1．4 水平偏轉(zhuǎn)

時基

為了描繪一幅圖形我們必須要有水平和垂直兩個方向的信息。示波器描繪軌跡表明信號隨時間的變化情況因此其水平偏轉(zhuǎn)必須和時間成正比。示波器中控制水平偏轉(zhuǎn)即X軸的系統(tǒng)稱為時基。

在示波器里有一個精確的掃描發(fā)生器。它使得電子束以精確的、用戶可選擇的速度在屏幕上掃描。時基發(fā)生器的輸出示于圖6

掃描速度以每格的秒數(shù)（s/格）來度量。一臺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1－2－5的序列變化。只要我們知道了每個標尺格所代表的時間值就可以測量出屏幕掃跡上任何兩點之間的時間。

例如圖7和圖8顯示的都是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）。

水平位置控制 水平或X軸位置控制機構(gòu)X－POS可以在屏幕上沿水平方向移動掃跡。這樣我們就可以把掃跡上的某一點和某一條垂直標尺線對齊以便為時間測量規(guī)定一個起始點 可變時基  我們可以選擇不同于標準的1－2－5序列設(shè)置值的掃描速度。這樣我們就能夠把任意一個波形的一個周期調(diào)整成�？缯麄�屏幕寬度。和在Y軸方向使用VAR控制機構(gòu)的情況一樣,

圖 7 1kHz 的正弦波時基設(shè)置為1ms/格

多數(shù)示波器會給出指示說明正在使用可變時基X軸處于未校準狀態(tài)。更先進的示波器如我們用作示例的示波器可以工作在校準的連續(xù)可變時基模式。這時由于可以用整個屏幕來顯示信號中我們感興趣的部分所以能獲得更好的測量時間分辨率。同時也能大大減少發(fā)生操作錯誤的可能性。

圖8 1kHz的正弦波時基設(shè)置為200μs/格

時基放大

時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基速度也變快10倍。所以一臺未經(jīng)時基放大的時掃描速度為20ns/格的示波器經(jīng)時基放大后可以以2ns/格的速度掃描。示波器屏幕現(xiàn)在就成了信號上的一個可移動的觀察窗口。和簡單的直接選擇更快的時基速度相比這種方法的好處是能夠在保持原信號不變的情況下更加詳細的觀察信號的細節(jié)。 


圖9說明如何使用X軸位置控制來實現(xiàn)信號的滾動顯示。

雙時基 在很多觀察復(fù)雜信號波形的應(yīng)用場合中往往需要顯示一個波形的一小部分并使它占踞整個屏幕。這種情況的一個典型的例子是觀察研究全部電視信號中某一選定的行的波形。在這類情況中使用標準時基通過正常觸發(fā)的方法是無能為力的。

圖9 時基放大和X軸位置控制

這就是在現(xiàn)代示波器上采用雙時基工作的原因。

在這個例子中示波器的主時基（MTB）可由波形中的主觸發(fā)事件即全電視信號中的垂直同步信號來觸發(fā)。MTB掃跡的一部分顯示得更亮一些這稱為加亮部分。在此加亮部分的起始點時刻第二個時基稱為延遲時基或DTB開始掃描。這第二個時基可按自己的掃描速度來設(shè)置。并且掃描速度比主時基的掃描速度要快。主時基的起始點和加亮部分開始點之間的延遲時間是可調(diào)的。

我們甚至可以作到在選定的延遲時間結(jié)束時不啟動DTB掃描而只是在該時刻為DTB時基的觸發(fā)電路作好觸發(fā)準備。如果過一會兒再發(fā)生新的觸發(fā)事件DTB掃描即將開始。

所以使用雙時基時電子束將以兩個時基的兩種不同的速度交替的在屏幕上掃描。

讓我們來看圖10。首先主時基以500μs/格的速度運行在屏幕上描繪出一個波形。在此掃描期間過了2ms即等于4格的時間以后掃跡被加亮。這段延遲時間由延遲1控制來設(shè)定。波形上加亮部分的時間長度則由DTB掃描時間控制機構(gòu)來高定在我們的例子中現(xiàn)在為50μs/格

