示波器應(yīng)用基本知識

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示波器-電子工程師的眼睛示波器

示波器的首要條件

準(zhǔn)確地顯示波形

保證信號完整性測量

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什么是示波器示波器

4示波器是形象地顯示信號幅度隨時(shí)間變化的波形顯示儀器

，是一種綜合的信號特性測試儀，是電子測量儀器的基本

種類

4示波器的用途：

0

電壓表，電流表，功率計(jì)幅度

0頻率計(jì)，相位計(jì)

0脈沖特性，阻尼振蕩

4示波器的應(yīng)用：

0電子，電力，電工時(shí)間

0壓力，振動，聲，光，熱，磁

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波的類型示波器

4大多數(shù)波都屬于如下類

型：

0正弦波

0方波和矩形波

0三角波和鋸齒波

0階躍波和脈沖波

0噪聲波、復(fù)雜波

4很多波是上述波形的組

合

4周期信號和非周期信號

4同步信號和異步信號

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正弦波是波形的基本波示波器

?非正弦波是由基波加無數(shù)次諧波所構(gòu)成。包含的諧波越多，

波形越近似方波。

例：100M方波是由3次、5次、7次………….合成，3次

諧波頻率為300M、5次諧波頻率為500M………….

?對于非正弦波波形，波形從最小值過渡到最大值越快，所含諧波就越

多，波形所含的諧波頻率的分量也越高。

?對于脈沖波占空比越小，波形所含諧波就越多，諧波頻率分量也越高。

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波形的重要諧波示波器

4非正弦波是由多次按不同頻率不同相位和不同幅度的正弦波組成的合

成波，諧波是基波的倍數(shù)。

4列出的是影響波形變化的諧波次數(shù)，(考慮諧波分量為基波幅度10％

以上的諧波，是對波形形狀影響較大的因素)

波形重要諧波數(shù)

正弦波（正弦波基波為：1）1:1

方波1:9

三角波1:3

脈沖波（占空比50％）1:9

脈沖波（占空比25％）1:14

脈沖波（占空比10％）1:26

諧波數(shù)為基波的倍數(shù)

4在沒有邊沿時(shí)間信息，只有信號頻率和波形類別信息，我們希望所觀

測到的波形有精度不失真，可以使用倍數(shù)的的方法選擇示波器帶寬。

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波形測量參數(shù)示波器

RiseTimeFallTime

Vmax

Vhi正向超調(diào)

90%

Vp-p幅值50%100%

10%

Vlo

Vmin負(fù)向超調(diào)

+Width-Width

頻率＝1/周期

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示波器的類型示波器

4模擬示波器

4模擬數(shù)字混合示波器

4數(shù)字示波器

4數(shù)字熒光示波器

4取樣示波器

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示波器的典型結(jié)構(gòu)示波器

垂直

延遲線放大器

ART模擬實(shí)時(shí)

模擬示放大器

水平顯示

波器觸發(fā)放大器

多路采集信號顯示

放大器

DSOA/D分解器存儲器uP存儲器串行

數(shù)字示處理

波器

觸發(fā)和時(shí)基電路

數(shù)字

DPO放大器A/D

熒光器

數(shù)字熒

并行

光示波

uP處理

器

觸發(fā)電路和時(shí)基

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波形的捕獲示波器

4波形捕獲率也就是波形刷新率，已經(jīng)成為考核一臺示波器的重要參數(shù)之一；

4對于示波器來說，波形捕獲率高，就能夠組織更大數(shù)據(jù)量的波形質(zhì)量信息，

尤其是在動態(tài)復(fù)雜信號和隱藏在正常信號下的異常波形的捕獲方面，有著特

別的作用。

模擬示波器

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示波器

數(shù)字熒光

示波器

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各類示波器對波形顯示的能力示波器

4由于采用的技術(shù)和原理不同，在波形的保真、顯示能力和捕獲能力上，各技術(shù)類

別的示波器之間存在較大差異。

簡單重復(fù)信號非

波形顯示穩(wěn)變異緩隨快復(fù)雜動態(tài)定重觸預(yù)示數(shù)據(jù)

定化常變機(jī)沿重復(fù)信號時(shí)復(fù)發(fā)觸波處理

器

示波器類別信信信信毛信測單功發(fā)

號號息號刺號量次能帶

信寬

號

模擬示波器好好好差差差差低差不邊不不能

CRT顯示技術(shù)能沿能470M

DSO示波器好差差好差好差(點(diǎn),余輝)好差多能高能

等效采樣技術(shù)改善顯示種6G

DSO示波器好好差好好好差(點(diǎn),余輝)好好多能高能

實(shí)時(shí)采樣技術(shù)改善顯示種6G

DPO示波器好好好好好好好好好多能高能

種

常用電子儀器介紹數(shù)字熒光技術(shù)6G

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示波器的組成示波器

4水平系統(tǒng)

4垂直系統(tǒng)

4掃描系統(tǒng)

4觸發(fā)系統(tǒng)

4顯示系統(tǒng)

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示波器的主要指標(biāo)示波器

4示波器主要技術(shù)指標(biāo)－保證示波器精確的顯示信號波形的

前提條件

0示波器的帶寬

0數(shù)字示波器采樣率

0示波器存儲長度

0波形捕獲率（先進(jìn)的DPO）

4示波器主要的功能－保證示波器穩(wěn)定、捕獲顯示波形的必

要條件

0垂直

0水平

0示波器的觸發(fā)

0與外部設(shè)備的互聯(lián)能力

0數(shù)據(jù)的處理技術(shù)與能力

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帶寬是示波器的首要規(guī)格參數(shù)示波器

4示波器的結(jié)構(gòu)決定了帶寬的重要性：

0放大器的模擬帶寬決定了示波器的帶寬；放大器是信號進(jìn)入示波

器的大門，它的帶寬決定了示波器的帶寬，示波器能請進(jìn)什么樣

的信號由這個(gè)大門來決定。

4數(shù)字示波器的帶寬也是模擬帶寬。示波器所謂帶寬是指:

