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示波器的同步
要明白觸發(fā)的概念，首先要了解示波器同步的概念。那么什么是示波器的同步呢？我們這里所說的示波器同步是指示波器的掃描信號(hào)與被觀測(cè)的信號(hào)同步，也就是說它們的頻率之間存在著整數(shù)倍的關(guān)系。為什么要這樣？不這樣會(huì)有什么結(jié)果？帶著這樣的問題讓我們來考察圖1的情況。
我們先了解一下示波器的工作原理。我們知道，示波器是通過在X和Y偏轉(zhuǎn)板上加上控制電壓，控制由電子槍射出電子束的偏轉(zhuǎn)從而在屏幕上描繪出軌跡的，一般在X偏轉(zhuǎn)板加的是正向鋸齒波信號(hào)，線性上升的電壓控制電子束從左到右移動(dòng)，形成水平掃描。因?yàn)樯仙碾妷号c時(shí)間成線性關(guān)系，掃描得到的軌跡就可以模擬時(shí)間軸。如果同時(shí)在Y偏轉(zhuǎn)板加上與被測(cè)信號(hào)成比例的電壓，使電子束在水平移動(dòng)的同時(shí)也在垂直方向移動(dòng)，這樣電子束就描繪出了被測(cè)信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系，也就是信號(hào)的波形。這是示波器顯示波形的基本原理。
現(xiàn)在我們來看圖1。圖1中的Y是一周期性信號(hào)，X是掃描信號(hào)，顯然它們是不同步的。當(dāng)將這樣的信號(hào)同時(shí)分別加到示波器的Y和X偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)時(shí)，顯示的波形如圖2所示，其中當(dāng)X從T0掃描到T1時(shí)描繪出的波形是A，從T1到T2掃描時(shí)描繪出的波形是B，而從T2到T3掃描時(shí)描繪出的是C，顯然它們?cè)谄聊簧系奈恢枚疾煌?，而且先后出現(xiàn)，所以您會(huì)看到的是它們的混合，得不到一個(gè)穩(wěn)定的波形。這就是示波器的掃描與信號(hào)不同步的結(jié)果。
如果我們?cè)O(shè)法將X信號(hào)變成圖3 所示的情形，使每一次掃描開始時(shí)刻都對(duì)應(yīng)于Y信號(hào)一個(gè)周期的同一點(diǎn)，使得每一次掃描對(duì)應(yīng)的Y信號(hào)都相同，也就是讓示波器的掃描信號(hào)與被測(cè)信號(hào)“同步”。當(dāng)將這樣的信號(hào)同時(shí)分別加到示波器的X和Y偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)時(shí)，由于每一個(gè)掃描周期X和Y的信號(hào)都相同，電子束受到同樣的偏轉(zhuǎn)控制，因而每一次掃描的電子束都打在屏幕上的同樣的軌跡上，也就是說我們可以得到圖4所示的波形。這是您能看到的唯一波形，因?yàn)槊恳粋€(gè)掃描周期電子束都打在這個(gè)波形的軌跡上，而不是其他位置，因而這個(gè)波形是穩(wěn)定的。這就是示波器掃描與信號(hào)同步的結(jié)果。
綜上所述，如果我們要在示波器的屏幕上觀察到穩(wěn)定的波形，必要的條件是示波器的掃描信號(hào)要與被觀察的信號(hào)保持同步關(guān)系。
那么，我們?cè)鯓硬拍苁故静ㄆ鞯膾呙栊盘?hào)與被觀測(cè)信號(hào)保持同步關(guān)系呢？
觸發(fā)的作用
為了使掃描信號(hào)與被測(cè)信號(hào)同步，我們可以設(shè)定一些條件，將被測(cè)信號(hào)不斷地與這些條件相比較，只有當(dāng)被測(cè)信號(hào)滿足這些條件時(shí)才啟動(dòng)掃描，從而使得掃描的頻率與被測(cè)信號(hào)相同或存在整數(shù)倍的關(guān)系，也就是同步。這種技術(shù)我們就稱為“觸發(fā)”，而這些條件我們稱其為“觸發(fā)條件” 。
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)”，即將被測(cè)信號(hào)的變化(即信號(hào)上升或下降的邊沿) 與某一電平相比較，當(dāng)信號(hào)的變化以某種選定的方式達(dá)到這一電平時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，啟動(dòng)一次掃描。例如在圖3中，我們可以將觸發(fā)電平選在0V，當(dāng)被測(cè)信號(hào)從低到高跨越這個(gè)電平時(shí)，就產(chǎn)生一次掃描，這樣我們就得到了與被測(cè)信號(hào)同步的掃描信號(hào)。其他的觸發(fā)條件有“脈寬觸發(fā)” 、“斜率觸發(fā)” 、“狀態(tài)觸發(fā)” 等等，這些觸發(fā)條件通常會(huì)在比較高檔的示波器中出現(xiàn)。