當經(jīng)過2ms的延遲時間后延遲時基進行掃描時它只顯示原來主時基掃跡的十分之一。但是這段原來主進基掃跡十分之一的波形段則在整個屏幕上顯示出來。 在老式的示波器上延遲控制指的是延遲時間倍增器。邊是一個帶有刻度的多圈電位器。當掃跡的加亮部分在MTB上根據(jù)需要確定位置以后

圖10 雙時基工作（500μs/格及50μs格4格延遲）

其延遲即可由DTB時基速度和該電位器示出的刻度讀數(shù)相乘而計算出來。由此延遲控制一詞得名。

當我們改變延遲時間時就改變了延遲時基掃描的起始點在主時基上的位置。而改變延遲時基掃描速度則改變在主時其上顯示出來的波形段的長度。

當延遲時基已經(jīng)設(shè)置好并顯示出欲觀察的信號段時我們可以把主時基關(guān)閉。這樣可以使得延遲掃跡變得更亮。

典型雙時基示波器的時基工作模式有： －MTBI＝只用主時基  只用MTB工作時示波器的性能和單時基示波器相同。 －MTB±＝主時基加亮  這時示波器只顯示主時基。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。

圖11 無觸發(fā)的信號波形

－MTB加亮和DTB 
和MTBI相同但也同時顯示DTB掃描。

－DTB＝延遲時基。
只顯示DTB掃描。

在本書的觸發(fā)部分還會進一步討論雙時基的問題。

時基模式 時基電路有幾種工作。對普通模擬示波器來說工作模式有自動、正�；蛴|發(fā)以及單次或單次捕捉等模式。

圖12 觸發(fā)電平設(shè)置對顯示波形的影響

一正常模式 
時基必須受到觸發(fā)才能產(chǎn)生掃跡。其規(guī)律非常簡單即"沒有信號就沒有掃描軌跡"。示波器在選定的觸發(fā)源通道上必須有輸入信號并且該信號必須大到足以觸發(fā)時基電路。如果沒有輸入信號屏幕上就不會有掃描軌跡。

－自動模式 
如果能在沒有輸入信號時也能看到掃跡。這將會是很有用的。在沒有輸入信號以進行觸發(fā)時自動模式將使時基以低頻率自由運行從而在屏幕上產(chǎn)生掃跡。這使得用戶可以設(shè)置掃跡的垂直位置即如果信號僅為一直流電位的情況。

一單次模式

當接收到觸發(fā)信號時進基將進行掃描并且將只掃描一次。對于每次觸發(fā)事件都必須使時基電路作好觸發(fā)準備（atm）。不然的話下面來的觸發(fā)事件將不能啟動時基掃描。對于不同的示波器按動標有單次或復(fù)位的按鈕就使得觸發(fā)電路重新作好觸發(fā)準備。為了避免在單次掃描工作時盲目猜測現(xiàn)代示波器上可以用屏幕上顯示出伏特數(shù)值或顯示水平線的方式來顯示出其觸發(fā)電平值。

1．5 觸 發(fā)

我們已經(jīng)看到在示波管上輸入信號如何提供垂直偏轉(zhuǎn)時基如何給出水平偏轉(zhuǎn)。但是我們?nèi)绾伪ＷC在電子束掃過屏幕時每次都準確地掃過相同的路徑呢？解決這個問題的關(guān)鍵在于觸發(fā)電路。如果沒有觸發(fā)電路你在屏幕上看到的將會是具有隨機起始點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基在屏幕的掃描的時候時基掃描都從輸入信號上的一上精確確定的點開始。這個精確的掃描起始點則由下述控制因素來決定。

圖-13視頻行信號

觸發(fā)源

它決定觸發(fā)信號從哪里獲得。在多數(shù)情況下觸發(fā)信號來自輸入信號本身。所以如果只使用一個通道那么觸發(fā)源就設(shè)置為該通道。如果使用多個通道那么觸發(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輪流使用相應(yīng)的通道觸發(fā)。這對于顯示頻率不相關(guān)的信號時是非常有用的。