垂直放大器的頻率響應(yīng)，定義為：隨著正弦波頻率增加，信號幅度下

降3dB（70.7％）.在此頻點(diǎn)為示波器的帶寬

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帶寬不足將導(dǎo)致波形幅度衰減和波形失真

100%

70.7%,-3db

正弦波諧波分量

BW

100%

70.7%,-3db

方波諧波分量

BW

注意：示波器帶寬或上升時(shí)間與信號頻率或上升時(shí)間一樣時(shí)，對會對波形幅

度和上升時(shí)間產(chǎn)生影響，帶來測量誤差，如減少測量誤差只能提高延伸示波

器帶寬。

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示波器測量系統(tǒng)帶寬示波器

4探頭也是儀器，它和示波器共同組成測量系統(tǒng)。這一系統(tǒng)帶寬將影響被測信號如正弦

波、脈沖和方波的幅度和上升時(shí)間的測量精度，如果探頭選擇不當(dāng)，你將冒無法預(yù)知

測量結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)。探頭和示波器上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系由下式?jīng)Q定：

探頭、示波器T上升＝0.35/BW（適合于1G以下示波器）

BW=帶寬（－3dB時(shí)的頻率）（單位Hz）

測量所得的上升時(shí)間＝信號上升時(shí)間2＋測量系統(tǒng)上升時(shí)間2

儀器測量系統(tǒng)上升時(shí)間＝探頭上升時(shí)間2＋測量儀表上升時(shí)間2

4探頭的上升時(shí)間應(yīng)小于示波器的上升時(shí)間（泰克非常精細(xì)的匹配示波器的系統(tǒng)帶寬）

4示波器的上升時(shí)間應(yīng)小于被測量信號的上升時(shí)間。

4例：使用100Mhz探頭和100Mhz示波器組成測量系統(tǒng)，測量上升時(shí)間為3.5ns的方波信

號，系統(tǒng)帶寬為多少？測量誤差是多少？

0系統(tǒng)上升時(shí)間＝3.5ns2＋3.5ns2＝4.95ns，系統(tǒng)帶寬＝0.35/4.95ns＝70Mhz

0顯示信號上升時(shí)間＝3.5ns2＋4.95ns2＝6.08ns，測量誤差＝(6.08-3.5)/3.5＝73％

4使用100Mhz示波器及不當(dāng)?shù)?00Mhz探頭，將導(dǎo)致測量系統(tǒng)帶寬性能降低100Mhz以下

4示波器帶寬是應(yīng)包含探頭和示波器整個(gè)測量系統(tǒng)的問題，泰克公司承諾指定示波器的

帶寬（上升時(shí)間），是當(dāng)使用原配探頭時(shí)，是探頭尖的上升時(shí)間（示波器帶寬）。

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示波器系統(tǒng)帶寬（上升時(shí)間）對信號影響示波器

4測量系統(tǒng)的帶寬將影響脈沖和方波的上升時(shí)間，示波器系統(tǒng)上升時(shí)間和帶寬

的關(guān)系由下式?jīng)Q定：

示波器測量系統(tǒng)T上升＝0.35/BW（適合于1G以下示波器）

BW=帶寬（單位Hz）（－3dB時(shí)的頻率）

4示波器系統(tǒng)的上升時(shí)間應(yīng)小于被測量信號波形的上升時(shí)間。

儀器顯示的信號上升時(shí)間＝被信號上升時(shí)間2＋儀表系統(tǒng)上升時(shí)間2

4例：100Mhz正弦波使用100Mhz的示波器系統(tǒng)進(jìn)行測量，依據(jù)幅頻特性可得

測量顯示的信號與被測信號的誤差為30％。

4例：一個(gè)100Mhz方波上升時(shí)間為3,5ns的信號，使用100Mhz的示波器系統(tǒng)進(jìn)

行測量，根據(jù)上述公式計(jì)算顯示信號與被測信號的誤差為：

0100Mhz示波器上升時(shí)間＝350/100Mhz＝3.5ns

0儀器顯示的信號上升時(shí)間＝3.5ns2＋3.5ns2＝4.95ns

0測量誤差＝（4.95ns－3.5ns）/3.5ns＝0.414＝41％

4改善和提高測量精度只能提高示波器系統(tǒng)帶寬，如選擇比信號上升時(shí)間高5倍

的示波器,測量誤差為：500Mhz示波器系統(tǒng)上升時(shí)間為＝350/500Mhz＝0.7ns

0儀器顯示的信號上升時(shí)間＝3.5ns2＋0,7ns2＝3.569ns

0測量誤差＝（3.569ns－3.5ns）/3.5ns＝0.0198＝2％（選擇示波器的5倍法則）

注意：示波器系統(tǒng)帶寬不足引起上升時(shí)間慢和異常幅度衰減

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示波器帶寬總結(jié)示波器

?示波器帶寬是由放大器模擬帶寬決定。示波器帶寬是應(yīng)包含探頭和示波器整

個(gè)測量系統(tǒng)的問題，泰克公司承諾指定示波器的帶寬（上升時(shí)間），是當(dāng)使

用原配探頭時(shí)，是探頭尖的上升時(shí)間（示波器帶寬）。

?示波器系統(tǒng)帶寬不足，會引起上升時(shí)間慢和異常幅度衰減

?為了獲得正確的振幅測量，示波器的帶寬應(yīng)該比被測量的波形的頻率大5倍。

為了合理精確地測量波形的上升或下降時(shí)間，示波器必須有足夠的上升時(shí)間。

?儀表上升時(shí)間：信號上升時(shí)間信號上升時(shí)間讀值測量誤差

之比％

1:141%

2:122%

3:112%

4:15%

5:12%

7:11%

10:10.5%

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采樣示波器

采樣是等間隔地進(jìn)行；

采樣率以“點(diǎn)/秒”來表示。

實(shí)時(shí)采樣、隨機(jī)等效采樣、順序等效采樣方式

采樣點(diǎn)

