示波器原理、使用方法
示波器-發(fā)展簡(jiǎn)況
陰極射線管將電信號(hào)變成熒光屏上可見的像,是電子技術(shù)中一項(xiàng)極其重要的發(fā)明。1879年,W.克魯克斯利用磁場(chǎng)能使真空管中陰極射線偏轉(zhuǎn)，以及熒光材料在電子束轟擊下能發(fā)出熒光和磷光的原理制成了陰極射線管。1897年,K.F.布勞恩改進(jìn)了克魯克斯管,使電子束電流可控以改變光點(diǎn)的亮度，從而制成了實(shí)用的陰極射線管，如示波管、電視顯像管等。示波器在電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展史中是影響大、用途廣、生產(chǎn)品種多的儀器，配上適當(dāng)?shù)姆请娏繐Q能器后能測(cè)量和顯示幾乎一切物理量和動(dòng)態(tài)過程。在電子測(cè)量?jī)x器中，示波器是一種電信號(hào)的時(shí)域測(cè)量和分析儀器；它顯示信號(hào)隨時(shí)間變化的波形，是一種非常直觀的波形分析器。第一臺(tái)電子管示波器于1931年問世,隨著晶體管、集成組件、超小型元件、器件和新型示波管的出現(xiàn)，現(xiàn)代示波器的性能和結(jié)構(gòu)已有顯著的改進(jìn)。
示波器-儀器特點(diǎn)
顯著優(yōu)點(diǎn)
①非常直觀，能將波形直接顯示在熒光屏上，還可用照相方法取得永久性記錄；②量程大，可測(cè)量從高靈敏示波器的數(shù)微伏至高壓示波器的數(shù)萬伏的信號(hào)；③輸入阻抗高，對(duì)被測(cè)系統(tǒng)影響極小；④反應(yīng)迅速，電子束惰性極小，能顯示納秒級(jí)的快速過程；⑤多信道，能在同一熒光屏上同時(shí)顯示幾個(gè)過程，便于觀察、比較、測(cè)量和分析；⑥耐過載能力強(qiáng)，能在惡劣環(huán)境下工作。
性能指標(biāo)
示波器的主要性能指標(biāo)是頻率范圍、靈敏度、信道數(shù)和存儲(chǔ)功能。①頻率范圍：指-3分貝時(shí)的上限、下限頻率。一般示波器下限頻率可達(dá)直流或很低頻率,上限頻率具有重要意義,它決定可顯示的快速過程。②靈敏度:指偏轉(zhuǎn)一格刻度（8～10毫米）所需的輸入電壓,目前常用示波器靈敏度可達(dá)每格1～10毫伏。③信道數(shù)目：指同時(shí)在熒光屏顯示的輸入信道的數(shù)目，常見的為1～4個(gè)信道。④存儲(chǔ)功能：所有示波器都可用來觀察重復(fù)性（即周期性）波形,但是,如果周期很長(zhǎng)或是單次快速過程，普通示波器在顯示時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃爍、過暗或捕捉不住等現(xiàn)象，存儲(chǔ)示波器具有存儲(chǔ)功能，能觀察上述特殊波形。
示波器-儀器分類
通用示波器：通用示波器通常采用 80毫米×100毫米矩形熒光屏帶內(nèi)刻度和后加速電極的示波管。時(shí)基發(fā)生器產(chǎn)生一電壓隨時(shí)間作線性變化的鋸齒波，其重復(fù)頻率在很大范圍內(nèi)可變，起始掃描時(shí)間受來自觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖控制。中為雙通道雙蹤示波器，利用電子開關(guān)將A、B通道的像分別顯示在熒光屏上。電子開關(guān)有兩種工作模式：交替模式和斷續(xù)模式。在交替工作模式時(shí)，電子開關(guān)受時(shí)基產(chǎn)生器控制，每次掃描開始時(shí)，電子開關(guān)立即轉(zhuǎn)換，這種方式適合于觀察變化較快的信號(hào)。在斷續(xù)工作模式時(shí)，電子開關(guān)受方波振蕩器（頻率50千赫～1兆赫）控制，輪流接通 A和B通道，適用于觀察慢變化信號(hào)。觸發(fā)電路和時(shí)基發(fā)生器的動(dòng)作都比觸發(fā)信號(hào)有一定滯后。為了顯示信號(hào)的前沿，在信號(hào)回路中加入一段延遲回路。早期示波器的時(shí)基發(fā)生器與中的不同，沒有觸發(fā)回路,由輸入信號(hào)直接與鋸齒波發(fā)生器同步,時(shí)基發(fā)生器沒有精確時(shí)間刻度。后來加入觸發(fā)電路，使波形穩(wěn)定，且掃描速度不受輸入信號(hào)影響。這種示波器對(duì)觀察脈沖信號(hào)特別方便，稱為同步示波器。隨著示波器的發(fā)展，頻率上限不斷提高。上限頻率主要受放大器和示波管上限頻率的限制，現(xiàn)代示波器已達(dá)到300～400兆赫,高水平已達(dá)到1000兆赫。輸入阻抗通常為1兆歐的電阻與30～50皮法的等效電容并聯(lián)。高輸入阻抗特別是低容抗有時(shí)對(duì)電路影響很大，且容易拾取干擾信號(hào)。用衰減器探頭可提高輸入容抗。探頭用RC并聯(lián)電路與示波器輸入端串接。一般采用1/10的探頭，輸入阻抗約為10兆歐與10皮法并聯(lián)，能防止干擾串入。現(xiàn)代示波器因有兩路時(shí)基發(fā)生器，可交替掃描、交替觸發(fā)，并有校正用方波發(fā)生器、聚焦調(diào)節(jié)和像差調(diào)節(jié)等電路，能對(duì)波形進(jìn)行精密測(cè)量。
