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 驗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: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)行電子測試和獲得正確數(shù)據(jù)的前提,也是示波器應(yīng)用的難點。示波器常用連續(xù)和觸發(fā)兩種掃描方式,通過對其原理的介紹和對脈沖信號測試的對比分析,揭示兩種方式不同的測試特征。觸發(fā)掃描有常態(tài)、自動和單次三種觸發(fā)方式,通過對其工作機(jī)制的探討,結(jié)合實際應(yīng)用的經(jīng)驗,得出基于不

2、同測試信號和測試目的的觸發(fā)方式選擇方法,以解決示波器應(yīng)用和教學(xué)中的難點問題。關(guān)鍵詞:示波器;掃描;觸發(fā)中圖分類號:T M 935.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A示波器是最重要、最常用的基礎(chǔ)電子測試儀器,其最主要的功能是精確復(fù)現(xiàn)電壓波形的時間函數(shù),解決復(fù)雜信號的 信號存在 和 定量分析 兩個方面的問題。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。本文通過對示波器掃描和觸發(fā)原理的分析,不同方式在測試中的對比,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)也稱時基電路,用來產(chǎn)生一個隨時間作線性變化的鋸齒波掃描電壓。掃描就是對被測信號進(jìn)行高速跟蹤,被測信號頻率不同,掃描要達(dá)到相應(yīng)的速度才能跟蹤得上,而且要與被測信號同步。掃描信號的一個周期對應(yīng)了屏幕光斑從左到右的一次運動,為了使屏幕上的信號波形清晰穩(wěn)定,需保證每次掃描的起始時間是合適的,控制產(chǎn)生時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,無論有無被測信號輸入,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信號頻率維持整數(shù)倍的關(guān)系。觸發(fā)掃描方式,也稱等待掃描,由被測信號激發(fā)掃描發(fā)生器產(chǎn)生間斷的掃

4、描信號,每次掃描均由被測信號觸發(fā)啟動。當(dāng)信號到來時,示波器進(jìn)行一次掃描。沒有信號時,掃描也就停止,等待下一次信號的到來。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,在熒光屏上也能顯示一條時基線。觸發(fā)掃描只有在外加觸發(fā)信號的作用下,熒光屏上才有時基線;無觸發(fā)信號,熒光屏只顯示一光點,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測量,但觀測脈沖信號有很大的局限性,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,問題更為突出。觸發(fā)掃描是在被測信號電平達(dá)到觸發(fā)電平時,才產(chǎn)生掃描電壓,掃描電壓與被測信號保持嚴(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為被測脈沖。若用連續(xù)掃描顯示,掃描信號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),如觀測它的前后沿時間。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現(xiàn)。利用觸發(fā)掃描可解決脈沖示波測量的困難,如圖1(d所示。只有

6、在被測脈沖到來時才掃描一次,只要選擇掃描電壓的持續(xù)時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,由于在兩個脈沖間隔時間內(nèi)沒有掃描,因而不會產(chǎn)生很亮的時間基線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)、自動和單次三種觸發(fā)方式可供選擇,以適應(yīng)不同的被測信號與測試目的。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)信號作用后掃描電路才工作,無觸發(fā)信號輸入時,掃描處于準(zhǔn)備狀態(tài),對于模擬示波器而言,屏幕上無光跡顯示;對于數(shù)字示波器而言,波形不會更新。自動觸發(fā)方式,是在自動電路(單穩(wěn)態(tài)電路作用下,實現(xiàn)觸發(fā)掃

7、描和連續(xù)掃描的自動轉(zhuǎn)換。無信號輸入時,掃描系統(tǒng)仍然工作,屏幕上顯示出掃描基線。一旦有信號輸入時,電路自動轉(zhuǎn)換到觸發(fā)掃描狀態(tài)。常態(tài)觸發(fā)方式由被測信號產(chǎn)生觸發(fā)脈沖,通過對被測信號的整形處理獲得同步性能很好的觸發(fā)信號,從而得到穩(wěn)定的顯示。但是一旦觸發(fā)信號消失或幅度過小,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。自動觸發(fā)方式解決上面兩種方式的缺陷,能夠從被測信號中獲得合適的觸發(fā)信號時,系統(tǒng)采用觸發(fā)掃描方式;如果在規(guī)定時間內(nèi)找不到觸發(fā)信號,則強(qiáng)制進(jìn)入連續(xù)觸發(fā)狀態(tài)。單次觸發(fā)方式,是通過手動按鈕控制,實現(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)條件的信號出現(xiàn)也不再進(jìn)行掃描7。2.2 觸發(fā)方式的選擇在實際使用中,觸發(fā)方式的選擇常常是根據(jù)被測信號特性和要觀測的內(nèi)容作出的,其間并沒有什么固定的規(guī)則,而往往是一個交互的過程,即通過選擇不同的觸發(fā)方式了解信號的特性,又根據(jù)信號的特性和想要觀測的內(nèi)容選擇有效的觸發(fā)方式。在這個過程中最重要的是要理解不同觸發(fā)方式的工作機(jī)制,了解被觀測信號的特點以及明確所要觀測的內(nèi)容。一般來說,在對信號的特點不是很了解的時候,應(yīng)該選擇自動方式,因為這時示波器會掃描,至少能在屏幕上看到掃描線,不會什么都沒有。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。對于模擬示波器來說,只要信號是周期性的,其頻率在示波器觀測范圍內(nèi)并且不太復(fù)雜的話,通過這樣的步驟一般能達(dá)到對信號的大體了解,然后根據(jù)需要可作進(jìn)一步的觀測。在被測信號是一些比較簡單的周期性信號的情況下,將觸發(fā)方式在自動與常態(tài)之間切換,屏幕波形不會發(fā)生什么變化。常態(tài)方式的作用在于觀測波形的細(xì)節(jié),特別是對于比較復(fù)雜的信號,例如視頻同步信號。因為為了觀測細(xì)節(jié),必須將時基掃描速率調(diào)高,以便于波形展開,這就使得被測信號的頻率相對于示波器掃描速率而言變低。在這種情形下,如果選擇自動方式,在一個被測信號周期

10、內(nèi),就會進(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)信號或單次瞬變信號。對于普通模擬示波器而言,在這種方式下什么也看不到,因為波形一閃而過,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。對于數(shù)字存儲示波器而言,單次觸發(fā)方式能夠表現(xiàn)出很強(qiáng)的優(yōu)勢,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。雖然使用正常方式也能夠捕捉單次的信號,但如果信號是多次而非單次時,后面出現(xiàn)的信號所觸發(fā)的掃描就會將前面捕獲的結(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)的信號中挑選一個的能力

11、1,6,7。參考文獻(xiàn):1 鄧斌.電子測量儀器M.北京:國防工業(yè)出版社,2008:67 92.2 張大彪.電子測量技術(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.電子測量儀器M.北京:清華大學(xué)出版社,2007:64 67.7 秦云.電子測量技術(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