采樣間隔

數(shù)字化需要的

保持時(shí)間

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數(shù)字實(shí)時(shí)采樣技術(shù)：實(shí)時(shí)采樣是最直觀的采樣方式，采樣率數(shù)字存儲

超過模擬帶寬4－5倍或更高。示波器

輸入重復(fù)信號

第一次采集

第二次采集

第三次采集。。。。

4只需一次觸發(fā)已采集到信號所有資料

4對信號的要求：重復(fù)信號且可允許信號變化

4實(shí)時(shí)采樣技術(shù)示波器，不僅適用捕獲重復(fù)信號、而且是捕捉非重復(fù)信號和單次信號的

有效技術(shù)。以及是捕獲隱藏在重復(fù)信號中的毛刺和異常信號前提條件。

4示波器標(biāo)定帶寬＝重復(fù)信號帶寬＝瞬態(tài)（單次）信號帶寬

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隨機(jī)數(shù)字等效采樣技術(shù)：以較低的A/D對信號采集,將多數(shù)字存儲

次觸發(fā)采集到資料進(jìn)行重組，實(shí)現(xiàn)對重復(fù)信號的捕獲和顯示。示波器

輸入重復(fù)信號

第一次觸發(fā)采集

第二次觸發(fā)采集

第三次觸發(fā)采集

第四次觸發(fā)采集

4需要經(jīng)過多次次觸發(fā)才能采集到信號的所有資料

4對信號的要求：信號必須重復(fù)并且穩(wěn)定，如信號變化（如幅度）將造成顯示混亂。

4等效技術(shù)示波器，只適用捕獲重復(fù)穩(wěn)定信號，對捕獲非重復(fù)信號和單次信號的能力。

以及是捕獲隱藏在重復(fù)信號中的毛刺和異常信號的能力。將受到實(shí)時(shí)采樣率的限制。

4示波器標(biāo)定帶寬＝重復(fù)信號帶寬>瞬態(tài)（單次）信號帶寬。

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采樣率對單次信號采集示波器

?數(shù)字示波器不但觀測重復(fù)信號，同時(shí)需要觀測單次事件信號。雖然示波器放

的大器帶寬保證了信號輸入不失真。如采樣率不足會造成顯示信號漏失和失

真。所以示波器必須具有足夠的采樣速率，用以捕捉單次信號和精確恢復(fù)顯

示波形。

?奈奎斯特抽樣定律中指出采樣率至少為信號最高頻率帶寬的2倍以上，從而保

證信號在恢復(fù)時(shí)不發(fā)生混迭現(xiàn)象和失真的情況發(fā)生。

采樣率低使信號失真

采集信號顯示

放大器A/D多路uP

分解器存儲器存儲器

采樣率高使信號保真

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單次采集帶寬和波形復(fù)現(xiàn)示波器

單次采樣帶寬也就是常說的實(shí)時(shí)帶寬，它是由模擬帶寬、采樣率以及波形重

建的方法共同決定，因此它決定了所構(gòu)建的單次波形的完整性。

波形重建的方法主要是指波形再現(xiàn)的插值算法。

線性內(nèi)插：在相鄰采樣點(diǎn)直接連接上直線，局限于直邊緣信號。

正弦內(nèi)插：（SinX/x）利用曲線來連接樣點(diǎn)，通用性更強(qiáng)。它利用數(shù)學(xué)處理，在實(shí)

際樣點(diǎn)間隔中運(yùn)算出結(jié)果。這種方法彎曲信號波形，使之產(chǎn)生比純方波和脈沖更為現(xiàn)

實(shí)的普通波形。

內(nèi)插系數(shù)：泰克公司的內(nèi)插系數(shù)為2.5,采用5倍以上示波器帶寬的采樣率是為提高信號的保真

使用正弦內(nèi)插，一般采用內(nèi)插系數(shù)為5計(jì)算示波器的單次信號帶寬。單次帶寬＝實(shí)時(shí)

采樣率/5（內(nèi)插系數(shù)）。使用線性內(nèi)插，一般采用內(nèi)插系數(shù)為10計(jì)算示波器的單次信

號帶寬。單次帶寬＝實(shí)時(shí)采樣率/10（內(nèi)插系數(shù)）。

正弦內(nèi)插線性內(nèi)插

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示波器采樣率決定：窄脈沖和毛刺信號精確捕獲和復(fù)現(xiàn)能力數(shù)字存儲

只有信號速度在單次帶寬的范圍內(nèi)，對捕獲信號才能精確復(fù)現(xiàn)示波器

例：示波器帶寬100Mhz

采樣率1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S,

（不考慮帶寬對波形的影響）

4示波器帶寬選定后，采樣率決定了單次帶寬。單次寬決定示波器對毛刺和單

脈沖信號的捕獲能力和復(fù)現(xiàn)能力，也決定了示波器檢測重復(fù)信號中異常信號

和隨機(jī)毛刺信號的捕獲能力。

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示波器采樣率決定：單次事件信號沿的精確捕獲和復(fù)現(xiàn)能力

示波器

只有信號速度在單次帶寬的范圍內(nèi)，對捕獲信號才能精確復(fù)現(xiàn)

