高通濾波器以抑制其低頻成分。這對(duì)于顯示包含很多電源交流聲的信號(hào)等情況是很有用的。TV 觸發(fā)在這種模式下觸發(fā)電平控制不起作用。這時(shí)示波器使用視頻信號(hào)中的同步脈沖作為觸發(fā)信號(hào)。TV 觸發(fā)有兩種模式：幀觸發(fā)TVF 和行觸發(fā)TVLTVF每一幀電視圖象由兩場(chǎng)組成。每一場(chǎng)則包含構(gòu)成一個(gè)完整的幀所需行數(shù)的一半。在電視屏幕上兩場(chǎng)信號(hào)交錯(cuò)顯示以構(gòu)成一幀的畫(huà)面。采用這種技術(shù)減少了傳送一

31、個(gè)頻道所需要的帶寬并減小了畫(huà)面的閃爍。在每一個(gè)場(chǎng)開(kāi)始的時(shí)候都有一個(gè)特別的脈沖序列，稱(chēng)為幀同步脈沖。在TVF 同步模式下，示波器就由幀同步脈沖來(lái)觸發(fā)?，F(xiàn)代示波器的觸發(fā)控制可以區(qū)分第一場(chǎng)和第二場(chǎng)。TVL每一場(chǎng)包括若干行。每一行都由一個(gè)行同步脈沖即行同步信號(hào)開(kāi)始。示波器可以由每一個(gè)行同步脈沖來(lái)觸發(fā)，這樣描繪出的各個(gè)行的波形將會(huì)重疊在一起。便用幀觸發(fā)和雙時(shí)基我們可以觀察某一特定行的波形。我們還可以使用如象Fluke 公司的示波器所具有的稱(chēng)為視頻行選擇器的特殊的附件PM8917 來(lái)觀察某一特定的行。使用本書(shū)中用作示例的組合示波器時(shí)，我們可以使用示波器中內(nèi)裝的視頻行計(jì)數(shù)器直接選定所需的行號(hào)（僅限于PM33

32、94A系列示波器）。觸發(fā)隔離(Trigger Hold-off）有些信號(hào)具有多個(gè)可能的觸發(fā)點(diǎn)。這種情況的一個(gè)很好的例子是圖14 中的數(shù)字信號(hào)。該信號(hào)雖然在較長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)是重復(fù)的，但是在短時(shí)間內(nèi)情況則不然。為了更詳細(xì)的觀察少數(shù)個(gè)別脈沖，必須使用快速的掃描時(shí)基。但是這樣一來(lái)每次掃描時(shí)顯示出來(lái)的信號(hào)波形段就是變化不一的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們采用了觸發(fā)隔離功能，即在各次掃描之間加入延遲時(shí)間，使得掃描的每次觸發(fā)總是從相同的信號(hào)沿開(kāi)始。圖14 復(fù)殺脈沖的觸發(fā)隔離應(yīng)用延遲時(shí)基觸發(fā)從本書(shū)前面的時(shí)基部分我們已經(jīng)知道，在MTB 掃描時(shí)基開(kāi)始后經(jīng)過(guò)一段延遲，DTB 開(kāi)始掃描，即受到觸發(fā)。此延遲時(shí)間從MTB 觸發(fā)點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算。經(jīng)過(guò)這段時(shí)間延遲后，DTB 實(shí)際上是由延遲系統(tǒng)啟動(dòng)的。這種模式稱(chēng)為DTB 啟動(dòng)。和MTB 類(lèi)似，DTB 也可以按觸發(fā)模式工作，示波器上設(shè)有相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)以設(shè)置DTB 觸發(fā)源、觸發(fā)電平、觸發(fā)率及耦合方式。這些控制機(jī)構(gòu)與MTBN 無(wú)關(guān)，自己獨(dú)立工作。選擇了這種設(shè)置方式后，當(dāng)上述的延遲時(shí)間結(jié)束以后，DTB 就作好觸發(fā)準(zhǔn)備。而當(dāng)輸入信號(hào)上探測(cè)到新的觸發(fā)事件時(shí)DTB 才被觸發(fā)開(kāi)始掃描。1.6 附加功能X-Y 偏轉(zhuǎn)X-Y 偏轉(zhuǎn)或X-Y 模式是示波器的另一種顯示方法。這種示波器將時(shí)基關(guān)