存儲(chǔ)示波器：用通用示波器觀察重復(fù)頻率為幾赫的波形時(shí)，熒光屏?xí)?yán)重地閃爍。補(bǔ)救的辦法是采用長(zhǎng)余輝示波管（余輝時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)1～3秒），這種辦法雖很簡(jiǎn)單，但余輝時(shí)間不能隨意調(diào)節(jié)，不適于觀察高重復(fù)頻率信號(hào)，而且普通示波器還不能觀察單次過程。存儲(chǔ)示波器又稱記憶示波器,能將波形記憶下來,顯示在熒光屏上。存儲(chǔ)示波器采用特殊的陰極射線管，有柵網(wǎng)型和雙穩(wěn)態(tài)型熒光膜兩類。存儲(chǔ)示波管和普通示波管不同，它有寫入電子和讀出電子（見示波器）。柵網(wǎng)型示波管的優(yōu)點(diǎn)是輝度連續(xù)可調(diào),存儲(chǔ)時(shí)間可從1小時(shí)到7天,可多次寫入、一次讀出。雙穩(wěn)態(tài)型存儲(chǔ)示波管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)時(shí)間可達(dá)1小時(shí)，價(jià)格低廉,缺點(diǎn)是雙穩(wěn)態(tài)缺乏中間色調(diào)，不能快速寫入，熒光膜易燒毀。存儲(chǔ)示波管比普通示波管昂貴、壽命短，將會(huì)被數(shù)字型存儲(chǔ)示波器所取代。數(shù)字型存儲(chǔ)示波器是集數(shù)字記錄裝置和普通示波器于一體，將集成組件的記憶存儲(chǔ)器內(nèi)容由示波器顯示，其優(yōu)點(diǎn)是可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，示波管壽命長(zhǎng)，不易燒毀。
取樣示波器 :用抽樣法將頻率壓縮，將快速重復(fù)的現(xiàn)象變成低速重復(fù)的現(xiàn)象，用普通示波器顯示波形。取樣示波器適用于觀察周期性現(xiàn)象，其上限頻率已達(dá)18吉赫。取樣示波器的關(guān)鍵部分是用高速開關(guān)元件（如隧道二極管）組成的取樣頭。使用時(shí)輸入信號(hào)電壓應(yīng)比普通示波器的電壓低，以避免損壞取樣頭，同時(shí)須解決測(cè)量時(shí)的阻抗匹配問題，以減小波形失真。
示波器-工作原理
工作原理
（一）示波器的組成普通示波器有五個(gè)基本組成部分：顯示電路、垂直（Y軸）放大電路、水平（X軸）放大電路、掃描與同步電路、電源供給電路。普通示波器的原理功能方框如5-1所示。
1．顯示電路
顯示電路包括示波管及其控制電路兩個(gè)部分。示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個(gè)重要組成部分。示波管的基本原理如所示。由可見，示波管由電子、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏3個(gè)部分組成。
（1）電子
電子用于產(chǎn)生并形成高速、聚束的電子流，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。它主要由燈絲F、陰極K、控制極G、第一陽(yáng)極A1、第二陽(yáng)極A2組成。除燈絲外，其余電極的結(jié)構(gòu)都為金屬圓筒，且它們的軸心都保持在同一軸線上。陰極被加熱后，可沿軸向發(fā)射電子；控制極相對(duì)陰極來說是負(fù)電位，改變電位可以改變通過控制極小孔的電子數(shù)目，也就是控制熒光屏上光點(diǎn)的亮度。為了提高屏上光點(diǎn)亮度，又不降低對(duì)電子束偏轉(zhuǎn)的靈敏度，現(xiàn)代示波管中，在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏之間還加上一個(gè)后加速電極A3。
第一陽(yáng)極對(duì)陰極而言加有約幾百伏的正電壓。在第二陽(yáng)極上加有一個(gè)比第一陽(yáng)極更高的正電壓。穿過控制極小孔的電子束，在第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極高電位的作用下，得到加速，向熒光屏方向作高速運(yùn)動(dòng)。由于電荷的同性相斥，電子束會(huì)逐漸散開。通過第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極之間電場(chǎng)的聚焦作用，使電子重新聚集起來并交匯于一點(diǎn)。