例：示波器帶寬100Mhz

采樣率1Gs/S,200Ms/S,100Ms/S,

（不考慮帶寬對波形的影響）

8示波器帶寬選定后，采樣率決定單次帶寬。單次帶寬決定示波器對階躍、單

次信號中的快沿的捕獲和復(fù)現(xiàn)能力，也決定了示波器對檢測，低重復(fù)率信號

的上升和下降沿捕獲能力。

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示波器采樣率決定：脈沖序列精確復(fù)現(xiàn)能力，只有信號速度

示波器

在單次帶寬的范圍內(nèi)，對捕獲信號才能精確復(fù)現(xiàn)

1001Gs/S

Mhz單次帶寬為100Mhz

80

Mhz

60

Mhz

40200MMhzs/S

Mhz單次帶寬為40Mhz

20100MMhzs/S

Mhz單次帶寬為20Mhz

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總結(jié)：采樣率的選擇示波器

4我們在確定示波器的帶寬后，還要選擇足夠的采樣率來與

之相配合，這樣才能獲得適合于實(shí)際測量中的實(shí)時(shí)帶寬，

從而獲得滿意的顯示和測量結(jié)果。

4示波器采樣率不足，將會使信號失去高頻成份，影響對信

號的完整性測量。如，使信號上升和下降時(shí)間變慢或造成

波形的漏失。

4如果在實(shí)際的測量中，比較重視單次信號的精確信息，我

們建議采樣率要在帶寬的五倍以上，最好能在八到十倍。

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示波器存儲深度示波器

4定義：一個(gè)波形記錄是指可被示波器一次性采集的波形點(diǎn)數(shù)

0最大記錄長度由示波器的存儲容量決定，要增加存儲容量才能增加記錄長度

0是為捕獲和顯示單次信號過渡過程提供的重要指標(biāo)

4示波器的存儲由兩個(gè)方面來完成：

0觸發(fā)信號和延時(shí)的設(shè)定確定了示波器存儲的起點(diǎn)；

0示波器的存儲深度決定了數(shù)據(jù)存儲的終點(diǎn)。

4記錄時(shí)間＝記錄長度/采樣率

0由于時(shí)基和采樣率是聯(lián)動的，所以時(shí)基的速度快慢將同時(shí)改變采樣率的高低。當(dāng)

采樣率達(dá)到指標(biāo)定義最高速率時(shí)，加快基速度的調(diào)整，采樣率將不能加快。

0時(shí)基與采樣率的關(guān)系應(yīng)為：存儲深度（點(diǎn)）÷時(shí)間/格×10＝采樣間隔.1/采樣間隔

＝采樣率

起點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)

延時(shí)時(shí)間

記憶長度

終點(diǎn)

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示波器采樣率與存儲長度的關(guān)系示波器

4示波器最高采樣率決定示波器單次帶寬的限制，為保證波形精確復(fù)現(xiàn)

