示波器觸發(fā)電路的原理

示波器觸發(fā)電路的原理

1觸發(fā)電路的作用觸發(fā)是使用示波器時最常用的一個詞。要明白觸發(fā)的概念,首先要了解示波器同步的概念。示波器同步是指示波器的掃描或采集信號與被測信號的頻率之間存在著整數倍的關系。觸發(fā)電路實際上起到一個比較器的作用。先設定一些條件,將被測信號不斷地與這些條件相比較,只有當被測信號滿足這些條件時才啟動掃描或采集,同步并穩(wěn)定顯示。觸發(fā)能保證每次掃描或采集的時候,都從輸入信號上與定義的相同的觸發(fā)條件開始,這樣每一次掃描或采集的波形就同步,從而顯示穩(wěn)定的波形。通俗的講觸發(fā)就是用來控制示波器顯示什么。歸納起來有以下幾方面應用:(1)使重復信號穩(wěn)定顯示;(2)對單次信號進行捕獲;(3)對重復信號中的異常波形和單次事件中的特殊波形進行隔離捕獲。2邊緣觸發(fā)的運用一般在金當示波器輸入一個信號,這時如果不對信號的顯示作出相應的控制,那么顯示則是雜亂無章的,如圖1所示,每一屏的顯示都不同,當示波器快速刷新的時候,看到的信號是混疊的、不穩(wěn)定的圖像,無法進行觀察和測量。為了解決這種情況,就需要規(guī)定示波器的觸發(fā)條件,以達到穩(wěn)定同步,把信號清晰的顯示出來。就以最簡單常用的邊緣觸發(fā)來說明一下觸發(fā)的原理。首先分析一下所要觀察的波形:正弦波在一個周期內的波形特征,只有一個唯一的上升和下降沿,那么可以選擇上升沿作為觸發(fā)條件,同時設置一個觸發(fā)電平與上升沿相交,得到一個觸發(fā)點。在正弦波的不同周期,該觸發(fā)點的位置是相同并唯一的,這時當我們把該觸發(fā)點定義在顯示屏幕的特定位置時,示波器每刷新一屏,把滿足觸發(fā)條件的點都放在屏幕的相同位置,由于該點在波形中是唯一相同的,所有不同屏幕的觸發(fā)點都在同一位置,那么屏幕上的顯示就穩(wěn)定同步了,同時刷新一屏只有第一個滿足觸發(fā)條件的點定義為觸發(fā)點,其它被忽略。為方便起見,把觸發(fā)點放在屏幕的最左邊位置,當每刷新一屏時,示波器把滿足觸發(fā)條件的點放在同一點,波形就穩(wěn)定地被顯示在示波器的屏幕上,波形如圖2所示。3模擬示波器觸發(fā)電路觸發(fā)電路的作用是提供符合要求的觸發(fā)脈沖,去啟動掃描或采集,它是水平通道的一部分。包括觸發(fā)源選擇、觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)方式選擇、觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平選擇和觸發(fā)放大整形等電路。圖3為模擬示波器觸發(fā)電路示意圖。數字示波器的觸發(fā)電路原理與模擬示波器類似,這里就不給出了。3.1外觸發(fā)源適用內觸發(fā)(INT):將垂直通道前置放大器輸出(延遲線前的被測信號)作為觸發(fā)信號,適用于觀測被測信號。內觸發(fā)的源可以是任何輸入通道。外觸發(fā)(EXT):用外接的與被測信號有嚴格同步關系的信號作為觸發(fā)源,可用于比較兩個信號的同步關系。電源觸發(fā)(LINE):用50Hz工頻正弦信號作為觸發(fā)源,適用于觀測與50Hz交流有同步關系的信號。3.2sds3000b系列示波器觸發(fā)耦合當觸發(fā)信號存在干擾和噪聲的時候,就需要通過觸發(fā)耦合來凈化觸發(fā)信號,使觸發(fā)電路能夠完成預期的工作,不出現(xiàn)誤觸發(fā)。觸發(fā)電路產生的只是控制信號,用來控制示波器的存儲和顯示,它不會影響到被測信號的顯示,所以使用觸發(fā)耦合不會對被測信號有任何影響。觸發(fā)耦合有直流耦合。交流耦合、高頻抑制、低頻抑制和噪聲過濾等,在應用中有各自不同的用法。表1給出了Tektronix公司的TDS3000B系列示波器的觸發(fā)耦合方式和作用,其它型號不盡相同。需要注意的一點就是觸發(fā)耦合與垂直通道耦合是有本質區(qū)別的,垂直耦合會影響到被測波形。3.3觸發(fā)電平的保護觸發(fā)極性也稱觸發(fā)斜率,是指觸發(fā)點位于觸發(fā)源信號的上升沿(正極性)還是下降沿(負極性)。觸發(fā)電平指觸發(fā)脈沖到來時所對應的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時值。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平決定觸發(fā)脈沖產生的時刻,并決定被顯示信號的起始點。3.4兩次觸發(fā)下的掃描觸發(fā)模式是指一些為產生觸發(fā)所選定的方式,以滿足不同的觀測需要。