模拟示波器的基本工作原理.pptx

的被测
Y 轴偏转板 被测信号
X 轴偏转板 锯齿波
○1
○2
○3
○4
○3 ○1 ○2 ○4
示波器的荧光屏
图 1.1.5 自动触发引起的被测波形滚动
正弦波的相位不一致。这样，观察者在示波器上看到的波形好像是在滚动，并且多个波形
交 错重叠。这种波形显示，是难以完成观察者记录波形、测量波形的任务的。
只有准确控制X 轴偏转板上的锯齿波电压的触发时刻，使其在被测信号的相同初相角处 发出，才能够使得被测波形在荧光屏上准确重叠，获得稳定的波形显示。如图 1.1.6 所示。
白纸匀速移动
应于时间的流动）的展开。这种设计思想在波
形记录、显示中被广泛采用，比如心电图机，
图 1.1.3 沙漏摆动留下的正弦波
就是用原地摆动的电热针，在匀速移动的记录纸带上描记出心电波形。 利用心电图机的结构，已经可以记录电压信号，但是，示波器在大量的应用中，并不需
要通过消耗纸张来记录波形，而仅仅是观察波形。因此，可以重复使用的荧光屏，被应用到 示波器的设计中。
Y 轴偏转板 被测信号
X 轴偏转板 锯齿波
Y 轴偏转板 被测信号
Slope:
Level
○3○2○1
○1 ○2 ○3 ○4 ○5 ○6
○1
○2
○3
示波器的荧光屏
图 1.1.7 改变触发电平对波形显示的影响
Slope:
Level
X 轴偏转板 锯齿波
示波器的荧光屏
图 1.1.8 触发电平太高或太低，无法触发锯齿波，无波形显示
学海无 涯
原始 输 入 的两 路 被 测信 号 X 轴偏转板 锯齿波
Y 轴偏转板 交替接通两 路被测信号
Slope:
Level
○1 ○2 ○3 ○4 ○5 ○6 ○1 ○2 ○3 ○4 ○5 ○6
○3 ○5 ○1
○2○4 ○6
示波器的荧光屏
图 1.1.12 交替方式实现双踪显示的工作原理
2） 断续显示 在断续方式中，Y 轴偏转板上的负责切换两个通道信号的电子开关，是以一个较高的、 固定的频率，频繁的在通道 1 和通道 2 之间切换，以实现对两路信号的同时显示。如图 1.1.13 所示。通过椭圆小图内的展开波形，可以看到，在一个扫描周期内，电子开关频繁地切换于 两个通道，小图内的纵向虚线，是电子开关切换时留下的痕迹，这些纵线的存在将使得显示 波形很模糊，因此，示波器采用消隐电路，在电子开关切换的瞬间，关闭了电子枪，使得人 肉眼只能看到两条光滑的被测曲线。但是，需要注意的是，当被测信号频率很高时，在示波 器上就可以看到每条曲线都是断续的，这也不利于观察。因此，被测信号频率很高时，应该 采用交替方式实现双踪显示。
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Y 轴偏转板 被测信号
X 轴偏转板 锯齿波
Slope:
Level
Βιβλιοθήκη Baidu○3○2○1
○1 ○2 ○3 ○4 ○5 ○6
○1
○2
○3
示波器的荧光屏
图 1.1.9 将上升沿触发改为下降沿触发引起的显示波形改变
Y 轴偏转板 被测信号
X 轴偏转板 锯齿波
Slope:
Level
○6○5○4○3○2○1
○1 ○2 ○3 ○4 ○5 ○6
所谓的触发源，就是触发 X 轴偏转板产生锯齿波的源信号。当触发源为被测信号本身，示波器可以保证锯齿波的 产生与被测信号同步，进而完成显示的准确重叠，也就是稳定。以被测信号本身作为触发源，是模拟示波器基本工作 原理的表现。
为了增加触发灵活性，以适应更为复杂的测量要求，实际的示波器中，都可以对触发源进行灵活选择。几乎所有 的模拟示波器都具有内触发和外触发选择。所谓外触发，是指触发源来自示波器的外触发端子，而内触发则指触发源 来自被测信号、机内获得了工频电压信号等。
信号上升或者下降，用比较器配合外部的电压设置，可以判断被测信号是否经过这个比较电
压（比如图中的 0V）。这样，再经过一套逻辑电路，可以在被测信号具有相同初相角的时刻，
控制 X 轴偏转板，发出一个锯齿波。这种利用被测信号的周期性，在相同初相角时刻，触
发 X 轴锯齿波扫描信号，使得波形被重叠、稳定地显示于示波器荧光屏的技术，称为同步
当在 Y 偏转板上加入被测信号，而在 X 偏转板上不加电压，可以在示波管的荧光屏上 看到光点随着被测电压的变化而发生位置变化——电压越大，光点位置越靠上方。
当在 X 偏转板上加入一个锯齿波，而在 Y 偏转板上不加电压，可以看到光点从荧光屏 左边出现，匀速移动到右边，然后又迅速在左边重复出现。
当在 X 偏转板上加入一个锯齿波，而在 Y 偏转板上加入一个正弦波，则可以看到，光 点在匀速左移的同时，其 Y 方向位置出现了正弦变化的规律，也就是说，光点的移动轨迹 是一个正弦波。
原始输 入 的两 路 被 测信 号 X 轴偏转板 锯齿波
Y 轴偏转板 以固定频率 接通两路被 测信号
Slope:
Level
○6○5○4○3○2○1 ○1 ○2 ○3 ○4 ○5 ○6
○1 ○2 ○3 ○4 ○5 ○6
示波器的荧光屏
图 1.1.13 断续方式实现双踪显示的工作原理
5．为什么要进行触发源选择？