建議：正弦內(nèi)插技術(shù)示波器以:采樣率/5＝單次帶寬的公式計(jì)算單次

帶寬，線性內(nèi)插技術(shù)示波器以:采樣率/10＝單次帶寬公式計(jì)算。

4采樣率不足將限制示波器單次帶寬。如果示波器在全帶寬范圍內(nèi)，對

單次信號實(shí)現(xiàn)捕獲和精確復(fù)現(xiàn)。只有采樣率高于示波器帶寬5倍以上

（正弦內(nèi)插），才能使示波器的重復(fù)信號帶寬＝單次信號帶寬。

4示波器存儲長度對波形的記錄是以波形精確捕獲為前提。

0當(dāng)信號頻率或速度超過單次帶寬的限制（信號不能重組），即使示波器

帶寬對信號不產(chǎn)生影響，但由于采樣不足將造成顯示信號的混疊、畸變

和漏失。就是示波器有在長的存儲，存儲的波形也是畸變的失真波形。

0當(dāng)單次信號中的高頻成份，低于示波器的單次帶寬，才能保證信號的高

頻細(xì)節(jié)。此時(shí)存儲長度越長，波形記錄時(shí)間越長。存儲深度短，將丟失

波形部分時(shí)間的信息。

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采樣率、單次帶寬與存儲深度對波形限制示波器

示波器存儲深度和存儲時(shí)間

被測信號時(shí)間T

示波器存儲深度和存儲時(shí)間

被測信號時(shí)間T

示波器存儲深度和存儲時(shí)間

被測信號時(shí)間T

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數(shù)字存儲

采樣率、單次帶寬與存儲深度：對波形的限制示波器

示波器存儲深度和存儲時(shí)間

事件信號時(shí)間長度

示波器存儲深度和存儲時(shí)間

事件信號時(shí)間長度

示波器存儲深度和存儲時(shí)間

事件信號時(shí)間長度

常用電子儀器介紹

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數(shù)字存儲

存儲深度總結(jié)示波器

4示波器帶寬、單次帶寬和記錄長度對被測波形顯示的影響：

0單次帶寬對單次信號的精確復(fù)現(xiàn)起到限制作用。對單次事件和脈沖串等

非重復(fù)信號，以及對重復(fù)信號中的異常信號進(jìn)行捕獲時(shí)，如采樣率不符

合捕獲信號速度的要求，將造成復(fù)現(xiàn)的信號會失去高頻成份。顯示的信

號與被測信號相比，上升和下降時(shí)間變慢，或高頻脈沖信息漏失，影響

信號完整性測量。在這種情況下不論示波器的存儲深度有多長，已沒有

實(shí)際意義。

0在保證對單次信號進(jìn)行精確捕獲前提下，示波器存儲深度越長，波形的

存儲時(shí)間就越長。

0由于示波器存儲深度有限。使用的不是示波器最高采樣率，對單次信號

進(jìn)行捕獲時(shí)。提高采樣率可以提高對信號的捕獲精度和分辨率。但降低

了存儲信號的時(shí)間。

0采樣率和存儲深度有限，提高存儲時(shí)間只能降低采樣率，但降低采樣率

將失去波形的細(xì)節(jié)同時(shí)失去快沿信號的高頻成份使上升時(shí)間變慢。

0如單次信號時(shí)間較長，要保證信號中高頻信息不丟失（信號漏失和畸變

）。需要我們綜合考慮示波器帶寬、采樣率和存儲長度等指標(biāo)，以保證

被測信號的精確復(fù)現(xiàn)。

0示波器的捕獲率和觸發(fā)功能、可以優(yōu)化示波器的存儲深度和采樣率。

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數(shù)字存儲

示波器的觸發(fā)示波器

4觸發(fā)電路的作用就是保證每次時(shí)基掃描或采集的時(shí)候，都從輸入信號上與定

義的相同的觸發(fā)條件開始，這樣每一次掃描或采集的波形就同步，可以每次

捕獲的波形相重疊，從而顯示穩(wěn)定的波形

0模擬示波器觸發(fā)和數(shù)字示波器的觸發(fā)是使重復(fù)信號穩(wěn)定顯示

0對單次信號進(jìn)行捕獲

0對重復(fù)信號中的異常波形和單次事件中的特殊波形進(jìn)行隔離捕獲。

4觸發(fā)設(shè)置是使用示波器最麻煩的一點(diǎn)

0示波器設(shè)置都是依據(jù)信號特征進(jìn)行的，所以應(yīng)該對被測信號有所了解。

0示波器提供了許多觸發(fā)設(shè)置方式，這些觸發(fā)器（功能）可以響應(yīng)輸入信

號的不同條件，根據(jù)波形特征加以設(shè)定和正確應(yīng)用。會使檢測簡化，幫

助快速發(fā)現(xiàn)問題。如一個(gè)脈沖比實(shí)際應(yīng)該達(dá)到的寬度要窄，若只使用電

壓門限的觸發(fā)器是不可能捕獲到這樣的脈沖。

0高級觸發(fā)控制使你可以單獨(dú)關(guān)注波形中感興趣的細(xì)節(jié)，這樣可以使示波

器采樣速率和記錄長度得到優(yōu)化。

4觸發(fā)器：邊緣（電壓門限）、釋抑、脈沖、邏輯、視頻、B觸發(fā)等、

4觸發(fā)模式：自動、正常、單次、滾動模式

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數(shù)字存儲

數(shù)字示波器時(shí)基和觸發(fā)電路功能示波器

通道1AC



DC

采集信號顯示

放大器

A/D存儲器uP存儲器

地

來源2通道高頻

低頻抑制

來源3通道噪聲時(shí)基電路

DC觸發(fā)比較

器電路

EXT取樣時(shí)鐘晶體振蕩器

外觸發(fā)

4數(shù)字示波器的時(shí)基和觸發(fā)電路的功能與模擬示波器的有很大不同。它不像模

擬示波器的時(shí)基電路那樣產(chǎn)生斜波電壓。而時(shí)基電路是一個(gè)晶體振蕩器。通

過測量觸發(fā)信號和取樣時(shí)鐘之間的時(shí)間差，微處理器便可確定將波形取樣放

在顯示器的什么地方。

4對選定的觸發(fā)功能和設(shè)定的觸發(fā)條件，進(jìn)行精確的鑒別，依據(jù)是否符合觸發(fā)

