示波器扫描与触发方式的选择

1、第23卷 第3期 大 学 物 理 实 验2010年6月PH Y SICA L EXPERIM ENT OF CO LL EG EJun.2010收稿日期:2010 02 26文章编号:1007 2934(201003 0020 03示波器扫描与触发方式的选择王全宇(兰州交通大学,甘肃兰州730000摘 要:正确选择示波器的扫描和触发方式,是进行电子测试和获得正确数据的前提,也是示波器应用的难点。示波器常用连续和触发两种扫描方式,通过对其原理的介绍和对脉冲信号测试的对比分析,揭示两种方式不同的测试特征。触发扫描有常态、自动和单次三种触发方式,通过对其工作机制的探讨,结合实际应用的经验,得出基于不

2、同测试信号和测试目的的触发方式选择方法,以解决示波器应用和教学中的难点问题。关键词:示波器;扫描;触发中图分类号:T M 935.3 文献标识码:A示波器是最重要、最常用的基础电子测试仪器,其最主要的功能是精确复现电压波形的时间函数,解决复杂信号的 信号存在 和 定量分析 两个方面的问题。在示波器的使用过程中,扫描和触发方式的正确选择,是进行电子测试和获得正确数据的前提。在示波器的教学过程中,扫描和触发方式的选择,也是学生理解和应用的难点。本文通过对示波器扫描和触发原理的分析,不同方式在测试中的对比,探讨扫描和触发方式的选择,以解决教学和使用中普遍存在的问题1,2。1 连续扫描与触发扫描1.1

3、 扫描方式及其选择示波器的扫描系统也称时基电路,用来产生一个随时间作线性变化的锯齿波扫描电压。扫描就是对被测信号进行高速跟踪,被测信号频率不同,扫描要达到相应的速度才能跟踪得上,而且要与被测信号同步。扫描信号的一个周期对应了屏幕光斑从左到右的一次运动,为了使屏幕上的信号波形清晰稳定,需保证每次扫描的起始时间是合适的,控制产生时间基线的各种方式称为扫描方式3。扫描方式通常分连续扫描和触发扫描。连续扫描方式,即自激扫描,无论有无被测信号输入,扫描总是连续进行。若想在屏幕上得到稳定的波形,必须保持扫描频率与被测信号频率维持整数倍的关系。触发扫描方式,也称等待扫描,由被测信号激发扫描发生器产生间断的扫

4、描信号,每次扫描均由被测信号触发启动。当信号到来时,示波器进行一次扫描。没有信号时,扫描也就停止,等待下一次信号的到来。连续扫描的扫描电压为周期性锯齿波电压,即使没有外加信号,在荧光屏上也能显示一条时基线。触发扫描只有在外加触发信号的作用下,荧光屏上才有时基线;无触发信号,荧光屏只显示一光点,防止了荧光物质的烧损,避免或延长了黑屏故障的出现。连续扫描适合于连续的的高频周期性信号测量,但观测脉冲信号有很大的局限性,特别是研究脉冲持续与重复周期之比(占空比 /T 很小的脉冲过程时,问题更为突出。触发扫描是在被测信号电平达到触发电平时,才产生扫描电压,扫描电压与被测信号保持严格的同步关系4。1.2

5、扫描方式的比较连续扫描与触发扫描的比较如图1所示,其中图1(a为被测脉冲。若用连续扫描显示,扫描信号的周期有以下两种可能的选择。选择扫描周期T n 等于脉冲重复周期T s ,如图1(b所示。屏幕上出现的脉冲波形集中在时间基线的起始部分,即图形在水平方向被压缩,以致难以看清脉冲波形的细节,如观测它的前后沿时间。选择扫描周期T n 等于脉冲底宽 ,减小扫描周期,将脉冲波形在水平方向展宽,如图1(c所示。一个脉冲周期内,完成多次扫描,只有一次扫描出脉冲图形,屏幕显示非常暗淡,而时间基线却很明亮。这给观察同样带来了困难,而且扫描的同步很难实现。利用触发扫描可解决脉冲示波测量的困难,如图1(d所示。只有