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則可驅(qū)動觸發(fā)電路使示波器觸發(fā)。 


如果要觀測在電源頻率或者源于電源頻率系統(tǒng)的信號那么電源觸發(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)的干擾信號的好方法。

觸發(fā)電平

觸發(fā)電平控制機構(gòu)設(shè)置選定觸發(fā)源的信號欲使觸發(fā)電路啟動時基掃描所必須跨越的電壓電平值。

觸發(fā)斜率

觸發(fā)斜率控制機構(gòu)決定觸發(fā)發(fā)生于觸發(fā)源信號的上升沿（"正斜率"）或者下降沿（"負斜率"）

觸發(fā)耦合

用以決定選定的觸發(fā)源信號送往觸發(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)源通過一個串聯(lián)的電容連到觸發(fā)電路。

－峰（－）峰值電平－(Level p（－）p)

將觸發(fā)電平控制機構(gòu)的控制范圍設(shè)置成略小于觸發(fā)源信號的峰（－）峰值。在這種模式下不可能將觸發(fā)電平設(shè)置為超出輸入信號的值所以只要有信號示波器總能觸發(fā)。

－HF抑制 使觸發(fā)源信號通過低通濾波器以抑制其高頻分量。這意味著既使一個低頻信號中包含很多高頻噪音我們?nèi)阅苁蛊浒吹皖l信號觸發(fā)。 －LF抑制 使觸發(fā)源信號通過一個高通濾波器以抑制其低頻成分。這對于顯示包含很多電源交流聲的信號等情況是很有用的。

圖14 復(fù)殺脈沖的觸發(fā)隔離應(yīng)用

－TV觸發(fā)

在這種模式下觸發(fā)電平控制不起作用。這時示波器使用視頻信號中的同步脈沖作為觸發(fā)信號。TV觸發(fā)有兩種模式：幀觸發(fā)TVF和行觸發(fā)TVL

－TVF

每一幀電視圖象由兩場組成。每一場則包含構(gòu)成一個完整的幀所需行數(shù)的一半。在電視屏幕上兩場信號交錯顯示以構(gòu)成一幀的畫面。采用這種技術(shù)減少了傳送一個頻道所需要的帶寬并減小了畫面的閃爍。在每一個場開始的時候都有一個特別的脈沖序列稱為幀同步脈沖。在TVF同步模式下示波器就由幀同步脈沖來觸發(fā)。現(xiàn)代示波器的觸發(fā)控制可以區(qū)分第一場和第二場。

－TVL

每一場包括若干行。每一行都由一個行同步脈沖即行同步信號開始。示波器可以由每一個行同步脈沖來觸發(fā)這樣描繪出的各個行的波形將會重疊在一起。使用幀觸發(fā)和雙時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為視頻行選擇器的特殊的附件PM8917來觀察某一特定的行。使用本書中用作示例的組合示波器時我們可以使用示波器不內(nèi)裝的視頻行計數(shù)器直接選定所需的行號（ 僅即于PM3394A系列示波器）。 觸發(fā)隔離（Trigger Hold-off）

有些信號具有多個可能的觸發(fā)點。這種情況的一個很好的例子是圖14中的數(shù)這信號。該信號雖然在較長的時間周期內(nèi)是重復(fù)的但是在短時間內(nèi)情況則不然。為了更詳細的觀察少數(shù)個別脈沖，必須便使用快速的掃描時基。但是這樣一來每次掃描時顯示出來的信號波形段就是變化不一的。為了解決這個問題我們采用了觸發(fā)隔離功能，時代覆層測厚儀即在各次掃描之間加入延遲時間使得發(fā)描的每次觸發(fā)總是從相同的信號沿開始。

延遲時基觸發(fā)

從本書前面的時基部分我們已經(jīng)知道在MTB掃描時基開始后經(jīng)過一段延遲DTB開始掃描即愛到觸發(fā)。此延遲時間從MTB觸發(fā)點開始計算。經(jīng)過這段時間延遲后DTB實際上是由延遲系統(tǒng)啟動的。這種模式稱為DTB啟動。