適當(dāng)控制第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極之間電位差的大小，便能使焦點(diǎn)剛好落在熒光屏上，顯現(xiàn)一個(gè)光亮細(xì)小的圓點(diǎn)。改變第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極之間的電位差，可起調(diào)節(jié)光點(diǎn)聚焦的作用，這就是示波器的“聚焦”和“輔助聚焦”調(diào)節(jié)的原理。第三陽(yáng)極是示波管錐體內(nèi)部涂上一層石墨形成的，通常加有很高的電壓，它有三個(gè)作用：①使穿過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)以后的電子進(jìn)一步加速，使電子有足夠的能量去轟擊熒光屏，以獲得足夠的亮度；②石墨層涂在整個(gè)錐體上，能起到屏蔽作用；③電子束轟擊熒光屏?xí)a(chǎn)生二次電子，處于高電位的A3可吸收這些電子。
（2）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)大都是靜電偏轉(zhuǎn)式，它由兩對(duì)相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板。分別控制電子束在水平方向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電子在偏轉(zhuǎn)板之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果偏轉(zhuǎn)板上沒有加電壓，偏轉(zhuǎn)板之間無電場(chǎng)，離開第二陽(yáng)極后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子將沿軸向運(yùn)動(dòng)，射向屏幕的中心。如果偏轉(zhuǎn)板上有電壓，偏轉(zhuǎn)板之間則有電場(chǎng)，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子會(huì)在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用下射向熒光屏的指定位置。
如5-3所示。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板互相平行，并且它們的電位差等于零，那么通過偏轉(zhuǎn)板空間的，具有速度υ的電子束就會(huì)沿著原方向（設(shè)為軸線方向）運(yùn)動(dòng)，并打在熒光屏的坐標(biāo)原點(diǎn)上。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板之間存在著恒定的電位差，則偏轉(zhuǎn)板間就形成一個(gè)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)與電子的運(yùn)動(dòng)方向相垂直，于是電子就朝著電位比較高的偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)。這樣，在兩偏轉(zhuǎn)板之間的空間，電子就沿著拋物線在這一點(diǎn)上做切線運(yùn)動(dòng)。后，電子降落在熒光屏上的A點(diǎn)，這個(gè)A點(diǎn)距離熒光屏原點(diǎn)（0）有一段距離，這段距離稱為偏轉(zhuǎn)量，用y表示。偏轉(zhuǎn)量y與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓Vy成正比。同理，在水平偏轉(zhuǎn)板上加有直流電壓時(shí)，也發(fā)生類似情況，只是光點(diǎn)在水平方向上偏轉(zhuǎn)。
（3）熒光屏
熒光屏位于示波管的終端，它的作用是將偏轉(zhuǎn)后的電子束顯示出來，以便觀察。在示波器的熒光屏內(nèi)壁涂有一層發(fā)光物質(zhì)，因而，熒光屏上受到高速電子沖擊的地點(diǎn)就顯現(xiàn)出熒光。此時(shí)光點(diǎn)的亮度決定于電子束的數(shù)目、密度及其速度。改變控制極的電壓時(shí)，電子束中電子的數(shù)目將隨之改變，光點(diǎn)亮度也就改變。在使用示波器時(shí)，不宜讓很亮的光點(diǎn)固定出現(xiàn)在示波管熒光屏一個(gè)位置上，否則該點(diǎn)熒光物質(zhì)將因長(zhǎng)期受電子沖擊而燒壞，從而失去發(fā)光能力。
涂有不同熒光物質(zhì)的熒光屏，在受電子沖擊時(shí)將顯示出不同的顏色和不同的余輝時(shí)間，通常供觀察一般信號(hào)波形用的是發(fā)綠光的，屬中余輝示波管，供觀察非周期性及低頻信號(hào)用的是發(fā)橙黃色光的，屬長(zhǎng)余輝示波管；供照相用的示波器中，一般都采用發(fā)藍(lán)色的短余輝示波管。
2．垂直（Y軸）放大電路
