示波器原理、使用方法
示波器-發(fā)展簡況
陰極射線管將電信號變成熒光屏上可見的像,是電子技術(shù)中一項極其重要的發(fā)明。1879年,W.克魯克斯利用磁場能使真空管中陰極射線偏轉(zhuǎn)，以及熒光材料在電子束轟擊下能發(fā)出熒光和磷光的原理制成了陰極射線管。1897年,K.F.布勞恩改進了克魯克斯管,使電子束電流可控以改變光點的亮度，從而制成了實用的陰極射線管，如示波管、電視顯像管等。示波器在電子測量儀器發(fā)展史中是影響大、用途廣、生產(chǎn)品種多的儀器，配上適當(dāng)?shù)姆请娏繐Q能器后能測量和顯示幾乎一切物理量和動態(tài)過程。在電子測量儀器中，示波器是一種電信號的時域測量和分析儀器；它顯示信號隨時間變化的波形，是一種非常直觀的波形分析器。第一臺電子管示波器于1931年問世,隨著晶體管、集成組件、超小型元件、器件和新型示波管的出現(xiàn)，現(xiàn)代示波器的性能和結(jié)構(gòu)已有顯著的改進。
示波器-儀器特點
顯著優(yōu)點
①非常直觀，能將波形直接顯示在熒光屏上，還可用照相方法取得永久性記錄；②量程大，可測量從高靈敏示波器的數(shù)微伏至高壓示波器的數(shù)萬伏的信號；③輸入阻抗高，對被測系統(tǒng)影響極?。虎芊磻?yīng)迅速，電子束惰性極小，能顯示納秒級的快速過程；⑤多信道，能在同一熒光屏上同時顯示幾個過程，便于觀察、比較、測量和分析；⑥耐過載能力強，能在惡劣環(huán)境下工作。
性能指標(biāo)
示波器的主要性能指標(biāo)是頻率范圍、靈敏度、信道數(shù)和存儲功能。①頻率范圍：指-3分貝時的上限、下限頻率。一般示波器下限頻率可達直流或很低頻率,上限頻率具有重要意義,它決定可顯示的快速過程。②靈敏度:指偏轉(zhuǎn)一格刻度（8～10毫米）所需的輸入電壓,目前常用示波器靈敏度可達每格1～10毫伏。③信道數(shù)目：指同時在熒光屏顯示的輸入信道的數(shù)目，常見的為1～4個信道。④存儲功能：所有示波器都可用來觀察重復(fù)性（即周期性）波形,但是,如果周期很長或是單次快速過程，普通示波器在顯示時會出現(xiàn)閃爍、過暗或捕捉不住等現(xiàn)象，存儲示波器具有存儲功能，能觀察上述特殊波形。
示波器-儀器分類
通用示波器：通用示波器通常采用 80毫米×100毫米矩形熒光屏帶內(nèi)刻度和后加速電極的示波管。時基發(fā)生器產(chǎn)生一電壓隨時間作線性變化的鋸齒波，其重復(fù)頻率在很大范圍內(nèi)可變，起始掃描時間受來自觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖控制。中為雙通道雙蹤示波器，利用電子開關(guān)將A、B通道的像分別顯示在熒光屏上。電子開關(guān)有兩種工作模式：交替模式和斷續(xù)模式。在交替工作模式時，電子開關(guān)受時基產(chǎn)生器控制，每次掃描開始時，電子開關(guān)立即轉(zhuǎn)換，這種方式適合于觀察變化較快的信號。在斷續(xù)工作模式時，電子開關(guān)受方波振蕩器（頻率50千赫～1兆赫）控制，輪流接通 A和B通道，適用于觀察慢變化信號。觸發(fā)電路和時基發(fā)生器的動作都比觸發(fā)信號有一定滯后。為了顯示信號的前沿，在信號回路中加入一段延遲回路。早期示波器的時基發(fā)生器與中的不同，沒有觸發(fā)回路,由輸入信號直接與鋸齒波發(fā)生器同步,時基發(fā)生器沒有精確時間刻度。后來加入觸發(fā)電路，使波形穩(wěn)定，且掃描速度不受輸入信號影響。這種示波器對觀察脈沖信號特別方便，稱為同步示波器。隨著示波器的發(fā)展，頻率上限不斷提高。上限頻率主要受放大器和示波管上限頻率的限制，現(xiàn)代示波器已達到300～400兆赫,高水平已達到1000兆赫。輸入阻抗通常為1兆歐的電阻與30～50皮法的等效電容并聯(lián)。高輸入阻抗特別是低容抗有時對電路影響很大，且容易拾取干擾信號。用衰減器探頭可提高輸入容抗。探頭用RC并聯(lián)電路與示波器輸入端串接。一般采用1/10的探頭，輸入阻抗約為10兆歐與10皮法并聯(lián)，能防止干擾串入?，F(xiàn)代示波器因有兩路時基發(fā)生器，可交替掃描、交替觸發(fā)，并有校正用方波發(fā)生器、聚焦調(diào)節(jié)和像差調(diào)節(jié)等電路，能對波形進行精密測量。