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模拟示波器的基本工作原理
1．回顾中学的沙漏实验——随时间变化的信号如何在平面展示
物理学理论可以证明，一端通过细绳固定的
重物在作摆动时，与中心垂线的距离满足正弦
波规律。沙漏实验可以清晰地显示这个随时间
变化的波形：用沙漏充当重物，并且在沙漏底 下的桌面上平铺一张纸，当沙漏开始摆动时，
让纸匀速移动。这样，沙漏中流出的细沙，就 在纸上留下了一个正弦波痕迹，如图1.1.3所示。 利用这种设计思想，可以完成波形在平面上（对
○1 ○2 ○3 ○4 ○5 ○6
示波器的荧光屏
图 1.1.10 提高锯齿波扫速对波形显示的影响
Y 轴偏转板 被测信号
Slope:
Level
○2○1
X 轴偏转板 锯齿波
○1 ○2 ○3 ○4 ○5 ○6
○1
○2
示波器的荧光屏
图 1.1.11 降低锯齿波扫速对波形显示的影响
4．怎样实现双踪波形显示？
一般来说，一个示波器只有一套电子枪系统。而在日常测量中，经常需要比较两个或者 两个以上被测信号之间的相位，这就需要示波器能够同时完成两路被测信号的显示。这就 叫 双踪显示。
电子枪 Y偏转板
X偏转板
电子束
光
点
3．怎样将周期性图电1.1压.4 信示波号管稳的定结构地示显意示图 于荧光屏？
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仅靠电子枪、X 偏转板、Y 偏转板和荧光屏，还不能将被测信号稳定地显示在示波器的 荧光屏上。当 X 轴偏转板上加入周期性的锯齿波时，而 Y 轴偏转板上加入被测的正弦信号 ， 示波器的荧光屏上会出现如图 1.1.5 所示的波形。由于 X 轴偏转板的锯齿波频率为机内产 生， 肯定无法保证其与外界被测信号频率同步，因此，就出现了每个锯齿波的起点，对应
触发扫描。图中，锯齿波在○1～○6 时刻满足触发条件，但仅在○1、○3、○5时刻被触发，是因
为在○2、○4、○6时刻，此前的锯齿波尚未扫描结束。
Y 轴偏转板 被测信号
○3○2○1
X 轴偏转板 ○1 ○2 ○3 ○4 ○5 ○6
锯齿波
○1
○2
○3
示波器的荧光屏
图 1.1.6 根据被测信号触发 X 轴锯齿波可以稳定显示波形
2．在示波器上描绘一条曲线——电子枪和荧光屏
在一个封闭玻璃管显示屏的内壁涂上荧光粉，当荧光粉被大量电子形成的电子束轰击 时，会发出荧光。可以发出电子束的设备称为电子枪，它可以连续地发出集束性很强的电子。 这些电子束在飞行过程中，如果遇到电场的作用，会因电场形成的力而改变运行方向，导致 最终电子束落到荧光屏上的位置发生改变，也就是光点改变。根据这个原理制造的示波管， 其结构如图 1.1.4 所示。图中电子枪发出的电子束，经过两个偏转板的作用，会在 X、Y 两 个方向上发生偏转。
示波器内部的电路，通过下述方法，可以检测出被测信号在每个周期中，相同的初相角时刻。
在一个周期性信号中，相同初相角的时刻，各个周期的电压信号具备如下特征：它们的
瞬时电压相等，并且它们上升或者下降的特征相同。在图 1.1.6 中，被测信号在○1～○6 时刻，
具有相同的特征：都是以上升的方式经过 0V 电压。示波器内部，用微分电路可以区分被测
因此，在示波器外部面板上，有控制被测信号在电压多大时触发锯齿波产生的电平旋钮
， 英文标识为 Level，这个电压称为触发电平。有控制被测信号是上升或者下降经过 Level
电 压的选择开关，英文标识为 Slope
为了更加清晰地表述触发扫描中，各个控制开关和旋钮对波形显示的影响，图 1.1.7～
图 1.1.11 给出了几个实例。请读者将这些图和图 1.1.6 作比较。
当触发源选择开关置于外触发时，示波器内部的触发电路将从外触发端子取信号和触发电平比较，产生锯齿波。 用外触发控制锯齿波的产生，可以用于两个信号的相位比较。
当触发源选择开关置于内触发时，如果是单踪显示，则仅有本通道信号作为触发源或者线电压作为触发源两种选 择。而双踪显示时，则可以任意选择通道 1、通道 2、线电压之中的一个作为触发源。
示波器完成双踪显示的方法有两种，分别叫交替显示(ALT)、断续显示(CHOP)。它们都 是利用人眼的视觉暂留现象实现的。这一点，类似于计算机的多任务分时操作，利用设备的 高速性能和人对事物观察的缓慢，让观察者察觉不到设备内部的分时操作。
1） 交替显示 所谓交替显示，就是 Y 轴偏转板上以触发扫描的锯齿波为节拍，交替接通两路被测信号。 如图 1.1.12 所示，○1号锯齿波周期内，Y 轴偏转板上为通道 1 的正弦波，电子束在荧光屏上 扫出一个正弦波片断，○2号锯齿波开始，Y 轴偏转板立即接通通道 2 的三角波，电子束又重 新在荧光屏上扫出一个三角波片断，如此往复，就在荧光屏上得到了正弦波和三角波的同时 显示。在交替显示中，负责切换两个通道信号的电子开关，是以触发后的锯齿波为节拍的。 因此，当被测信号频率较低时，肉眼可以看出这种切换，不利于波形的稳定显示。所以，此 时一般使用断续方式实现双踪显示。