由于示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度甚低，例如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.86mm/V（約12V電壓產(chǎn)生1cm的偏轉(zhuǎn)量），所以一般的被測(cè)信號(hào)電壓都要先經(jīng)過垂直放大電路的放大，再加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，以得到垂直方向的適當(dāng)大小的形。
3．水平（X軸）放大電路
由于示波管水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度也很低，所以接入示波管水平偏轉(zhuǎn)板的電壓（鋸齒波電壓或其它電壓）也要先經(jīng)過水平放大電路的放大以后，再加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，以得到水平方向適當(dāng)大小的形。
4．掃描與同步電路
掃描電路產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波電壓。該鋸齒波電壓的頻率能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。鋸齒波電壓的作用是使示波管陰極發(fā)出的電子束在熒光屏上形成周期性的、與時(shí)間成正比的水平位移，即形成時(shí)間基線。這樣，才能把加在垂直方向的被測(cè)信號(hào)按時(shí)間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上。
5．電源供給電路
電源供給電路供給垂直與水平放大電路、掃描與同步電路以及示波管與控制電路所需的負(fù)高壓、燈絲電壓等。
由示波器的原理功能方框可見，被測(cè)信號(hào)電壓加到示波器的Y軸輸入端，經(jīng)垂直放大電路加于示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板。示波管的水平偏轉(zhuǎn)電壓，雖然多數(shù)情況都采用鋸齒電壓（用于觀察波形時(shí)），但有時(shí)也采用其它的外加電壓（用于測(cè)量頻率、相位差等時(shí)），因此在水平放大電路輸入端有一個(gè)水平信號(hào)選擇開關(guān)，以便按照需要選用示波器內(nèi)部的鋸齒波電壓，或選用外加在X軸輸入端上的其它電壓來作為水平偏轉(zhuǎn)電壓。
此外，為了使熒光屏上顯示的形保持穩(wěn)定，要求鋸齒波電壓信號(hào)的頻率和被測(cè)信號(hào)的頻率保持同步。這樣，不僅要求鋸齒波電壓的頻率能連續(xù)調(diào)節(jié)，而且在產(chǎn)生鋸齒波的電路上還要輸入一個(gè)同步信號(hào)。這樣，對(duì)于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始、連續(xù)不斷的鋸齒波）一種狀態(tài)的簡(jiǎn)易示波器（如國(guó)產(chǎn)SB10型等示波器）而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被觀察信號(hào)頻率相關(guān)的同步信號(hào)，以牽制鋸齒波的振蕩頻率。對(duì)于具有等待掃描功能（即平時(shí)不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測(cè)信號(hào)來到時(shí)才產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波，進(jìn)行一次掃描）功能的示波器（如國(guó)產(chǎn)ST-16型示波器、SR-8型雙蹤示波器等而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被測(cè)信號(hào)相關(guān)的觸發(fā)信號(hào)，使掃描過程與被測(cè)信號(hào)密切配合。為了適應(yīng)各種需要，同步（或觸發(fā)）信號(hào)可通過同步或觸發(fā)信號(hào)選擇開關(guān)來選擇，通常來源有3個(gè)：①?gòu)拇怪狈糯箅娐芬齺肀粶y(cè)信號(hào)作為同步（或觸發(fā)）信號(hào)，此信號(hào)稱為“內(nèi)同步”（或“內(nèi)觸發(fā)”）信號(hào)；②引入某種相關(guān)的外加信號(hào)為同步（或觸發(fā)）信號(hào)，此信號(hào)稱為“外同步”（或“外觸發(fā)”）信號(hào)，該信號(hào)加在外同步（或外觸發(fā)）輸入端；③有些示波器的同步信號(hào)選擇開關(guān)還有一檔“電源同步”，是由220V，50Hz電源電壓，通過變壓器次級(jí)降壓后作為同步信號(hào)。
（二）波形顯示的基本原理