存儲示波器：用通用示波器觀察重復(fù)頻率為幾赫的波形時，熒光屏?xí)?yán)重地閃爍。補救的辦法是采用長余輝示波管（余輝時間可長達1～3秒），這種辦法雖很簡單，但余輝時間不能隨意調(diào)節(jié)，不適于觀察高重復(fù)頻率信號，而且普通示波器還不能觀察單次過程。存儲示波器又稱記憶示波器,能將波形記憶下來,顯示在熒光屏上。存儲示波器采用特殊的陰極射線管，有柵網(wǎng)型和雙穩(wěn)態(tài)型熒光膜兩類。存儲示波管和普通示波管不同，它有寫入電子和讀出電子（見示波器）。柵網(wǎng)型示波管的優(yōu)點是輝度連續(xù)可調(diào),存儲時間可從1小時到7天,可多次寫入、一次讀出。雙穩(wěn)態(tài)型存儲示波管結(jié)構(gòu)簡單，存儲時間可達1小時，價格低廉,缺點是雙穩(wěn)態(tài)缺乏中間色調(diào)，不能快速寫入，熒光膜易燒毀。存儲示波管比普通示波管昂貴、壽命短，將會被數(shù)字型存儲示波器所取代。數(shù)字型存儲示波器是集數(shù)字記錄裝置和普通示波器于一體，將集成組件的記憶存儲器內(nèi)容由示波器顯示，其優(yōu)點是可進行數(shù)據(jù)處理，示波管壽命長，不易燒毀。
取樣示波器 :用抽樣法將頻率壓縮，將快速重復(fù)的現(xiàn)象變成低速重復(fù)的現(xiàn)象，用普通示波器顯示波形。取樣示波器適用于觀察周期性現(xiàn)象，其上限頻率已達18吉赫。取樣示波器的關(guān)鍵部分是用高速開關(guān)元件（如隧道二極管）組成的取樣頭。使用時輸入信號電壓應(yīng)比普通示波器的電壓低，以避免損壞取樣頭，同時須解決測量時的阻抗匹配問題，以減小波形失真。
示波器-工作原理
工作原理
（一）示波器的組成普通示波器有五個基本組成部分：顯示電路、垂直（Y軸）放大電路、水平（X軸）放大電路、掃描與同步電路、電源供給電路。普通示波器的原理功能方框如5-1所示。
1．顯示電路
顯示電路包括示波管及其控制電路兩個部分。示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個重要組成部分。示波管的基本原理如所示。由可見，示波管由電子、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏3個部分組成。
（1）電子
電子用于產(chǎn)生并形成高速、聚束的電子流，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。它主要由燈絲F、陰極K、控制極G、第一陽極A1、第二陽極A2組成。除燈絲外，其余電極的結(jié)構(gòu)都為金屬圓筒，且它們的軸心都保持在同一軸線上。陰極被加熱后，可沿軸向發(fā)射電子；控制極相對陰極來說是負電位，改變電位可以改變通過控制極小孔的電子數(shù)目，也就是控制熒光屏上光點的亮度。為了提高屏上光點亮度，又不降低對電子束偏轉(zhuǎn)的靈敏度，現(xiàn)代示波管中，在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏之間還加上一個后加速電極A3。
第一陽極對陰極而言加有約幾百伏的正電壓。在第二陽極上加有一個比第一陽極更高的正電壓。穿過控制極小孔的電子束，在第一陽極和第二陽極高電位的作用下，得到加速，向熒光屏方向作高速運動。由于電荷的同性相斥，電子束會逐漸散開。通過第一陽極、第二陽極之間電場的聚焦作用，使電子重新聚集起來并交匯于一點。適當(dāng)控制第一陽極和第二陽極之間電位差的大小，便能使焦點剛好落在熒光屏上，顯現(xiàn)一個光亮細小的圓點。改變第一陽極和第二陽極之間的電位差，可起調(diào)節(jié)光點聚焦的作用，這就是示波器的“聚焦”和“輔助聚焦”調(diào)節(jié)的原理。第三陽極是示波管錐體內(nèi)部涂上一層石墨形成的，通常加有很高的電壓，它有三個作用：①使穿過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)以后的電子進一步加速，使電子有足夠的能量去轟擊熒光屏，以獲得足夠的亮度；②石墨層涂在整個錐體上，能起到屏蔽作用；③電子束轟擊熒光屏?xí)a(chǎn)生二次電子，處于高電位的A3可吸收這些電子。
（2）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)大都是靜電偏轉(zhuǎn)式，它由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板。分別控制電子束在水平方向和垂直方向的運動。當(dāng)電子在偏轉(zhuǎn)板之間運動時，如果偏轉(zhuǎn)板上沒有加電壓，偏轉(zhuǎn)板之間無電場，離開第二陽極后進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子將沿軸向運動，射向屏幕的中心。如果偏轉(zhuǎn)板上有電壓，偏轉(zhuǎn)板之間則有電場，進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子會在偏轉(zhuǎn)電場的作用下射向熒光屏的指定位置。