條件決定取樣閥門的關(guān)斷。

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數(shù)字存儲

示波器觀測波形：應(yīng)根據(jù)波形特征進(jìn)行對示波器設(shè)置示波器

4所有波形都具有自己的特征，主要類別

0周期信號：連續(xù)不斷的信號

4周期相同的簡單重復(fù)信號如：正弦波、方波等信號

4在小周期內(nèi)不同但每個(gè)小周期可以重疊的周期信號如：調(diào)制、多周期

、低重復(fù)率等信號

4復(fù)雜周期信號如：視頻信號

0非周期信號或稱為單次信號：有起始和結(jié)止時(shí)間的信號

4高速單次信號如：單脈沖、階躍等信號

4單次事件信號如：脈沖序列、高壓放電、震蕩等信號

4重復(fù)信號中的異常信號如：重復(fù)信號中的欠幅脈沖、脈沖序列中特征

碼等信號

4示波器接入電路后并不能看到波形，我們需要根據(jù)已知信號的特征進(jìn)行對示

波器調(diào)整和觸發(fā)條件的設(shè)定，才能捕獲得到穩(wěn)定顯示的波形。

4調(diào)整垂直和水平部分，合理的選擇耦合、垂直與時(shí)基等，為波形穩(wěn)定或?yàn)閱?/p>

次信號的捕獲做好合理顯示的準(zhǔn)備。

4根據(jù)的波形特征，選擇觸發(fā)器和設(shè)定觸發(fā)條件才能穩(wěn)定和捕獲你關(guān)心的信號

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數(shù)字存儲

數(shù)字示波器捕獲模式示波器

4示波器捕獲模式是控制如何從采樣點(diǎn)中產(chǎn)生出的波形點(diǎn)。

0采集模式：是最簡單的捕獲模式，每一個(gè)采樣間隔，示波器存儲一個(gè)采

樣點(diǎn)的值，并做為波形的一個(gè)點(diǎn)。

0峰值檢測模式：以最高的采樣速率運(yùn)行ADC，既便設(shè)置的時(shí)基非常慢

。采樣模式不能捕獲采樣點(diǎn)之間的快速變化的信號，而峰值檢測模式可

以捕獲到。利用該模式可非常有效地觀察到偶爾發(fā)生的窄脈沖。

0包絡(luò)模式：要觀察信號的噪聲或者抖動現(xiàn)象時(shí)。采用包絡(luò)模式。示波器

在連續(xù)采集過程中，對波形記錄中的每個(gè)采樣點(diǎn)位置的最小值和最大值

都存儲下來，并以此構(gòu)成波形顯示。這種模式可采用可變余輝的調(diào)節(jié)，

使采樣點(diǎn)在屏幕上保持一定的時(shí)間，直至無限顯示。包絡(luò)捕獲和無限余

輝顯示的用途之一，是測量信號最壞的情況。如波形抖動、監(jiān)察毛刺、

觀察峰峰值噪聲、顯示包絡(luò)線、檢測信號漂移等。

0平均模式：是示波器把連續(xù)的各次波形采集的結(jié)果，通過計(jì)算連續(xù)捕獲

得到的波形點(diǎn)的平均值，產(chǎn)生最后顯示的波形。采用平均捕獲模式，示

波器要用更長的時(shí)間才能響應(yīng)信號的變化。平均模式在減少噪聲的同時(shí)

并沒有損失帶寬將噪聲刪除，有利于對信號進(jìn)行精確測量。

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數(shù)字存儲

數(shù)字示波器觸發(fā)模式示波器

4自動：即使沒有觸發(fā)，自動模式也能引起示波器的掃描。如果沒有信號的輸

入，示波器中的定時(shí)器觸發(fā)掃描。有信號顯示信號，沒有信號顯示水平基線

。

4正常：當(dāng)輸入信號不能滿足觸發(fā)條件時(shí)，不掃描，示波器沒有任何顯示。只

有當(dāng)輸入信號滿足設(shè)置的觸發(fā)點(diǎn)條件時(shí)，才進(jìn)行掃描，并將最后捕獲到的信

號凍結(jié)顯示在屏幕上。如符合觸發(fā)條件，再次進(jìn)行捕獲，清除上次信號，保

留凍結(jié)此次的波形。

4單次：當(dāng)輸入的單次信號滿足觸發(fā)條件時(shí)，進(jìn)行捕獲（掃描），將波形存儲

和顯示在屏幕上。此時(shí)再有信號輸入示波器不予理會。需要進(jìn)行再次捕獲必

須進(jìn)行單次設(shè)置。

4滾動：模式是一種可以應(yīng)用于全連續(xù)顯示的方式，可以用示波器來代替圖表

記錄儀來顯示慢變化的現(xiàn)象，如化學(xué)過程、電池的沖放電周期或溫度對系統(tǒng)

性能的影響等。

4注：在實(shí)際應(yīng)用中，采用正常觸發(fā)模式即使觸發(fā)以很慢的速率發(fā)生，也能觀

測感興趣的內(nèi)容。對低重復(fù)的信號捕獲是非常有意義。

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37

數(shù)字存儲

預(yù)觸發(fā)和觸發(fā)位置示波器

Pre-TriggerPost-Trigger

Trigger

?數(shù)字示波器的一個(gè)最顯著特點(diǎn)在于它容許用戶觀看觸發(fā)前的事件這是因?yàn)閿?shù)

據(jù)被連續(xù)地存儲到內(nèi)存中，同時(shí)觸發(fā)事件在數(shù)據(jù)量足夠后停止采集。

?只有數(shù)字示波器才有觸發(fā)位置控制，它代表的是波形記錄中的水平位置。

?變更水平觸發(fā)位置，可以允許你采集觸發(fā)事件以前的信號，稱為預(yù)觸發(fā)。這

樣，可以確定觸發(fā)點(diǎn)前面部分和后面部分所包含的可視信號的長度。

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38

數(shù)字存儲

觸發(fā)位置和預(yù)觸發(fā)示波器

?預(yù)觸發(fā)是一個(gè)有價(jià)值的處理故障的工具，如果故障間歇地發(fā)生，可以利用預(yù)

觸發(fā)來解決這樣的問題，記錄故障發(fā)生前的事件，很可能找到原因，

?由于電路器件對信號的延時(shí)效應(yīng)，其他方面應(yīng)用如：開關(guān)特性輸入和輸出瞬

態(tài)特性，以輸出信號觸發(fā)來觀看研究輸入的小信號。

捕捉事件前的毛刺

?毛刺

?預(yù)觸發(fā)

?單次采樣

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數(shù)字存儲

觸發(fā)耦合示波器

4由于示波器的輸入信號經(jīng)放大器分兩路，一路進(jìn)入A/D采樣器；一路到

觸發(fā)電路，形成觸發(fā)信號。

4觸發(fā)耦合是觸發(fā)信號與觸發(fā)電路的耦合方式，就像垂直系統(tǒng)輸入一樣，

可為觸發(fā)信號選擇各種耦合方式。這些設(shè)置對消除觸發(fā)噪聲很有用處，

噪聲的消除可以避免錯(cuò)誤的觸發(fā)。耦合方式：

0默認(rèn)時(shí)為DC耦合：觸發(fā)信號直接連到觸發(fā)電路

0交流耦合：觸發(fā)源通過一個(gè)串聯(lián)的電容連到觸發(fā)電路起到隔直作用

0HF抑制：使觸發(fā)信號通過低通濾波器以抑制高頻分量，這意味即

一個(gè)低頻信號中包含很多高頻噪聲，仍能使其按低頻信號觸發(fā)。

0LF抑制：使觸發(fā)源信號通過一個(gè)高通濾波器以抑制其低頻成分。這

意味即使一個(gè)高頻信號中包含很多低頻噪聲，仍能使其按低頻信號

觸發(fā)。這對于顯示包含很多電源交流信號時(shí)情況是很有用處的。

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數(shù)字存儲

示波器

邊緣觸發(fā)功能：是使重復(fù)信號同步、穩(wěn)定顯示

4示波器為使重復(fù)波形穩(wěn)定顯示，具有邊緣觸發(fā)最基本的觸發(fā)方式，

0上升、下降沿和觸發(fā)電平在信號邊緣上構(gòu)成觸發(fā)點(diǎn)，重復(fù)信號會有多個(gè)