由示波管的原理可知，一個(gè)直流電壓加到一對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，將使光點(diǎn)在熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。如果分別將兩個(gè)直流電壓同時(shí)加到垂直和水平兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上，則熒光屏上的光點(diǎn)位置就由兩個(gè)方向的位移所共同決定。
若被測(cè)信號(hào)電壓的頻率等于鋸齒波電壓頻率整數(shù)倍數(shù)時(shí)，則熒光屏上將顯示出周期為整數(shù)的被測(cè)信號(hào)穩(wěn)定波形。而當(dāng)被測(cè)信號(hào)電壓的頻率與鋸齒波電壓的頻率不成整數(shù)倍數(shù)時(shí)，則熒光屏上不能獲得穩(wěn)定的波形，如5-7所示。在5-7中，第一次掃描時(shí)，屏上顯示的是0～1這段波形曲線；第二次掃描時(shí)，屏上顯示1～2這段波形曲線；第三次掃描時(shí)，屏上顯示2～3這段波形曲線；……可見，每次熒光屏上顯示的波形曲線都不同，所以形不穩(wěn)定。
由上述可見，為使熒光屏上的形穩(wěn)定，被測(cè)信號(hào)電壓的頻率應(yīng)與鋸齒波電壓的頻率保持整數(shù)比的關(guān)系，即同步關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就要求鋸齒波電壓的頻率連續(xù)可調(diào)，以便適應(yīng)觀察各種不同頻率的周期信號(hào)。其次，由于被測(cè)信號(hào)頻率和鋸齒波振蕩信號(hào)頻率的相對(duì)不穩(wěn)定性，即使把鋸齒波電壓的頻率臨時(shí)調(diào)到與被測(cè)信號(hào)頻率成整倍數(shù)關(guān)系，也不能使形一直保持穩(wěn)定。因此，示波器中都設(shè)有同步裝置。也就是在鋸齒波電路的某部分加上一個(gè)同步信號(hào)來促使掃描的同步，對(duì)于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始連續(xù)不斷的鋸齒波）一種狀態(tài)的簡(jiǎn)易示波器（如國(guó)產(chǎn)SB-10型示波器等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被觀察信號(hào)頻率相關(guān)的同步信號(hào)，當(dāng)所加同步信號(hào)的頻率接近鋸齒波頻率的自主振蕩頻率（或接近其整數(shù)倍）時(shí)，就可以把鋸齒波頻率“拖入同步”或“鎖住”。對(duì)于具有等待掃描（即平時(shí)不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測(cè)信號(hào)來到時(shí)才產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波進(jìn)行一次掃描）功能的示波器（如國(guó)產(chǎn)ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型雙蹤示波器等等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被測(cè)信號(hào)相關(guān)的觸發(fā)信號(hào)，使掃描過程與被測(cè)信號(hào)密切配合。這樣，只要按照需要來選擇適當(dāng)?shù)耐叫盘?hào)或觸發(fā)信號(hào)，便可使任何欲研究的過程與鋸齒波掃描頻率保持同步。
示波器-顯示原理
在電子實(shí)踐技術(shù)過程中，常常需要同時(shí)觀察兩種（或兩種以上）信號(hào)隨時(shí)間變化的過程。并對(duì)這些不同信號(hào)進(jìn)行電參量的測(cè)試和比較。為了達(dá)到這個(gè)目的，人們?cè)趹?yīng)用普通示波器原理的基礎(chǔ)上，采用了以下兩種同時(shí)顯示多個(gè)波形的方法：一種是雙線（或多線）示波法；另一種是雙蹤（或多蹤）示波法。應(yīng)用這兩種方法制造出來的示波器分別稱為雙線（或多線）示波器和雙蹤（或多蹤）示波器。
1．雙線（或多線）示波
雙線（或多線）示波器是采用雙（或多）示波管來實(shí)現(xiàn)的。下面以雙示波管為例加以簡(jiǎn)單說明。雙示波管有兩個(gè)互相獨(dú)立的電子產(chǎn)生兩束電子。另有兩組互相獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，它們各自控制一束電子作上下、左右的運(yùn)動(dòng)。熒光屏是共用的，因而屏上可以同時(shí)顯示出兩種不同的電信號(hào)波形，雙線示波也可以采用單雙線示波管來實(shí)現(xiàn)。這種示波管只有一個(gè)電子，在工作時(shí)是依靠特殊的電極把電子分成兩束。然后，由管內(nèi)的兩組互相獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，分別控制兩束電子上下、左右運(yùn)動(dòng)。熒光屏是共用的，能同時(shí)顯示出兩種不同的電信號(hào)波形。由于雙線示波管的制造工藝要求高，成本也高，所以應(yīng)用并不十分普遍。