如5-3所示。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板互相平行，并且它們的電位差等于零，那么通過偏轉(zhuǎn)板空間的，具有速度υ的電子束就會沿著原方向（設(shè)為軸線方向）運動，并打在熒光屏的坐標(biāo)原點上。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板之間存在著恒定的電位差，則偏轉(zhuǎn)板間就形成一個電場，這個電場與電子的運動方向相垂直，于是電子就朝著電位比較高的偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)。這樣，在兩偏轉(zhuǎn)板之間的空間，電子就沿著拋物線在這一點上做切線運動。后，電子降落在熒光屏上的A點，這個A點距離熒光屏原點（0）有一段距離，這段距離稱為偏轉(zhuǎn)量，用y表示。偏轉(zhuǎn)量y與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓Vy成正比。同理，在水平偏轉(zhuǎn)板上加有直流電壓時，也發(fā)生類似情況，只是光點在水平方向上偏轉(zhuǎn)。
（3）熒光屏
熒光屏位于示波管的終端，它的作用是將偏轉(zhuǎn)后的電子束顯示出來，以便觀察。在示波器的熒光屏內(nèi)壁涂有一層發(fā)光物質(zhì)，因而，熒光屏上受到高速電子沖擊的地點就顯現(xiàn)出熒光。此時光點的亮度決定于電子束的數(shù)目、密度及其速度。改變控制極的電壓時，電子束中電子的數(shù)目將隨之改變，光點亮度也就改變。在使用示波器時，不宜讓很亮的光點固定出現(xiàn)在示波管熒光屏一個位置上，否則該點熒光物質(zhì)將因長期受電子沖擊而燒壞，從而失去發(fā)光能力。
涂有不同熒光物質(zhì)的熒光屏，在受電子沖擊時將顯示出不同的顏色和不同的余輝時間，通常供觀察一般信號波形用的是發(fā)綠光的，屬中余輝示波管，供觀察非周期性及低頻信號用的是發(fā)橙黃色光的，屬長余輝示波管；供照相用的示波器中，一般都采用發(fā)藍色的短余輝示波管。
2．垂直（Y軸）放大電路
由于示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度甚低，例如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.86mm/V（約12V電壓產(chǎn)生1cm的偏轉(zhuǎn)量），所以一般的被測信號電壓都要先經(jīng)過垂直放大電路的放大，再加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，以得到垂直方向的適當(dāng)大小的形。
3．水平（X軸）放大電路
由于示波管水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度也很低，所以接入示波管水平偏轉(zhuǎn)板的電壓（鋸齒波電壓或其它電壓）也要先經(jīng)過水平放大電路的放大以后，再加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，以得到水平方向適當(dāng)大小的形。
4．掃描與同步電路
掃描電路產(chǎn)生一個鋸齒波電壓。該鋸齒波電壓的頻率能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。鋸齒波電壓的作用是使示波管陰極發(fā)出的電子束在熒光屏上形成周期性的、與時間成正比的水平位移，即形成時間基線。這樣，才能把加在垂直方向的被測信號按時間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上。
5．電源供給電路
電源供給電路供給垂直與水平放大電路、掃描與同步電路以及示波管與控制電路所需的負高壓、燈絲電壓等。
由示波器的原理功能方框可見，被測信號電壓加到示波器的Y軸輸入端，經(jīng)垂直放大電路加于示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板。示波管的水平偏轉(zhuǎn)電壓，雖然多數(shù)情況都采用鋸齒電壓（用于觀察波形時），但有時也采用其它的外加電壓（用于測量頻率、相位差等時），因此在水平放大電路輸入端有一個水平信號選擇開關(guān)，以便按照需要選用示波器內(nèi)部的鋸齒波電壓，或選用外加在X軸輸入端上的其它電壓來作為水平偏轉(zhuǎn)電壓。
