示波器掃描與觸發(fā)方式的選擇

1、第23卷 第3期 大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)2010年6月PH Y SICA L EXPERIM ENT OF CO LL EG EJun.2010收稿日期:2010 02 26文章編號(hào):1007 2934(201003 0020 03示波器掃描與觸發(fā)方式的選擇王全宇(蘭州交通大學(xué),甘肅蘭州730000摘 要:正確選擇示波器的掃描和觸發(fā)方式,是進(jìn)行電子測(cè)試和獲得正確數(shù)據(jù)的前提,也是示波器應(yīng)用的難點(diǎn)。示波器常用連續(xù)和觸發(fā)兩種掃描方式,通過對(duì)其原理的介紹和對(duì)脈沖信號(hào)測(cè)試的對(duì)比分析,揭示兩種方式不同的測(cè)試特征。觸發(fā)掃描有常態(tài)、自動(dòng)和單次三種觸發(fā)方式,通過對(duì)其工作機(jī)制的探討,結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn),得出基于不

2、同測(cè)試信號(hào)和測(cè)試目的的觸發(fā)方式選擇方法,以解決示波器應(yīng)用和教學(xué)中的難點(diǎn)問題。關(guān)鍵詞:示波器;掃描;觸發(fā)中圖分類號(hào):T M 935.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A示波器是最重要、最常用的基礎(chǔ)電子測(cè)試儀器,其最主要的功能是精確復(fù)現(xiàn)電壓波形的時(shí)間函數(shù),解決復(fù)雜信號(hào)的 信號(hào)存在 和 定量分析 兩個(gè)方面的問題。在示波器的使用過程中,掃描和觸發(fā)方式的正確選擇,是進(jìn)行電子測(cè)試和獲得正確數(shù)據(jù)的前提。在示波器的教學(xué)過程中,掃描和觸發(fā)方式的選擇,也是學(xué)生理解和應(yīng)用的難點(diǎn)。本文通過對(duì)示波器掃描和觸發(fā)原理的分析,不同方式在測(cè)試中的對(duì)比,探討掃描和觸發(fā)方式的選擇,以解決教學(xué)和使用中普遍存在的問題1,2。1 連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描1.1

3、 掃描方式及其選擇示波器的掃描系統(tǒng)也稱時(shí)基電路,用來產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間作線性變化的鋸齒波掃描電壓。掃描就是對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行高速跟蹤,被測(cè)信號(hào)頻率不同,掃描要達(dá)到相應(yīng)的速度才能跟蹤得上,而且要與被測(cè)信號(hào)同步。掃描信號(hào)的一個(gè)周期對(duì)應(yīng)了屏幕光斑從左到右的一次運(yùn)動(dòng),為了使屏幕上的信號(hào)波形清晰穩(wěn)定,需保證每次掃描的起始時(shí)間是合適的,控制產(chǎn)生時(shí)間基線的各種方式稱為掃描方式3。掃描方式通常分連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描。連續(xù)掃描方式,即自激掃描,無論有無被測(cè)信號(hào)輸入,掃描總是連續(xù)進(jìn)行。若想在屏幕上得到穩(wěn)定的波形,必須保持掃描頻率與被測(cè)信號(hào)頻率維持整數(shù)倍的關(guān)系。觸發(fā)掃描方式,也稱等待掃描,由被測(cè)信號(hào)激發(fā)掃描發(fā)生器產(chǎn)生間斷的掃

4、描信號(hào),每次掃描均由被測(cè)信號(hào)觸發(fā)啟動(dòng)。當(dāng)信號(hào)到來時(shí),示波器進(jìn)行一次掃描。沒有信號(hào)時(shí),掃描也就停止,等待下一次信號(hào)的到來。連續(xù)掃描的掃描電壓為周期性鋸齒波電壓,即使沒有外加信號(hào),在熒光屏上也能顯示一條時(shí)基線。觸發(fā)掃描只有在外加觸發(fā)信號(hào)的作用下,熒光屏上才有時(shí)基線;無觸發(fā)信號(hào),熒光屏只顯示一光點(diǎn),防止了熒光物質(zhì)的燒損,避免或延長了黑屏故障的出現(xiàn)。連續(xù)掃描適合于連續(xù)的的高頻周期性信號(hào)測(cè)量,但觀測(cè)脈沖信號(hào)有很大的局限性,特別是研究脈沖持續(xù)與重復(fù)周期之比(占空比 /T 很小的脈沖過程時(shí),問題更為突出。觸發(fā)掃描是在被測(cè)信號(hào)電平達(dá)到觸發(fā)電平時(shí),才產(chǎn)生掃描電壓,掃描電壓與被測(cè)信號(hào)保持嚴(yán)格的同步關(guān)系4。1.2