2．雙蹤（或多蹤）示波
雙蹤（或多蹤）示波是在單線示波器的基礎(chǔ)上，增設(shè)一個(gè)專用電子開關(guān)，用它來實(shí)現(xiàn)兩種（或多種）波形的分別顯示。由于實(shí)現(xiàn)雙蹤（或多蹤）示波比實(shí)現(xiàn)雙線（或多線）示波來得簡(jiǎn)單，不需要使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的“雙腔”或“多腔”示波管，所以雙蹤（或多蹤）示波獲得了普遍的應(yīng)用。
（1）雙蹤示波的顯示原理
電子開關(guān)K的作用是使加在示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上的兩種信號(hào)電壓作周期性轉(zhuǎn)換。例如，在0～1這段時(shí)間里，電子開關(guān)K與信號(hào)通道A接通，這時(shí)在熒光屏上顯示出信號(hào)UA的一段波形；在1～2這段時(shí)間里，電子開關(guān)K與信號(hào)通道B接通，這時(shí)在熒光屏上顯現(xiàn)出信號(hào)UB的一段波形；在2～3這段時(shí)間里，熒光屏上再一次顯示出信號(hào)UA的一段波形；在3～4這段時(shí)間里，熒光屏上將再一次顯示出UB的一段波形……。這樣，兩個(gè)信號(hào)在熒光屏上雖然是交替顯示的，但由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象和熒光屏的余輝（高速電子在停止沖擊熒光屏后，熒光屏上受沖擊處仍保留一段發(fā)光時(shí)間）現(xiàn)象，就可在熒光屏上同時(shí)看到兩個(gè)被測(cè)信號(hào)波形 。
為了保持熒光屏顯示出來的兩種信號(hào)波形穩(wěn)定，則要求被測(cè)信號(hào)頻率、掃描信號(hào)頻率與電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率三者之間必須滿足一定的關(guān)系。
首先，兩個(gè)被測(cè)信號(hào)頻率與掃描信號(hào)頻率之間應(yīng)該是成整數(shù)比的關(guān)系，也就是要求“同步”。這一點(diǎn)與單線示波器的原理是相同的，只是現(xiàn)在的被測(cè)信號(hào)是兩個(gè)，而掃描電壓是一個(gè)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要觀察和比較的兩個(gè)信號(hào)常常是互相有內(nèi)在聯(lián)系的，所以上述的同步要求一般是容易滿足的。
為了使熒光屏上顯示的兩個(gè)被測(cè)信號(hào)波形都穩(wěn)定，除滿足上述要求外，還必須合理地選擇電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率，使得在示波器上所顯示的波形個(gè)數(shù)合適，以便于觀察。下面談?wù)勲娮娱_關(guān)的工作方式問題，這個(gè)問題與電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率有關(guān)。
電子開關(guān)的工作方式有“交替”轉(zhuǎn)換和“斷續(xù)”轉(zhuǎn)換兩種。
電子開關(guān)“交替”轉(zhuǎn)換工作方式的波形示意。在0～1時(shí)間內(nèi)，電子開關(guān)與通道A接通，加在X軸上的掃描信號(hào)開始進(jìn)行第一個(gè)正程掃描，此時(shí)熒光屏上將顯現(xiàn)出信號(hào)UA的波形；在完成UA波形顯示后，掃描電壓迅速回掃；在1～2時(shí)間內(nèi)，電子開關(guān)K與通道B接通，X軸上的掃描信號(hào)開始進(jìn)行第二個(gè)正程掃描，熒光屏上將顯示出信號(hào)UB的波形；在2～3時(shí)間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號(hào)UA的波形；在3～4時(shí)間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號(hào)UB的波形……。由此可見，被測(cè)信號(hào)UA、UB的波形是依次、交替地出現(xiàn)在熒光屏上的，熒光屏上顯示的波形。顯然，此時(shí)電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換與X軸的掃描始終保持著一致的步調(diào)，即電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率等于X軸掃描信號(hào)的頻率。