此外，為了使熒光屏上顯示的形保持穩(wěn)定，要求鋸齒波電壓信號的頻率和被測信號的頻率保持同步。這樣，不僅要求鋸齒波電壓的頻率能連續(xù)調(diào)節(jié)，而且在產(chǎn)生鋸齒波的電路上還要輸入一個同步信號。這樣，對于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始、連續(xù)不斷的鋸齒波）一種狀態(tài)的簡易示波器（如國產(chǎn)SB10型等示波器）而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被觀察信號頻率相關(guān)的同步信號，以牽制鋸齒波的振蕩頻率。對于具有等待掃描功能（即平時不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測信號來到時才產(chǎn)生一個鋸齒波，進行一次掃描）功能的示波器（如國產(chǎn)ST-16型示波器、SR-8型雙蹤示波器等而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被測信號相關(guān)的觸發(fā)信號，使掃描過程與被測信號密切配合。為了適應(yīng)各種需要，同步（或觸發(fā)）信號可通過同步或觸發(fā)信號選擇開關(guān)來選擇，通常來源有3個：①從垂直放大電路引來被測信號作為同步（或觸發(fā)）信號，此信號稱為“內(nèi)同步”（或“內(nèi)觸發(fā)”）信號；②引入某種相關(guān)的外加信號為同步（或觸發(fā)）信號，此信號稱為“外同步”（或“外觸發(fā)”）信號，該信號加在外同步（或外觸發(fā)）輸入端；③有些示波器的同步信號選擇開關(guān)還有一檔“電源同步”，是由220V，50Hz電源電壓，通過變壓器次級降壓后作為同步信號。
（二）波形顯示的基本原理
由示波管的原理可知，一個直流電壓加到一對偏轉(zhuǎn)板上時，將使光點在熒光屏上產(chǎn)生一個固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。如果分別將兩個直流電壓同時加到垂直和水平兩對偏轉(zhuǎn)板上，則熒光屏上的光點位置就由兩個方向的位移所共同決定。
若被測信號電壓的頻率等于鋸齒波電壓頻率整數(shù)倍數(shù)時，則熒光屏上將顯示出周期為整數(shù)的被測信號穩(wěn)定波形。而當(dāng)被測信號電壓的頻率與鋸齒波電壓的頻率不成整數(shù)倍數(shù)時，則熒光屏上不能獲得穩(wěn)定的波形，如5-7所示。在5-7中，第一次掃描時，屏上顯示的是0～1這段波形曲線；第二次掃描時，屏上顯示1～2這段波形曲線；第三次掃描時，屏上顯示2～3這段波形曲線；……可見，每次熒光屏上顯示的波形曲線都不同，所以形不穩(wěn)定。
由上述可見，為使熒光屏上的形穩(wěn)定，被測信號電壓的頻率應(yīng)與鋸齒波電壓的頻率保持整數(shù)比的關(guān)系，即同步關(guān)系。為了實現(xiàn)這一點，就要求鋸齒波電壓的頻率連續(xù)可調(diào)，以便適應(yīng)觀察各種不同頻率的周期信號。其次，由于被測信號頻率和鋸齒波振蕩信號頻率的相對不穩(wěn)定性，即使把鋸齒波電壓的頻率臨時調(diào)到與被測信號頻率成整倍數(shù)關(guān)系，也不能使形一直保持穩(wěn)定。因此，示波器中都設(shè)有同步裝置。也就是在鋸齒波電路的某部分加上一個同步信號來促使掃描的同步，對于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始連續(xù)不斷的鋸齒波）一種狀態(tài)的簡易示波器（如國產(chǎn)SB-10型示波器等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被觀察信號頻率相關(guān)的同步信號，當(dāng)所加同步信號的頻率接近鋸齒波頻率的自主振蕩頻率（或接近其整數(shù)倍）時，就可以把鋸齒波頻率“拖入同步”或“鎖住”。對于具有等待掃描（即平時不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測信號來到時才產(chǎn)生一個鋸齒波進行一次掃描）功能的示波器（如國產(chǎn)ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型雙蹤示波器等等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被測信號相關(guān)的觸發(fā)信號，使掃描過程與被測信號密切配合。這樣，只要按照需要來選擇適當(dāng)?shù)耐叫盘柣蛴|發(fā)信號，便可使任何欲研究的過程與鋸齒波掃描頻率保持同步。