和MTB類似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。這些控制機構(gòu)與MTB無關(guān)自己獨立工作。選擇了這種設(shè)置方式后當上述的延遲時間結(jié)束以后DTB就作好觸發(fā)準備。而當輸入信號上探測到新的觸發(fā)事件時DTB才被角發(fā)開始掃描。這種工作模式稱為觸發(fā)工DTB。我們將在本書后面的練習(xí)中介紹如何使用觸發(fā)式DTB。

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。這時示波器將時基關(guān)閉而用另一個與產(chǎn)生垂直偏轉(zhuǎn)的信號不同的信號來使電子束在水平方向偏轉(zhuǎn)。這就是說用兩個信號在X、Y方向同時作用于電子束而描繪出波形以便觀察這兩個信號的關(guān)系。

這種方法最常見的用處是觀察兩信號間的相位關(guān)系。圖15的圖形稱為李薩育圖。這些圖形是當使用互相成諧波頻率關(guān)系的兩個信號分別作X和Y偏轉(zhuǎn)信號時產(chǎn)生的。如果所使用的兩個信號沒有相關(guān)的頻率關(guān)系則不會獲得穩(wěn)定的圖形顯示。對于使用具有固定頻率關(guān)系的兩個信號的情況來說從顯示的圖形中還可以得兩個信號間的相位關(guān)系。作為一個例子圖16給出了由具有相同頻率而相位差分別為0°、45°、90°的兩個信號所形成的圖形。

X－Y顯示模式還可以在很多其它應(yīng)用場合使用。其中很多是在電－機環(huán)境下的應(yīng)用。

圖15 李薩育圖,垂直偏轉(zhuǎn)信號的頻率為水平偏轉(zhuǎn)信號頻率的整倍數(shù)

用適當?shù)膫鞲衅靼盐锢砹孔儞Q成示波器能顯示的信號就可顯示兩個物理量例如位移和壓力之間的關(guān)系。X－Y顯示模式還可以在電子學(xué)實驗室用來進行元件測試工作例如描繪二極管的特性曲線等。事實上，在任何涉及兩個相互關(guān)聯(lián)的物理量的場合都可以使用X－Y顯示模式。

圖16 李薩育圖。 相同頻率的兩個信號加到垂直和水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的情況。

延遲線

雖然延遲線是示波器垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的一部分但是我們將在這里討論它因為觸發(fā)和水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是對其有影響的因素。

無論觸發(fā)和時基電路的速度有多快要對一個有效的觸發(fā)條件作出響應(yīng)都需要一定時間。同時時基電路在其掃描起始點也有一個小的非線性區(qū)。過了這個非線性區(qū)以后時基掃描才達到其全掃描速度。這個非性區(qū)的時間寬度在納秒的數(shù)量級。對于帶寬不寬的示波器來說這個非線性區(qū)的時間和示波器所能顯示的最快的信號相比是可以忽略的。而對于掃描速度可達2ns/格的寬帶示波器來說這個時間對波形的顯示有很大的影響。為了能夠顯示納秒級的波形事件就必須在信號波形中的觸發(fā)事件到達屏幕之前觸發(fā)時基開始掃描。

這就是說當信號的觸發(fā)信息到達偏轉(zhuǎn)板時電子束已經(jīng)提前開始掃描了。這樣就可以觀察完整的波形上升沿或下降沿并能觀察觸發(fā)前若干納秒的信號波形。觸發(fā)前的這個若干納秒的波形稱為預(yù)觸發(fā)信息。這種預(yù)觸發(fā)功能是由在垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中在觸發(fā)電路信號提取點和最后的放大器之間插入一個信號延遲線來實現(xiàn)的。延遲線可以將信號貯存一段時間其時間長度和延遲線的長度成正比。

圖17 延遲線對顯示快速上升的影響

這樣當信號到達延遲線的末端時時基已經(jīng)啟動并正在掃描之中。

小結(jié)

至此我們已經(jīng)通過系統(tǒng)方框圖說明了一臺基本的模擬示波器是如何式作的。

我們已經(jīng)介紹了其各種基本控制功能。后面我們將會看到多數(shù)這些控制功能不僅出現(xiàn)在模擬示波器上也出在數(shù)字存儲示波器上。