采用交替轉(zhuǎn)換工作方式的顯示的波形與雙線示波法所顯示的波形非常相似，它們都沒有間斷點(diǎn)。但由于被測(cè)信號(hào)UA、UB的波形是依次交替地出現(xiàn)在熒光屏上的，所以，如果交替的間隙時(shí)間超過了人眼的視覺暫留時(shí)間和熒光屏的余輝時(shí)間，則人們所看到的熒光屏上的波形就會(huì)有閃爍現(xiàn)象。為了避免這種情況的出現(xiàn)，就要求電子開關(guān)有足夠高的轉(zhuǎn)換頻率。這就是說當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，不宜采用交替轉(zhuǎn)換工作方式，而應(yīng)采用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式。
當(dāng)電子開關(guān)用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式時(shí)，在X軸掃描的每一個(gè)過程中，電子開關(guān)都以足夠高的轉(zhuǎn)換頻率，分別對(duì)所顯示的每個(gè)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行多次取樣。這樣，即使被測(cè)信號(hào)頻率較低，也可避免出現(xiàn)波形的閃爍現(xiàn)象。同時(shí)，由于在一次掃描的過程中，光點(diǎn)在兩個(gè)形上交換的次數(shù)極多，所以形上的細(xì)小斷裂痕跡不顯著，
并不妨礙對(duì)波形細(xì)節(jié)的觀察。5-10是電于開關(guān)采用斷續(xù)轉(zhuǎn)換方式時(shí)的波形示意。實(shí)際上，由于開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率選得遠(yuǎn)大于X軸掃描頻率，所以熒光屏上顯示的形不會(huì)是5-10所示的斷續(xù)形，而是連續(xù)的形。中垂直方向的細(xì)虛線表示了電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程。因在轉(zhuǎn)換過程中示波器電路的設(shè)置使電子束截止，所以中所示的垂直細(xì)虛線實(shí)際上也是不可見的。
在了解上述用電子開關(guān)來實(shí)現(xiàn)雙蹤示波的原理后，就不難聯(lián)想到用環(huán)形計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)多蹤示波的原理。由于兩者的顯示原理相似，這里就不再贅述。
（2）雙蹤示波器的基本組成
雙蹤示波器主要是由兩個(gè)通道的Y軸前置放大電路、門控電路、電子開關(guān)、混合電路、延遲電路、Y軸后置放大電路、觸發(fā)電路、掃描電路、X軸放大電路、Z軸放大電路、校準(zhǔn)信號(hào)電路、示波管和高低壓電源供給電路等組成。
觀察信號(hào)波形時(shí)，被測(cè)信號(hào)uA，uB通過YA，YB兩個(gè)輸入端輸入示波器，先分別送到Y(jié)軸前置放大電路YA和YB進(jìn)行放大。因通道YA和通道YB都受電子開關(guān)的控制，所以u(píng)A，uB兩信號(hào)輪換著輸送到后面的混合電路，加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上。
為了適應(yīng)各種不同的測(cè)試需要，電子開關(guān)可有五種不同的工作狀態(tài)，即交替、YA、YB、YA+YB、斷續(xù)等。這5種工作狀態(tài)由顯示方式開關(guān)來控制。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于交替位置時(shí)，電子開關(guān)為一雙穩(wěn)態(tài)電路。它受由掃描電路來的閘門信號(hào)控制，使得Y軸兩個(gè)前置通道隨著掃描電路門信號(hào)的變化而交替地工作。每秒鐘交替轉(zhuǎn)換次數(shù)與由掃描電路產(chǎn)生的掃描信號(hào)的重復(fù)頻率有關(guān)。交替工作狀態(tài)適用于觀察頻率不太低的被測(cè)信號(hào)。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于YA或YB位置時(shí)，電子開關(guān)為一單穩(wěn)態(tài)電路。前置放大電路YA或YB可單獨(dú)工作，此時(shí)，雙蹤示波器可作為普通單線示波器使用。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于YA+YB位置時(shí)，電子開關(guān)處于不工作狀態(tài)。此時(shí)，YA、YB兩通道同時(shí)工作，因而可得到兩信號(hào)相加或兩信號(hào)相減的顯示。然而，兩信號(hào)究竟是相加還是相減，這要通過YA通道的極性作用開關(guān)來選擇。這個(gè)開關(guān)有兩個(gè)位置，在第一個(gè)位置時(shí)，熒光屏上的形為兩信號(hào)之和；在第二個(gè)位置（-YA）時(shí)，熒光屏上的形為兩信號(hào)之差。
