Question

示波器是采用什么扫描的

Answer 1

示波器的同步

要明白触发的概念，首先要了解示波器同步的概念。那么什么是示波器的同步呢？我们这里所说的示波器同步是指示波器的扫描信号与被观测的信号同步，也就是说它们的频率之间存在着整数倍的关系。为什么要这样？不这样会有什么结果？带着这样的问题让我们来考察图1的情况。

我们先了解一下示波器的工作原理。我们知道，示波器是通过在X和Y偏转板上加上控制电压，控制由电子枪射出电子束的偏转从而在屏幕上描绘出轨迹族返的，一般在X偏转板加的是正向锯齿波信号，线性上升的电压控制电子束从左到右移动，形成水平扫描。因为上升的电压与时间成线性关系，扫描得到的轨迹就可以模拟时间轴。如果同时在Y偏转板加上与被测信号成比例的电压，使电子束在水平移动的同时也在垂直方向移动，这样电子束就描绘出了被测信号与时间的关系，也就是信号的波形。这是示波器显示波形的基本原理。

现在我们来看图1。图1中的Y是一周期性信号，X是扫描信号，显然它们是不同步的。当将这样的信号同时分别加到示波器的Y和X偏转系统时，显示的波形如图2所示，其中当X从T0扫描到T1时描绘出的波形是A，从T1到T2扫描时描绘出的波形是B，而从T2到T3扫描时描绘出的是C，显然它们在屏幕上的位置都不同，而且先后出现，所以您会看到的是它们的混合，得不到一个稳定的波形。这就是示波器的扫描与信号不同步的结果。

如果我们设法将X信号变成图3 所示的情形，使每一次扫描开始时刻都对应于Y信号一个周期的同一点，使得每一次扫描对应的Y信号都相同，也就是让示波器的扫描信号与被测信号“同步”。当将这样的信号同时分别加到示波器的X和Y偏转系统时，由于每一个扫描周期X和Y的信号都相同，电子束受到同样的偏转控制，因而每一次扫描的电子束都打在屏幕上的同样的轨迹上，也就是说我们可以得到图4所示的波形。这是您能看到的唯一波形，因为每一个扫描周期电子束都打在这个波形的轨迹上，而不是其他位置，因而这个波形是稳定的。这就是示波器扫描与信号同步的结果。

综上所述，如果我们要在示波器的屏幕上观察到稳定的波形，必要的条件是示波器的扫描信号要与被观察的信号保持同步关系。
那么，我们怎样才能使示波器的扫描信号与被观测信号保持同步关系呢？

触发的作用

为了使扫描信号与被测信号同步，我们可以设定一些条件，将被测信号不断地与这些条件相比较，只有当被测信号满足这些条件时才启动扫描，从而使得扫描的频率与被测信号相同或存在整数倍的关系，也就是同步。这种技术我们就称为“触发”，而这些条件我们称其为“触发条件” 。

用作触发条件的形式很多，最常用最基本的就是“边沿触发”，即将被测信号的变化(即信号上升或下降的边沿) 与某一电平相比较，当信号的变化以某种选定的方式达到这一电平时，产生一个触发信号，启动一次扫描。例如在图3中，我们可以将触发电平选在0V，当被测信号从低到高跨越这个电平时，就产生一次扫描，这样我们就得到了与被测信号同步的扫描信号。其他的触发条件有“脉宽触发” 、“斜率触发” 、“状态触发” 等等，这些触发条件通常会在比较高档的示波器中出现。

有关触发的调节

有关触发的调节包括触发源、触发方式、触发条件即相应参数的选择等等，比较多和复杂，这些是示波器使用中最重要的操作，也是许多初学者感到较难掌握的地方，我们将另觅篇幅详细介绍。

示波器的触发模式是另一个常常使初学电子的朋友感到困惑的概念冲此，本文将着重解释基本的示波器触发模式，并从实用的角度说明它们的选用方法，以期能帮助初学者有效地使用这些模式。

示波器的基本触发模式
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什么是示波器的触发模式？我们知道，示波器需要通过“触发” 这样一种办法来使得示波器的扫描与被观测信号同步，从而显示稳定的波形(见《什么是示波器的触发？》一文) ，所谓“触发模式” 是指一些为产生触发所选定的方式，以满足不同的观测需要。