常見的觸發(fā)模式有以下幾種:自動(AUTO):在這種模式下,當觸發(fā)沒有發(fā)生時,示波器的掃描系統(tǒng)會根據設定的掃描速率自動進行掃描;當有觸發(fā)發(fā)生時,掃描系統(tǒng)會盡量按信號的頻率進行掃描。所以在這種模式下不論觸發(fā)條件是否滿足,示波器都會產生掃描,都可以在屏幕上可以看到有變化的掃描線。正常(NORMAL):這種模式下,示波器只有當觸發(fā)條件滿足了才進行掃描。因此在該模式下如果沒有觸發(fā)的話,對于模擬示波器而言會看不到掃描線,屏幕上什么都沒有,對于數字示波器而言會看不到波形更新。正常模式的作用在于觀測波形的細節(jié),特別是對于比較復雜的信號,例如視頻同步信號。為了觀測細節(jié),必須將時基掃描速率調高,以便將波形展開,這樣就會使得被觀測信號的頻率相對于示波器掃描速率而言變低,也就是說,在兩次觸發(fā)之間示波器可能會作很多次掃描。這種情形下如果選擇的是自動模式,示波器就會實際進行所有這些掃描,其結果是使這些掃描(它們不是由觸發(fā)產生)所對應的波形與觸發(fā)掃描所對應的波形一起顯示,造成顯示波形的混迭,因而不能清晰地顯示需要的波形。而如果選擇的是正常模式,這些在觸發(fā)之間的掃描示波器實際上不會進行,只顯示想看到的與觸發(fā)相聯(lián)系的波形,從而使波形會比較清晰。單次(SINGLE):這種模式與“正常模式”有一點類似,就是只有當觸發(fā)條件滿足時才產生掃描,否則不掃描。而不同在于,這種掃描一但產生并完成后,示波器的掃描系統(tǒng)即進入一種休止狀態(tài),使得后面即使再有滿足觸發(fā)條件的信號出現(xiàn)也不再進行掃描,也就是觸發(fā)一次只掃描一次,即單次,必須通過手工的方法將掃描系統(tǒng)重啟,才能產生下一次觸發(fā)。對于數字示波器而言,單次觸發(fā)用的非常多,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。3.5號的要求放大整形電路的作用是對觸發(fā)信號進行放大整形,以滿足觸發(fā)信號的要求。整形電路的基本形式是電壓比較器,當輸入的觸發(fā)源信號與通過觸發(fā)極性和觸發(fā)電平選擇的信號之差達到某一設定值時,比較電路翻轉,輸出矩形波,然后經過整形,變成觸發(fā)脈沖。4預觸發(fā)的定義傳統(tǒng)的模擬示波器由于沒有存儲單元,觸發(fā)只是示波器顯示波形的一個起始信號,單單定義了波形的起點。但是數字存儲示波器由于把模擬信號數字化,并且存儲到內存之中,觸發(fā)作為一個定義點也同樣被存儲到內存,這種模式就決定了可以把觸發(fā)點放到內存中的任意一個位置。有了這個特性我們就可以看到觸發(fā)之前的波形,也就是我們所說的預觸發(fā),這是數字示波器特有的。通過圖4可以看到被測信號不斷地輸入示波器,這些數字化的信號是遵循先進先出的原理存儲到示波器內存中去的。當在存儲器中定義了觸發(fā)點的位置后,波形點滿足了觸發(fā)條件時,該點就被固定在存儲器定義的觸發(fā)點上了,這時還要參考一個參數就是觸發(fā)延時,它規(guī)定了觸發(fā)點到起點的時間距離,是事先定義好的,存儲器的起點也就固定下來,這時示波器存儲器變成了只進不出,后進來的信號直到填滿存儲深度為止,存滿后再重新刷新。如果是單次捕獲就只存儲刷新一次。很容易看到存儲器起點到觸發(fā)點這段時間記錄的波形數據就是觸發(fā)前的波形信息,我們稱之為預觸發(fā)。而觸發(fā)點到存儲器終點的波形稱之為后觸發(fā)。5未檢測脈沖的號用作觸發(fā)條件的形式很多,最常用最基本的就是邊沿觸發(fā)。模擬示波器一般只有邊沿觸發(fā)一種類型,而數字示波器則非常多,常用的如表2所示。首先,分析這種特殊信號,目標是捕獲在方波信號中存在的與正常脈沖寬度不一樣的窄脈沖。如果我們只設定邊緣觸發(fā),那么每個脈沖都滿足條件,都產生觸發(fā),會產生混疊,這時無法把關心的窄脈沖隔離出來。所以不能用邊緣觸發(fā),而要選擇更高級的觸發(fā)方式。根據信號的特征選用脈沖寬度觸發(fā)功能,設定所要捕獲波形的時間寬度,時間觸發(fā)條件設定為小于,設定觸發(fā)電平。當波形滿足電平觸發(fā)條件的同時,又滿足設定的波形脈沖寬度的觸發(fā)條件,就能捕獲到所關心的窄脈沖了。圖5的波形也可用毛刺觸發(fā)來找出關心的信號。6設置觸發(fā)條件現(xiàn)實工作中所要觀測的信號千變萬化,特別是那些隱藏在標準信號下的偶發(fā)錯誤信號。示波器的作用是觀測這些信號,而其核心是觸發(fā)條件的設置。只有準確的觸發(fā),才能更快更好的觀測要研究