示波器-顯示原理
在電子實踐技術(shù)過程中，常常需要同時觀察兩種（或兩種以上）信號隨時間變化的過程。并對這些不同信號進行電參量的測試和比較。為了達到這個目的，人們在應(yīng)用普通示波器原理的基礎(chǔ)上，采用了以下兩種同時顯示多個波形的方法：一種是雙線（或多線）示波法；另一種是雙蹤（或多蹤）示波法。應(yīng)用這兩種方法制造出來的示波器分別稱為雙線（或多線）示波器和雙蹤（或多蹤）示波器。
1．雙線（或多線）示波
雙線（或多線）示波器是采用雙（或多）示波管來實現(xiàn)的。下面以雙示波管為例加以簡單說明。雙示波管有兩個互相獨立的電子產(chǎn)生兩束電子。另有兩組互相獨立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，它們各自控制一束電子作上下、左右的運動。熒光屏是共用的，因而屏上可以同時顯示出兩種不同的電信號波形，雙線示波也可以采用單雙線示波管來實現(xiàn)。這種示波管只有一個電子，在工作時是依靠特殊的電極把電子分成兩束。然后，由管內(nèi)的兩組互相獨立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，分別控制兩束電子上下、左右運動。熒光屏是共用的，能同時顯示出兩種不同的電信號波形。由于雙線示波管的制造工藝要求高，成本也高，所以應(yīng)用并不十分普遍。
2．雙蹤（或多蹤）示波
雙蹤（或多蹤）示波是在單線示波器的基礎(chǔ)上，增設(shè)一個專用電子開關(guān)，用它來實現(xiàn)兩種（或多種）波形的分別顯示。由于實現(xiàn)雙蹤（或多蹤）示波比實現(xiàn)雙線（或多線）示波來得簡單，不需要使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴的“雙腔”或“多腔”示波管，所以雙蹤（或多蹤）示波獲得了普遍的應(yīng)用。
（1）雙蹤示波的顯示原理
電子開關(guān)K的作用是使加在示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上的兩種信號電壓作周期性轉(zhuǎn)換。例如，在0～1這段時間里，電子開關(guān)K與信號通道A接通，這時在熒光屏上顯示出信號UA的一段波形；在1～2這段時間里，電子開關(guān)K與信號通道B接通，這時在熒光屏上顯現(xiàn)出信號UB的一段波形；在2～3這段時間里，熒光屏上再一次顯示出信號UA的一段波形；在3～4這段時間里，熒光屏上將再一次顯示出UB的一段波形……。這樣，兩個信號在熒光屏上雖然是交替顯示的，但由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象和熒光屏的余輝（高速電子在停止沖擊熒光屏后，熒光屏上受沖擊處仍保留一段發(fā)光時間）現(xiàn)象，就可在熒光屏上同時看到兩個被測信號波形 。
為了保持熒光屏顯示出來的兩種信號波形穩(wěn)定，則要求被測信號頻率、掃描信號頻率與電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率三者之間必須滿足一定的關(guān)系。
首先，兩個被測信號頻率與掃描信號頻率之間應(yīng)該是成整數(shù)比的關(guān)系，也就是要求“同步”。這一點與單線示波器的原理是相同的，只是現(xiàn)在的被測信號是兩個，而掃描電壓是一個。在實際應(yīng)用中，需要觀察和比較的兩個信號常常是互相有內(nèi)在聯(lián)系的，所以上述的同步要求一般是容易滿足的。
為了使熒光屏上顯示的兩個被測信號波形都穩(wěn)定，除滿足上述要求外，還必須合理地選擇電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率，使得在示波器上所顯示的波形個數(shù)合適，以便于觀察。下面談?wù)勲娮娱_關(guān)的工作方式問題，這個問題與電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率有關(guān)。
電子開關(guān)的工作方式有“交替”轉(zhuǎn)換和“斷續(xù)”轉(zhuǎn)換兩種。