5、掃描方式的比較連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描的比較如圖1所示,其中圖1(a為被測(cè)脈沖。若用連續(xù)掃描顯示,掃描信號(hào)的周期有以下兩種可能的選擇。選擇掃描周期T n 等于脈沖重復(fù)周期T s ,如圖1(b所示。屏幕上出現(xiàn)的脈沖波形集中在時(shí)間基線的起始部分,即圖形在水平方向被壓縮,以致難以看清脈沖波形的細(xì)節(jié),如觀測(cè)它的前后沿時(shí)間。選擇掃描周期T n 等于脈沖底寬 ,減小掃描周期,將脈沖波形在水平方向展寬,如圖1(c所示。一個(gè)脈沖周期內(nèi),完成多次掃描,只有一次掃描出脈沖圖形,屏幕顯示非常暗淡,而時(shí)間基線卻很明亮。這給觀察同樣帶來了困難,而且掃描的同步很難實(shí)現(xiàn)。利用觸發(fā)掃描可解決脈沖示波測(cè)量的困難,如圖1(d所示。只有

6、在被測(cè)脈沖到來時(shí)才掃描一次,只要選擇掃描電壓的持續(xù)時(shí)間等于或稍大于脈沖底寬,波形就可展寬到幾乎布滿橫軸。同時(shí),由于在兩個(gè)脈沖間隔時(shí)間內(nèi)沒有掃描,因而不會(huì)產(chǎn)生很亮的時(shí)間基線5,6 。圖1連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的比較2 觸發(fā)方式2.1 觸發(fā)方式觸發(fā)掃描有常態(tài)、自動(dòng)和單次三種觸發(fā)方式可供選擇,以適應(yīng)不同的被測(cè)信號(hào)與測(cè)試目的。常態(tài)觸發(fā)方式,采用來自Y 軸或外接觸發(fā)源的輸入信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)掃描,是常用的觸發(fā)掃描方式。只有觸發(fā)信號(hào)作用后掃描電路才工作,無觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí),掃描處于準(zhǔn)備狀態(tài),對(duì)于模擬示波器而言,屏幕上無光跡顯示;對(duì)于數(shù)字示波器而言,波形不會(huì)更新。自動(dòng)觸發(fā)方式,是在自動(dòng)電路(單穩(wěn)態(tài)電路作用下,實(shí)現(xiàn)觸發(fā)掃

7、描和連續(xù)掃描的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。無信號(hào)輸入時(shí),掃描系統(tǒng)仍然工作,屏幕上顯示出掃描基線。一旦有信號(hào)輸入時(shí),電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換到觸發(fā)掃描狀態(tài)。常態(tài)觸發(fā)方式由被測(cè)信號(hào)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖,通過對(duì)被測(cè)信號(hào)的整形處理獲得同步性能很好的觸發(fā)信號(hào),從而得到穩(wěn)定的顯示。但是一旦觸發(fā)信號(hào)消失或幅度過小,掃描就停止,屏幕上沒有任何光跡。而連續(xù)掃描可保證任何條件下都可得到一定的顯示輸出,但無法保證同步。自動(dòng)觸發(fā)方式解決上面兩種方式的缺陷,能夠從被測(cè)信號(hào)中獲得合適的觸發(fā)信號(hào)時(shí),系統(tǒng)采用觸發(fā)掃描方式;如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)找不到觸發(fā)信號(hào),則強(qiáng)制進(jìn)入連續(xù)觸發(fā)狀態(tài)。單次觸發(fā)方式,是通過手動(dòng)按鈕控制,實(shí)現(xiàn)只進(jìn)行一次掃描的觸發(fā)方式。這種方式下,按單次按鈕

8、使掃描電路復(fù)位,做好準(zhǔn)備,觸發(fā)信號(hào)到來后產(chǎn)生一次掃描,掃描結(jié)束后,電路進(jìn)入休止?fàn)顟B(tài),即使再有滿足觸發(fā)條件的信號(hào)出現(xiàn)也不再進(jìn)行掃描7。2.2 觸發(fā)方式的選擇在實(shí)際使用中,觸發(fā)方式的選擇常常是根據(jù)被測(cè)信號(hào)特性和要觀測(cè)的內(nèi)容作出的,其間并沒有什么固定的規(guī)則,而往往是一個(gè)交互的過程,即通過選擇不同的觸發(fā)方式了解信號(hào)的特性,又根據(jù)信號(hào)的特性和想要觀測(cè)的內(nèi)容選擇有效的觸發(fā)方式。在這個(gè)過程中最重要的是要理解不同觸發(fā)方式的工作機(jī)制,了解被觀測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)以及明確所要觀測(cè)的內(nèi)容。一般來說,在對(duì)信號(hào)的特點(diǎn)不是很了解的時(shí)候,應(yīng)該選擇自動(dòng)方式,因?yàn)檫@時(shí)示波器會(huì)掃描,至少能在屏幕上看到掃描線,不會(huì)什么都沒有。有掃描線后可