觸發(fā)點(diǎn)。觸發(fā)位置、沿和觸發(fā)電平?jīng)Q定每次掃描的開始時(shí)刻。同時(shí)觸發(fā)

位置還代表波形記錄中觸發(fā)水平位置。

0邊緣觸發(fā)控制器是使每一次掃描起始都從信號的相同觸發(fā)位置開始，不

斷的顯示輸入信號的相同部分，并使每次捕獲的波形相重疊顯示。

4波形邊緣和觸發(fā)電平的設(shè)置成為重復(fù)信號顯示的標(biāo)準(zhǔn)條件

4對于重復(fù)信號AUTOSET(自動設(shè)置）是最簡單的觸發(fā)方式。

觸發(fā)條件不具備具備觸發(fā)條件

T觸發(fā)位置T觸發(fā)位置

觸發(fā)電平

觸發(fā)電平觸發(fā)點(diǎn)

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數(shù)字存儲

示波器

邊緣觸發(fā)和單次觸發(fā)：是使簡單單次信號得到捕獲

4示波器為使單次信號（包括重復(fù)信號中的過沖異常）得到捕獲。邊緣

觸發(fā)條件是基本的觸發(fā)方式。但要同時(shí)設(shè)定單次觸發(fā)模式進(jìn)行配合。

0重復(fù)信號上升、下降沿和觸發(fā)電平在信號邊緣上構(gòu)成觸發(fā)點(diǎn)，而重復(fù)信

號會構(gòu)成有多個(gè)觸發(fā)點(diǎn)。估對重復(fù)信號中異常波形捕獲的觸發(fā)條件設(shè)定

，必須能使沿和觸發(fā)電平構(gòu)成唯一觸發(fā)條件，信號方能得到隔離捕獲。

0波形邊緣和電平的設(shè)置是單次信號捕獲的標(biāo)準(zhǔn)條件

觸發(fā)點(diǎn)

觸發(fā)點(diǎn)

觸發(fā)點(diǎn)

觸發(fā)電平觸發(fā)電平觸發(fā)電平

多個(gè)觸發(fā)條件不能捕獲上升沿和電平構(gòu)成觸發(fā)條件下降沿和電平構(gòu)成觸發(fā)條件

觸發(fā)點(diǎn)

觸發(fā)電平觸發(fā)點(diǎn)

觸發(fā)電平

沿和電平構(gòu)成唯一觸發(fā)條件能捕獲上升沿和電平構(gòu)成觸發(fā)條件

觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)

觸發(fā)電平觸發(fā)電平

多個(gè)觸發(fā)條件不能捕獲沿和電平構(gòu)成觸發(fā)條件

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數(shù)字存儲

觸發(fā)釋抑(Holdoff):調(diào)整設(shè)定，是使特殊重復(fù)信號同步、

示波器

穩(wěn)定顯示。

4一些信號在在小周期內(nèi)不重復(fù)，但每個(gè)

小周期可以相重疊的周期信號如：調(diào)制

、多周期、重復(fù)率低等信號（如圖）

隔離時(shí)間過

4信號具有多個(gè)可能的觸發(fā)點(diǎn)，但示波器

的掃描間隔是固定的，會造成使每一次波形混迭

掃描起始都從信號不相同位置開始，使

波形顯示混亂。

4采用觸發(fā)隔離功能觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)電平

0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

信號沿開始。從而得到穩(wěn)定的波形

顯示。隔離時(shí)間調(diào)整

4依據(jù)波形特征設(shè)置顯示穩(wěn)定的觸發(fā)條件正確隔離時(shí)間

0沿和觸發(fā)電平標(biāo)準(zhǔn)條件設(shè)定，同時(shí)還有

設(shè)定觸發(fā)釋抑波形特征條件。

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數(shù)字存儲

寬度觸發(fā)我們關(guān)心周期信號中出現(xiàn)的與規(guī)定時(shí)間寬度不符的異常信號或

:示波器

關(guān)心脈沖序列中的某一時(shí)間寬度特征碼捕獲。使用脈沖寬度觸發(fā)是最佳選擇。

t設(shè)定t設(shè)定

關(guān)心的信號關(guān)心的信號

觸發(fā)電平觸發(fā)電平

觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)

4由于信號在波形的沿上都具有觸發(fā)點(diǎn)。隔離捕獲異常寬度信號時(shí)，利用邊緣

觸發(fā)的基本方式設(shè)定觸發(fā)條件，是不可能捕獲到異常寬度波形。

4根據(jù)信號的特征(波形寬度問題），選用脈沖寬度觸發(fā)功能設(shè)定觸發(fā)電平和設(shè)

定所要捕獲波形的時(shí)間寬度(時(shí)間觸發(fā)條件設(shè)定為=或<或>或≠)。當(dāng)波形

滿足電平觸發(fā)條件。同時(shí)滿足設(shè)定的波形時(shí)間寬度的觸發(fā)條件時(shí)，通過脈沖

寬度觸發(fā)比較器使示波器觸發(fā)，捕獲到所關(guān)心的寬度波形。

4利用脈沖寬度觸發(fā)，可以長時(shí)間監(jiān)視信號，當(dāng)脈沖寬度超過設(shè)定的允許范圍

時(shí)，引起觸發(fā)。

4脈沖寬度設(shè)定整范圍：(TDS3000B為，39.6ns—10s)

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欠幅觸發(fā):我們關(guān)心信號周期信號中出現(xiàn)的與規(guī)定幅度不符的異常數(shù)字存儲