有關(guān)觸發(fā)的調(diào)節(jié)
有關(guān)觸發(fā)的調(diào)節(jié)包括觸發(fā)源、觸發(fā)方式、觸發(fā)條件即相應(yīng)參數(shù)的選擇等等，比較多和復(fù)雜，這些是示波器使用中最重要的操作，也是許多初學(xué)者感到較難掌握的地方，我們將另覓篇幅詳細(xì)介紹。
示波器的觸發(fā)模式是另一個(gè)常常使初學(xué)電子的朋友感到困惑的概念，本文將著重解釋基本的示波器觸發(fā)模式，并從實(shí)用的角度說明它們的選用方法，以期能幫助初學(xué)者有效地使用這些模式。
示波器的基本觸發(fā)模式
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什么是示波器的觸發(fā)模式？我們知道，示波器需要通過“觸發(fā)” 這樣一種辦法來使得示波器的掃描與被觀測(cè)信號(hào)同步，從而顯示穩(wěn)定的波形(見《什么是示波器的觸發(fā)？》一文) ，所謂“觸發(fā)模式” 是指一些為產(chǎn)生觸發(fā)所選定的方式，以滿足不同的觀測(cè)需要。
示波器最常用最基本的觸發(fā)模式有三種：第一種是“自動(dòng)模式” ，示波器面板上一般標(biāo)為“AUTO” 。在這種模式下，當(dāng)觸發(fā)沒有發(fā)生時(shí)，示波器的掃描系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定的掃描速率自動(dòng)進(jìn)行掃描；而當(dāng)有觸發(fā)發(fā)生時(shí)，掃描系統(tǒng)會(huì)盡量按信號(hào)的頻率進(jìn)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(huì)產(chǎn)生掃描，都可以在屏幕上可以看到有變化的掃描線，這是這種模式的特點(diǎn)。
第二種是“正常模式” ，也稱為“常規(guī)模式” ，在面板上一般標(biāo)為
“NORMAL” 或“NORM” 。這種模式與自動(dòng)模式不同，在這種模式下示波器只有當(dāng)觸發(fā)條件滿足了才進(jìn)行掃描，如果沒有觸發(fā)，就不進(jìn)行掃描。因此在這種模式下如果沒有觸發(fā)的話，對(duì)于模擬示波器而言您會(huì)看不到掃描線，屏幕上什么都沒有，對(duì)于數(shù)字示波器而言您會(huì)看不到波形更新，不了解這一點(diǎn)還常常會(huì)以為是信號(hào)沒連上或什么其他故障。
第三種是“單次模式” ，一般標(biāo)為“SINGLE” 或“SIGL” 。這種模式與“正常模式” 有一點(diǎn)類似，就是只有當(dāng)觸發(fā)條件滿足時(shí)才產(chǎn)生掃描，否則不掃描。而不同在于，這種掃描一但產(chǎn)生并完成后，示波器的掃描系統(tǒng)即進(jìn)入一種休止?fàn)顟B(tài)，使得后面即使再有滿足觸發(fā)條件的信號(hào)出現(xiàn)也不再進(jìn)行掃描，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(chǎn)生下一次觸發(fā)。 顯然，對(duì)于普通模擬示波器而言在這種模式下您經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)什么也看不到，因?yàn)椴ㄐ我婚W而過，示波器不能將其保留，因此除了與照相機(jī)配合將一閃而過的波形拍下來，在多數(shù)場(chǎng)合這種模式?jīng)]有什么用。
以上三種觸發(fā)模式是絕大多數(shù)示波器都會(huì)提供的，那么，我們?cè)趯?shí)際中應(yīng)該怎樣選擇和使用呢？
示波器觸發(fā)模式的使用