電子開關(guān)“交替”轉(zhuǎn)換工作方式的波形示意。在0～1時間內(nèi)，電子開關(guān)與通道A接通，加在X軸上的掃描信號開始進行第一個正程掃描，此時熒光屏上將顯現(xiàn)出信號UA的波形；在完成UA波形顯示后，掃描電壓迅速回掃；在1～2時間內(nèi)，電子開關(guān)K與通道B接通，X軸上的掃描信號開始進行第二個正程掃描，熒光屏上將顯示出信號UB的波形；在2～3時間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號UA的波形；在3～4時間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號UB的波形……。由此可見，被測信號UA、UB的波形是依次、交替地出現(xiàn)在熒光屏上的，熒光屏上顯示的波形。顯然，此時電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換與X軸的掃描始終保持著一致的步調(diào)，即電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率等于X軸掃描信號的頻率。
采用交替轉(zhuǎn)換工作方式的顯示的波形與雙線示波法所顯示的波形非常相似，它們都沒有間斷點。但由于被測信號UA、UB的波形是依次交替地出現(xiàn)在熒光屏上的，所以，如果交替的間隙時間超過了人眼的視覺暫留時間和熒光屏的余輝時間，則人們所看到的熒光屏上的波形就會有閃爍現(xiàn)象。為了避免這種情況的出現(xiàn)，就要求電子開關(guān)有足夠高的轉(zhuǎn)換頻率。這就是說當(dāng)被測信號的頻率較低時，不宜采用交替轉(zhuǎn)換工作方式，而應(yīng)采用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式。
當(dāng)電子開關(guān)用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式時，在X軸掃描的每一個過程中，電子開關(guān)都以足夠高的轉(zhuǎn)換頻率，分別對所顯示的每個被測信號進行多次取樣。這樣，即使被測信號頻率較低，也可避免出現(xiàn)波形的閃爍現(xiàn)象。同時，由于在一次掃描的過程中，光點在兩個形上交換的次數(shù)極多，所以形上的細小斷裂痕跡不顯著，
并不妨礙對波形細節(jié)的觀察。5-10是電于開關(guān)采用斷續(xù)轉(zhuǎn)換方式時的波形示意。實際上，由于開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率選得遠大于X軸掃描頻率，所以熒光屏上顯示的形不會是5-10所示的斷續(xù)形，而是連續(xù)的形。中垂直方向的細虛線表示了電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程。因在轉(zhuǎn)換過程中示波器電路的設(shè)置使電子束截止，所以中所示的垂直細虛線實際上也是不可見的。
在了解上述用電子開關(guān)來實現(xiàn)雙蹤示波的原理后，就不難聯(lián)想到用環(huán)形計數(shù)器來實現(xiàn)多蹤示波的原理。由于兩者的顯示原理相似，這里就不再贅述。
（2）雙蹤示波器的基本組成
雙蹤示波器主要是由兩個通道的Y軸前置放大電路、門控電路、電子開關(guān)、混合電路、延遲電路、Y軸后置放大電路、觸發(fā)電路、掃描電路、X軸放大電路、Z軸放大電路、校準(zhǔn)信號電路、示波管和高低壓電源供給電路等組成。
觀察信號波形時，被測信號uA，uB通過YA，YB兩個輸入端輸入示波器，先分別送到Y(jié)軸前置放大電路YA和YB進行放大。因通道YA和通道YB都受電子開關(guān)的控制，所以uA，uB兩信號輪換著輸送到后面的混合電路，加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上。