示波器

波形或關(guān)心脈沖序列的欠幅脈沖的捕獲。使用欠幅觸發(fā)是最佳選擇

高電平關(guān)心的信號門限電平高電平關(guān)心的信號t設(shè)定門限電平

低電平觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)電平低電平觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)電平

0由于信號在波形的沿上都具有觸發(fā)點(diǎn)。隔離捕獲欠幅信號時(shí)，利用邊緣觸發(fā)

的基本方式設(shè)定觸發(fā)條件，是不可能捕獲到欠幅波形。

0根據(jù)信號的特征(波形欠幅問題），選用欠幅觸發(fā)功能，設(shè)定高低電平。當(dāng)波

形滿足低電平觸發(fā)條件，同時(shí)（波形幅度低于設(shè)置的高電平）不能滿足高電

平觸發(fā)條件時(shí)，通過欠幅觸發(fā)比較器使示波器觸發(fā)，捕獲到欠幅的波形。

0TDS3KB在使用欠幅觸發(fā)時(shí)，可同時(shí)選擇波形寬度條件(方法與脈寬觸發(fā)相

同)，當(dāng)波形滿足高低電平設(shè)置條件，同時(shí)滿足設(shè)定的波形時(shí)間寬度的觸發(fā)

條件時(shí)，通過欠幅觸發(fā)比較器使示波器觸發(fā)，捕獲到所關(guān)心的欠幅波形。

0利用欠幅觸發(fā)，可以長時(shí)間監(jiān)視信號，當(dāng)波形幅度低于設(shè)定的門限電平時(shí)，

引起觸發(fā)。

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45

數(shù)字存儲

擺率觸發(fā)我們關(guān)心信號周期信號中，出現(xiàn)的與規(guī)定邊緣速率不符的異常

:示波器

波形或關(guān)心脈沖序列的邊緣速率異常的脈沖捕獲。使用擺率觸發(fā)是最佳選擇。

t設(shè)定關(guān)心的信號t設(shè)定關(guān)心信號的細(xì)節(jié)

擺率高值

允許選擇

擺率低值

觸發(fā)邊緣

觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)的快慢。

t設(shè)定

0擺率＝V幅度/S時(shí)間。幅度表示高低閥值之間的幅度，時(shí)間表示波形沿高

低閥值之間的時(shí)間。擺率表示沿由低電平變化到高電平的速度。

0由于信號在波形的沿上都具有觸發(fā)條件，隔離捕獲上升或下降時(shí)間異常信號

時(shí)，利用邊緣觸發(fā)的基本方式設(shè)定觸發(fā)條件，是不可能捕獲到關(guān)心的波形。

0根據(jù)信號的特征(波形邊沿速度問題），選用擺率觸發(fā)功能，設(shè)定高低閥值和

高低閥值之間的時(shí)間。示波器自動計(jì)算擺率（擺率觸發(fā)條件設(shè)定為=或<或

>或≠）當(dāng)波形滿足觸發(fā)條件條件時(shí)，通過觸發(fā)觸發(fā)比較器使示波器觸發(fā)，

捕獲到關(guān)心的沿信號。

0擺率觸發(fā)。如果高頻信號的響應(yīng)速率比期望或需要的快，則發(fā)出易出故障的

能量，響應(yīng)速率觸發(fā)優(yōu)于傳統(tǒng)的邊緣觸發(fā)，這是因?yàn)樵黾恿藭r(shí)間元素，允許

您選擇觸發(fā)邊緣的快慢。

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邏輯觸發(fā):我們關(guān)心各通道輸入信號之間的數(shù)字邏輯關(guān)系，選擇邏數(shù)字存儲

示波器

輯觸發(fā)是最佳的選擇、

關(guān)心的數(shù)字邏輯關(guān)系

觸發(fā)點(diǎn)

CH1觸發(fā)電平

CH2

4如果輸入通道的邏輯組合滿足觸發(fā)條件時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)。則

為邏輯觸發(fā)。特別適用驗(yàn)證數(shù)字邏輯的操作。

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B觸發(fā):我們關(guān)心單次信號某時(shí)間后發(fā)生的信息或關(guān)心單次信號某時(shí)數(shù)字存儲

示波器

件后發(fā)生的信息，使用B觸發(fā)功能是最佳選擇。

4由于存儲深度的限制，但希望觀測某時(shí)刻后發(fā)生的信息，又不希望失去信號高頻信息

（降低采樣率提升存儲時(shí)間會丟失信號高頻成份），選擇B觸發(fā)功能是最佳選擇。

0根據(jù)波形的特征（所關(guān)心信號部分）設(shè)定A觸發(fā)、B觸發(fā)電平和A.B觸發(fā)點(diǎn)之間的

時(shí)間或事件。滿足，信號從A觸發(fā)點(diǎn)（條件）開始，經(jīng)過延時(shí)時(shí)間或事件后到B觸

發(fā)點(diǎn)（條件）產(chǎn)生觸發(fā)。

0時(shí)間觸發(fā)：是以計(jì)時(shí)器鑒別比較AB觸發(fā)條件之間的時(shí)間

0事件觸發(fā)：是以計(jì)數(shù)器鑒別比較AB觸發(fā)條件之間的事件次數(shù)

A觸發(fā)點(diǎn)A觸發(fā)電平

A觸發(fā)點(diǎn)A觸發(fā)電平

T時(shí)間B觸發(fā)點(diǎn)N次事件B觸發(fā)點(diǎn)B觸發(fā)電平

所關(guān)心信號部分

所關(guān)心信號部分

T時(shí)間

所關(guān)心信號部分

CH1A觸發(fā)電平

A觸發(fā)點(diǎn)關(guān)心的信號部分

CH2

B觸發(fā)點(diǎn)