6、在被测脉冲到来时才扫描一次,只要选择扫描电压的持续时间等于或稍大于脉冲底宽,波形就可展宽到几乎布满横轴。同时,由于在两个脉冲间隔时间内没有扫描,因而不会产生很亮的时间基线5,6 。图1连续扫描和触发扫描的比较2 触发方式2.1 触发方式触发扫描有常态、自动和单次三种触发方式可供选择,以适应不同的被测信号与测试目的。常态触发方式,采用来自Y 轴或外接触发源的输入信号进行触发扫描,是常用的触发扫描方式。只有触发信号作用后扫描电路才工作,无触发信号输入时,扫描处于准备状态,对于模拟示波器而言,屏幕上无光迹显示;对于数字示波器而言,波形不会更新。自动触发方式,是在自动电路(单稳态电路作用下,实现触发扫

7、描和连续扫描的自动转换。无信号输入时,扫描系统仍然工作,屏幕上显示出扫描基线。一旦有信号输入时,电路自动转换到触发扫描状态。常态触发方式由被测信号产生触发脉冲,通过对被测信号的整形处理获得同步性能很好的触发信号,从而得到稳定的显示。但是一旦触发信号消失或幅度过小,扫描就停止,屏幕上没有任何光迹。而连续扫描可保证任何条件下都可得到一定的显示输出,但无法保证同步。自动触发方式解决上面两种方式的缺陷,能够从被测信号中获得合适的触发信号时,系统采用触发扫描方式;如果在规定时间内找不到触发信号,则强制进入连续触发状态。单次触发方式,是通过手动按钮控制,实现只进行一次扫描的触发方式。这种方式下,按单次按钮

8、使扫描电路复位,做好准备,触发信号到来后产生一次扫描,扫描结束后,电路进入休止状态,即使再有满足触发条件的信号出现也不再进行扫描7。2.2 触发方式的选择在实际使用中,触发方式的选择常常是根据被测信号特性和要观测的内容作出的,其间并没有什么固定的规则,而往往是一个交互的过程,即通过选择不同的触发方式了解信号的特性,又根据信号的特性和想要观测的内容选择有效的触发方式。在这个过程中最重要的是要理解不同触发方式的工作机制,了解被观测信号的特点以及明确所要观测的内容。一般来说,在对信号的特点不是很了解的时候,应该选择自动方式,因为这时示波器会扫描,至少能在屏幕上看到扫描线,不会什么都没有。有扫描线后可

9、以通过调节垂直增益、垂直位置、时基速率等参数捕捉波形,然后通过选择触发源、触发边沿、触发电平等稳定波形。对于模拟示波器来说,只要信号是周期性的,其频率在示波器观测范围内并且不太复杂的话,通过这样的步骤一般能达到对信号的大体了解,然后根据需要可作进一步的观测。在被测信号是一些比较简单的周期性信号的情况下,将触发方式在自动与常态之间切换,屏幕波形不会发生什么变化。常态方式的作用在于观测波形的细节,特别是对于比较复杂的信号,例如视频同步信号。因为为了观测细节,必须将时基扫描速率调高,以便于波形展开,这就使得被测信号的频率相对于示波器扫描速率而言变低。在这种情形下,如果选择自动方式,在一个被测信号周期

10、内,就会进行多次扫描,从而造成显示波形的混21示波器扫描与触发方式的选择叠,不能清晰地显示想要观测的波形细节。单次触发方式一般用来去观察非重复信号或单次瞬变信号。对于普通模拟示波器而言,在这种方式下什么也看不到,因为波形一闪而过,示波器不能将其保留。因此只有与照相机配合将一闪而过的波形拍下来。对于数字存储示波器而言,单次触发方式能够表现出很强的优势,可以捕捉单次出现或多次出现但不太具有周期性的信号。虽然使用正常方式也能够捕捉单次的信号,但如果信号是多次而非单次时,后面出现的信号所触发的扫描就会将前面捕获的结果抹去,反而得不到稳定的波形。也就是说,单次触发方式具有从多次出现的信号中挑选一个的能力

11、1,6,7。参考文献:1 邓斌.电子测量仪器M.北京:国防工业出版社,2008:67 92.2 张大彪.电子测量技术与仪器M.北京:电子工业出版社,2008:50 68.3 杨吉祥,高礼忠,詹宏英,等.电子测量技术基础M.南京:东南大学出版社,2005:147 158.4 王紫婷,乔爱工.现代电子测量M.北京:中国铁道出版社,2008:97 100.5 陈尚松,郭庆,雷加.电子测量与仪器M.(第2版.北京:电子工业出版社,2009:226 251.6 张大彪,王薇.电子测量仪器M.北京:清华大学出版社,2007:64 67.7 秦云.电子测量技术M.西安:西安电子科技大学出版社,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