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在實(shí)際使用中，不同觸發(fā)模式的選擇常常是根據(jù)對(duì)被觀測(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)模式了解信號(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)模式。在這個(gè)過程中最重要的是要理解不同觸發(fā)模式的工作機(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)模式，因?yàn)檫@時(shí)不管信號(hào)是什么樣示波器都會(huì)掃描，您至少能在屏幕上看到一些東西，那怕僅僅是掃描線也好，而不會(huì)什么都沒有。有掃描線后可以通過調(diào)節(jié)垂直增益、垂直位置、時(shí)基速率等參數(shù)“找到” 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，其頻率在適合相應(yīng)示波器觀測(cè)的范圍內(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)。
對(duì)于正常模式，許多朋友可能會(huì)覺得與自動(dòng)模式在觀測(cè)效果上沒有什么區(qū)別，常常有這樣的情況，將觸發(fā)模式在自動(dòng)與正常之間切換，屏幕波形并沒有什么變化，不過這種情形往往只發(fā)生在被觀測(cè)信號(hào)是一些比較簡(jiǎn)單的周期性信號(hào)的情況下。正常模式的作用在于觀測(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)。為什么這樣說呢？這是因?yàn)闉榱擞^測(cè)細(xì)節(jié)，我們必須將時(shí)基掃描速率調(diào)高，以便將波形展開。而當(dāng)我們這樣做的時(shí)候，就會(huì)使得被觀測(cè)信號(hào)的頻率相對(duì)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(huì)作很多次掃描。在這種情形下，如果這時(shí)我們選擇的是自動(dòng)模式，則示波器會(huì)實(shí)際進(jìn)行所有這些掃描，其結(jié)果是使這些掃描(它們不是由觸發(fā)產(chǎn)生)所對(duì)應(yīng)的波形與觸發(fā)掃描所對(duì)應(yīng)的波形一起顯示，造成顯示波形的混疊，因而不能清晰地顯示我們想看的波形。而如果我們選擇的是正常模式，則這些在觸發(fā)之間的掃描示波器實(shí)際不會(huì)進(jìn)行，只進(jìn)行那些因觸發(fā)而產(chǎn)生的掃描，因而只顯示我們想看到的與觸發(fā)相聯(lián)系的波形，從而使波形會(huì)比較清晰，這就是正常觸發(fā)模式的功用。圖1是這種情況的圖解，在圖1中，左側(cè)上方是被觀測(cè)的波形，下方是掃描波形，右側(cè)是波形的顯示。圖1a 中掃描速率較低，不便于觀察波形的細(xì)節(jié)；圖1b將掃描速率提高，采用自動(dòng)觸發(fā)模式，這時(shí)顯示的波形是不清晰的，有混疊現(xiàn)象；圖1c 中的掃描速率與圖1b相同，但采用正常觸發(fā)方式，僅在有觸發(fā)時(shí)才進(jìn)行掃描，因而顯示清晰的波形。
對(duì)于單次模式，如上所述就普通模擬示波器而言我們基本上是難以利用的，但對(duì)于數(shù)字存儲(chǔ)示波器來說它是一種非常有用的觸發(fā)模式。在數(shù)字存儲(chǔ)示波器中，使用單次觸發(fā)模式可以捕捉單次出現(xiàn)或多次出現(xiàn)但不太具有周期性的信號(hào)。雖然使用正常模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)，在正常模式下后面出現(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，因此反而得不到穩(wěn)定的波形。在這種時(shí)候如果采用單次模式就沒有這個(gè)問題，也就是說，單次模式的觸發(fā)具有從多次出現(xiàn)的信號(hào)中挑選一個(gè)的能力。
以上我們簡(jiǎn)述了示波器的基本觸發(fā)模式以及它們?cè)趯?shí)際使用中的考慮，以期對(duì)初學(xué)者掌握示波器有幫助。除了本文所討論的內(nèi)容外，示波器的其他參數(shù)的調(diào)節(jié)也非常重要，使用者一方面要對(duì)各種參數(shù)調(diào)節(jié)的含義有清晰的理解，另一方面也要了解被觀測(cè)信號(hào)的特性和明確所要觀察目標(biāo)，才能真正有效使用示波器達(dá)到測(cè)量測(cè)試的目的。