9、以通過調(diào)節(jié)垂直增益、垂直位置、時(shí)基速率等參數(shù)捕捉波形,然后通過選擇觸發(fā)源、觸發(fā)邊沿、觸發(fā)電平等穩(wěn)定波形。對(duì)于模擬示波器來說,只要信號(hào)是周期性的,其頻率在示波器觀測(cè)范圍內(nèi)并且不太復(fù)雜的話,通過這樣的步驟一般能達(dá)到對(duì)信號(hào)的大體了解,然后根據(jù)需要可作進(jìn)一步的觀測(cè)。在被測(cè)信號(hào)是一些比較簡(jiǎn)單的周期性信號(hào)的情況下,將觸發(fā)方式在自動(dòng)與常態(tài)之間切換,屏幕波形不會(huì)發(fā)生什么變化。常態(tài)方式的作用在于觀測(cè)波形的細(xì)節(jié),特別是對(duì)于比較復(fù)雜的信號(hào),例如視頻同步信號(hào)。因?yàn)闉榱擞^測(cè)細(xì)節(jié),必須將時(shí)基掃描速率調(diào)高,以便于波形展開,這就使得被測(cè)信號(hào)的頻率相對(duì)于示波器掃描速率而言變低。在這種情形下,如果選擇自動(dòng)方式,在一個(gè)被測(cè)信號(hào)周期

10、內(nèi),就會(huì)進(jìn)行多次掃描,從而造成顯示波形的混21示波器掃描與觸發(fā)方式的選擇疊,不能清晰地顯示想要觀測(cè)的波形細(xì)節(jié)。單次觸發(fā)方式一般用來去觀察非重復(fù)信號(hào)或單次瞬變信號(hào)。對(duì)于普通模擬示波器而言,在這種方式下什么也看不到,因?yàn)椴ㄐ我婚W而過,示波器不能將其保留。因此只有與照相機(jī)配合將一閃而過的波形拍下來。對(duì)于數(shù)字存儲(chǔ)示波器而言,單次觸發(fā)方式能夠表現(xiàn)出很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),可以捕捉單次出現(xiàn)或多次出現(xiàn)但不太具有周期性的信號(hào)。雖然使用正常方式也能夠捕捉單次的信號(hào),但如果信號(hào)是多次而非單次時(shí),后面出現(xiàn)的信號(hào)所觸發(fā)的掃描就會(huì)將前面捕獲的結(jié)果抹去,反而得不到穩(wěn)定的波形。也就是說,單次觸發(fā)方式具有從多次出現(xiàn)的信號(hào)中挑選一個(gè)的能力

11、1,6,7。參考文獻(xiàn):1 鄧斌.電子測(cè)量儀器M.北京:國防工業(yè)出版社,2008:67 92.2 張大彪.電子測(cè)量技術(shù)與儀器M.北京:電子工業(yè)出版社,2008:50 68.3 楊吉祥,高禮忠,詹宏英,等.電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)M.南京:東南大學(xué)出版社,2005:147 158.4 王紫婷,喬愛工.現(xiàn)代電子測(cè)量M.北京:中國鐵道出版社,2008:97 100.5 陳尚松,郭慶,雷加.電子測(cè)量與儀器M.(第2版.北京:電子工業(yè)出版社,2009:226 251.6 張大彪,王薇.電子測(cè)量儀器M.北京:清華大學(xué)出版社,2007:64 67.7 秦云.電子測(cè)量技術(shù)M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008:61

12、 165.Selection of the Scanning and Trigger Mode of O scilloscopeWA NG Quan yu(L anzhou Jiaoto ng U niver sity,Gansu,Lanzho u730000Abstract:T o choose the scanning and trigg er mo de o f oscilloscope,is the prem ise to test an electr onic signal and obtain the co rrect data,is also its application di

13、fficulty.T here are tw o kinds of scanning mode:continuous scanning and trig ger scanning.By introducing the principle of the tw o modes and analyzing the ex ample of pulse sig nal testing using the different modes com parativ ely,reveals the dif ferent testing char acteristics.T her e are three mo des for trigger scanning:Nor m,A uto and Sing le.By discussing their o perating pr inciple,co mbining w ith pr actical application exper iences,it concludes how to cho ice the cor rect trig ger m odes based on different tes