為了適應(yīng)各種不同的測試需要，電子開關(guān)可有五種不同的工作狀態(tài)，即交替、YA、YB、YA+YB、斷續(xù)等。這5種工作狀態(tài)由顯示方式開關(guān)來控制。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于交替位置時，電子開關(guān)為一雙穩(wěn)態(tài)電路。它受由掃描電路來的閘門信號控制，使得Y軸兩個前置通道隨著掃描電路門信號的變化而交替地工作。每秒鐘交替轉(zhuǎn)換次數(shù)與由掃描電路產(chǎn)生的掃描信號的重復(fù)頻率有關(guān)。交替工作狀態(tài)適用于觀察頻率不太低的被測信號。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于YA或YB位置時，電子開關(guān)為一單穩(wěn)態(tài)電路。前置放大電路YA或YB可單獨工作，此時，雙蹤示波器可作為普通單線示波器使用。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于YA+YB位置時，電子開關(guān)處于不工作狀態(tài)。此時，YA、YB兩通道同時工作，因而可得到兩信號相加或兩信號相減的顯示。然而，兩信號究竟是相加還是相減，這要通過YA通道的極性作用開關(guān)來選擇。這個開關(guān)有兩個位置，在第一個位置時，熒光屏上的形為兩信號之和；在第二個位置（-YA）時，熒光屏上的形為兩信號之差。
為了觀察被測信號隨時間變化的波形，示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上必須加以線性掃描電壓（鋸齒波電壓）。這個掃描電壓是由掃描電路產(chǎn)生的。當(dāng)觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路時，觸發(fā)了掃描電路，掃描電路就產(chǎn)生相應(yīng)的掃描信號；當(dāng)不加觸發(fā)信號時，掃描電路就不產(chǎn)生掃描信號。
觸發(fā)有內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)兩種，由觸發(fā)選擇開關(guān)來選擇。當(dāng)該開關(guān)置于內(nèi)的位置時，觸發(fā)信號來自經(jīng)Y軸通道送入的被測信號。當(dāng)該開關(guān)置于外的位置時，觸發(fā)信號是由外部送入的。這個信號應(yīng)與被測信號的頻率成整數(shù)比的關(guān)系。示波器在使用中，多數(shù)采用內(nèi)觸發(fā)工作方式。
所謂內(nèi)觸發(fā)也分為兩種情況，并由內(nèi)觸發(fā)選擇開關(guān)控制。當(dāng)開關(guān)置于常態(tài)的位置時，觸發(fā)電路的觸發(fā)信號來自YA，YB通道。此時，兩個通道即可同時穩(wěn)定地顯示出各自的被測信號。當(dāng)用雙蹤顯示來作時間比較分析時，就應(yīng)該將內(nèi)觸發(fā)選擇開關(guān)置于YB的位置。在這個位置時，觸發(fā)電路的觸發(fā)信號只取自YB通道的輸入信號。此時只有當(dāng)uA，uB的頻率成整數(shù)比時，熒光屏上才能同時穩(wěn)定地顯示兩個波形。
掃描電路產(chǎn)生的掃描信號（鋸齒波信號），通過X軸選擇開關(guān)接到X軸放大電路，經(jīng)放大后送到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板。這就是通常在觀察信號隨時間變化的波形時，開關(guān)選掃描檔的情況。除上述情況外，用示波器進行其它測試（比如觀察李沙育形）時，開關(guān)置X外接檔，此時可將X軸輸入端輸入的信號，加到X軸放大電路進行放大，隨后再送至X軸偏轉(zhuǎn)板。
Z軸放大電路對熒光屏上光點輝度起著調(diào)節(jié)的作用，抹去不必要顯示的光點軌跡。當(dāng)掃描電路閘門信號來到Z軸放大電路，Z軸放大電路便輸出正向的增輝脈沖信號，加至示波管的控制極。這就是說，在掃描信號的過程中，熒光屏上的光點得以增輝；在電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程中，電子開關(guān)電路將輸出脈沖信號也加至Z軸放大電路，此時Z軸放大電路便輸出負向脈沖信號，加至示波管的控制極。這樣，在電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程中，就消去了兩個通道交替工作時的過渡光點，以提高顯示波形的清晰度。
校正信號電路產(chǎn)生一個一定頻率、一定幅度的矩形信號（如國產(chǎn)SR-8型兩蹤示波器的校正信號是頻率為lkHz、幅度為1V）。它是作校正Y軸放大電路的靈敏度和X軸的掃描速度之用的。高、低壓電源供給電路中的低壓是供給示波器各級所需的低壓電源的，高壓是供給示波管顯示系統(tǒng)電源的。
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