為了觀察被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的波形，示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上必須加以線性掃描電壓（鋸齒波電壓）。這個(gè)掃描電壓是由掃描電路產(chǎn)生的。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)加到觸發(fā)電路時(shí)，觸發(fā)了掃描電路，掃描電路就產(chǎn)生相應(yīng)的掃描信號(hào)；當(dāng)不加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，掃描電路就不產(chǎn)生掃描信號(hào)。
觸發(fā)有內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)兩種，由觸發(fā)選擇開關(guān)來選擇。當(dāng)該開關(guān)置于內(nèi)的位置時(shí)，觸發(fā)信號(hào)來自經(jīng)Y軸通道送入的被測(cè)信號(hào)。當(dāng)該開關(guān)置于外的位置時(shí)，觸發(fā)信號(hào)是由外部送入的。這個(gè)信號(hào)應(yīng)與被測(cè)信號(hào)的頻率成整數(shù)比的關(guān)系。示波器在使用中，多數(shù)采用內(nèi)觸發(fā)工作方式。
所謂內(nèi)觸發(fā)也分為兩種情況，并由內(nèi)觸發(fā)選擇開關(guān)控制。當(dāng)開關(guān)置于常態(tài)的位置時(shí)，觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)來自YA，YB通道。此時(shí)，兩個(gè)通道即可同時(shí)穩(wěn)定地顯示出各自的被測(cè)信號(hào)。當(dāng)用雙蹤顯示來作時(shí)間比較分析時(shí)，就應(yīng)該將內(nèi)觸發(fā)選擇開關(guān)置于YB的位置。在這個(gè)位置時(shí)，觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)只取自YB通道的輸入信號(hào)。此時(shí)只有當(dāng)uA，uB的頻率成整數(shù)比時(shí)，熒光屏上才能同時(shí)穩(wěn)定地顯示兩個(gè)波形。
掃描電路產(chǎn)生的掃描信號(hào)（鋸齒波信號(hào)），通過X軸選擇開關(guān)接到X軸放大電路，經(jīng)放大后送到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板。這就是通常在觀察信號(hào)隨時(shí)間變化的波形時(shí)，開關(guān)選掃描檔的情況。除上述情況外，用示波器進(jìn)行其它測(cè)試（比如觀察李沙育形）時(shí)，開關(guān)置X外接檔，此時(shí)可將X軸輸入端輸入的信號(hào)，加到X軸放大電路進(jìn)行放大，隨后再送至X軸偏轉(zhuǎn)板。
Z軸放大電路對(duì)熒光屏上光點(diǎn)輝度起著調(diào)節(jié)的作用，抹去不必要顯示的光點(diǎn)軌跡。當(dāng)掃描電路閘門信號(hào)來到Z軸放大電路，Z軸放大電路便輸出正向的增輝脈沖信號(hào)，加至示波管的控制極。這就是說，在掃描信號(hào)的過程中，熒光屏上的光點(diǎn)得以增輝；在電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程中，電子開關(guān)電路將輸出脈沖信號(hào)也加至Z軸放大電路，此時(shí)Z軸放大電路便輸出負(fù)向脈沖信號(hào)，加至示波管的控制極。這樣，在電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程中，就消去了兩個(gè)通道交替工作時(shí)的過渡光點(diǎn)，以提高顯示波形的清晰度。
校正信號(hào)電路產(chǎn)生一個(gè)一定頻率、一定幅度的矩形信號(hào)（如國(guó)產(chǎn)SR-8型兩蹤示波器的校正信號(hào)是頻率為lkHz、幅度為1V）。它是作校正Y軸放大電路的靈敏度和X軸的掃描速度之用的。高、低壓電源供給電路中的低壓是供給示波器各級(jí)所需的低壓電源的，高壓是供給示波管顯示系統(tǒng)電源的。
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