示波器最常用最基本的触发模式有三种：第一种是“自动模式” ，示波器面板上一般标为“AUTO” 。在这种模式下，当触发没有发生时，示波器的扫描系统会根据设定的扫描速率自动进行扫描；而当有触散穗迅发发生时，扫描系统会尽量按信号的频率进行扫描。所以在这种模式下不论触发条件是否满足，示波器都会产生扫描，都可以在屏幕上可以看到有变化的扫描线，这是这种模式的特点。

第二种是“正常模式” ，也称为“常规模式” ，在面板上一般标为
“NORMAL” 或“NORM” 。这种模式与自动模式不同，在这种模式下示波器只有当触发条件满足了才进行扫描，如果没有触发，就不进行扫描。因此在这种模式下如果没有触发的话，对于模拟示波器而言您会看不到扫描线，屏幕上什么都没有，对于数字示波器而言您会看不到波形更新，不了解这一点还常常会以为是信号没连上或什么其他故障。

第三种是“单次模式” ，一般标为“SINGLE” 或“SIGL” 。这种模式与“正常模式” 有一点类似，就是只有当触发条件满足时才产生扫描，否则不扫描。而不同在于，这种扫描一但产生并完成后，示波器的扫描系统即进入一种休止状态，使得后面即使再有满足触发条件的信号出现也不再进行扫描，也就是触发一次只扫描一次，即单次，必须通过手工的方法将扫描系统重启，才能产生下一次触发。 显然，对于普通模拟示波器而言在这种模式下您经常会发现什么也看不到，因为波形一闪而过，示波器不能将其保留，因此除了与照相机配合将一闪而过的波形拍下来，在多数场合这种模式没有什么用。

以上三种触发模式是绝大多数示波器都会提供的，那么，我们在实际中应该怎样选择和使用呢？

示波器触发模式的使用
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在实际使用中，不同触发模式的选择常常是根据对被观测信号特性和要观测的内容作出的，其间并没有什么固定的规则，而往往是一个交互的过程，即通过选择不同的触发模式了解信号的特性，又根据信号的特性和想要观测的内容选择有效的触发模式。在这个过程中最重要的是要理解不同触发模式的工作机制，了解被观测信号的特点以及明确所要观测的内容。

一般来说，在对信号的特点不是很了解的时候，应该选择自动模式，因为这时不管信号是什么样示波器都会扫描，您至少能在屏幕上看到一些东西，那怕仅仅是扫描线也好，而不会什么都没有。有扫描线后可以通过调节垂直增益、垂直位置、时基速率等参数“找到” 波形，然后通过选择触发源、触发边沿、触发电平等稳定波形。对于模拟示波器来说，只要信号是周期性的，其频率在适合相应示波器观测的范围内并且不太复杂的话，通过这样的步骤一般能达到对信号的大体了解，然后根据需要可作进一步的观测。

对于正常模式，许多朋友可能会觉得与自动模式在观测效果上没有什么区别，常常有这样的情况，将触发模式在自动与正常之间切换，屏幕波形并没有什么变化，不过这种情形往往只发生在被观测信号是一些比较简单的周期性信号的情况下。正常模式的作用在于观测波形的细节，特别是对于比较复杂的信号，例如视频同步信号。为什么这样说呢？这是因为为了观测细节，我们必须将时基扫描速率调高，以便将波形展开。而当我们这样做的时候，就会使得被观测信号的频率相对于示波器扫描速率而言变低，也就是说，在两次触发之间示波器可能会作很多次扫描。在这种情形下，如果这时我们选择的是自动模式，则示波器会实际进行所有这些扫描，其结果是使这些扫描(它们不是由触发产生)所对应的波形与触发扫描所对应的波形一起显示，造成显示波形的混叠，因而不能清晰地显示我们想看的波形。而如果我们选择的是正常模式，则这些在触发之间的扫描示波器实际不会进行，只进行那些因触发而产生的扫描，因而只显示我们想看到的与触发相联系的波形，从而使波形会比较清晰，这就是正常触发模式的功用。图1是这种情况的图解，在图1中，左侧上方是被观测的波形，下方是扫描波形，右侧是波形的显示。图1a 中扫描速率较低，不便于观察波形的细节；图1b将扫描速率提高，采用自动触发模式，这时显示的波形是不清晰的，有混叠现象；图1c 中的扫描速率与图1b相同，但采用正常触发方式，仅在有触发时才进行扫描，因而显示清晰的波形。

对于单次模式，如上所述就普通模拟示波器而言我们基本上是难以利用的，但对于数字存储示波器来说它是一种非常有用的触发模式。在数字存储示波器中，使用单次触发模式可以捕捉单次出现或多次出现但不太具有周期性的信号。虽然使用正常模式也能够捕捉单次的信号，但如果信号是多次而非单次时，在正常模式下后面出现的信号所触发的扫描就会将前面捕获的结果抹去，因此反而得不到稳定的波形。在这种时候如果采用单次模式就没有这个问题，也就是说，单次模式的触发具有从多次出现的信号中挑选一个的能力。

以上我们简述了示波器的基本触发模式以及它们在实际使用中的考虑，以期对初学者掌握示波器有帮助。除了本文所讨论的内容外，示波器的其他参数的调节也非常重要，使用者一方面要对各种参数调节的含义有清晰的理解，另一方面也要了解被观测信号的特性和明确所要观察目标，才能真正有效使用示波器达到测量测试的目的。

Answer 2

先介绍一下示波管，现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。
当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10％所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0．1s为中余辉，0．1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。
由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。 2．电子枪及聚焦
电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极，阴极受热发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低，则全部电子返回阴极，即管子截止。调节电路中的W1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连，所加电位比A1高。G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。
电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域，调节第二阳极A2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。A1上的电压叫做聚焦电压，A1又被叫做聚焦极。有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦，需微调第二阳极A2的电压，A2又叫做辅助聚焦极。 3．偏转系统
偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。图8．1中，Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。Y轴偏转板在前，X轴偏转板在后，因此Y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y轴)。两对偏转板分别加上电压，使两对偏转板间各自形成电场，分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。 4．示波管的电源
为使示波管正常工作，对电源供给有一定要求。规定第二阳极与偏转板之间电位相近，偏转板的平均电位为零或接近为零。阴极必须工作在负电位上。栅极G1相对阴极为负电位(—30V~—100V)，而且可调，以实现辉度调节。第一阳极为正电位(约+100V~+600V)，也应可调，用作聚焦调节。第二阳极与前加速极相连，对阴极为正高压(约+1000V)，相对于地电位的可调范围为±50V。由于示波管各电极电流很小，可以用公共高压经电阻分压器供电。 1.2 示波器的基本组成 从上一小节可以看出，只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压，就能控制示波管显示的图形形状。我们知道，一个电子信号是时间的函数f(t)，它随时间的变化而变化。因此，只要在示波管的X轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压，在y轴加上被测信号(经过比例放大或者缩小)，示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。电信号中，在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。
示波器的基本组成框图如图2所示。它由示波管、Y轴系统、X轴巧袜系统、Z轴系孝肢激统和电源等五部分组成。

图2 示波器基本组成框图 被测信号①接到“Y"输入端，经Y轴衰减器适当衰减后送至Y1放大器(前置放大)，推挽输出信号②和③。经延迟级延迟Г1时间，到Y2放大器。放大后产生足够大的信号④和⑤，加到示波管的Y轴偏转板上。为了在屏幕上显示出完整的稳定波形，将Y轴的被测信号③引入X轴系统的触发电路，在引入信号的正(或者负)极性的某一电平值饥陵产生触发脉冲⑥，启动锯齿波扫描电路(时基发生器)，产生扫描电压⑦。由于从触发到启动扫描有一时间延迟Г2，为保证Y轴信号到达荧光屏之前X轴开始扫描，Y轴的延迟时间Г1应稍大于X轴的延迟时间Г2。扫描电压⑦经X轴放大器放大，产生推挽输出⑨和⑩，加到示波管的X轴偏转板上。z轴系统用于放大扫描电压正程，并且变成正向矩形波，送到示波管栅极。这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度，而在扫描回程进行抹迹。
以上是示波器的基本工作原理。双踪显示则是利用电子开关将Y轴输入的两个不同的被测信号分别显示在荧光屏上。由于人眼的视觉暂留作用，当转换频率高到一定程度后，看到的是两个稳定的、清晰的信号波形。