模拟示波器的基本工作原理

1．回顾中学的沙漏实验——随时间变化的信号如何在平面展示

利用心电图机的结构，已经可以记录电压信号，但是，示波器在大量的应用中，并不需要通过消耗纸张来记录波形，而仅仅是观察波形。因此，可以重复使

用的荧光屏，被应用到示波器的设计中。

2．在示波器上描绘一条曲线——电子枪

和

荧光屏

当在Y 偏转板上加入被测信号，而在X 偏转板上不加电压，可以在示波管的荧光屏上看到光点随着被

测电压的变化而发生位置变化——电压越大，光点位

置越靠上方。

当在X 偏转板上加入一个锯齿波，而在Y 偏转板上不加电压，可以看到光点从荧光屏左边出现，匀速移动到右边，然后又迅速在左边重复出现。

当在X 偏转板上加入一个锯齿波，而在Y 偏转板上加入一个正弦波，则可以看到，光点在匀速左移的同时，其Y 方向位置出现了正弦变化的规律，也就是说，光点的移动轨迹是一个正弦波。

．怎样将周期性电压信号稳定地显示于荧光屏？

○

1～○6时刻，具有相同的特征：都是以上升的方式经过0V 电压。示波器内部，用微分电路可以区分被测信号上升或者下降，用比较器配合外部的电压设置，可以判断被测信号是否经过这个比较电压（比如图中的0V ）。这样，再经过一套逻辑电路，可以在被测信号具有相同初相角的时刻，控制X

轴偏转板，发

出一个锯齿

波。这种利用被测信号的周期性，在相

同

初相角时刻，触发X

轴锯齿波扫描信号，使得波形被重叠、稳定地显示于示波器荧光屏的技术，称为同步触发扫描。图中，

锯齿波在○

1～○6时刻满足触发条件，但仅在○1、○3、○5时刻被触发，是因为在○2、○4、○6时刻，此前的锯齿波尚未扫描结束。

因此，在

示波器外部面板上，有控制被测信号在电压多大时触发锯

齿波产生的电

平旋钮，英文标识为Level ，这个电压称为触发电平。有控制被测信号是上升或者下降经过Level 电压的选择开关，英文标识为Slope

图1.1.3 沙漏摆动留下的正弦波图1.1.4 示波管的结构示意图

Y 轴偏转板

被测信号

X 轴偏转板

锯齿波 Y 轴偏转板被测信号

X 轴偏转板

锯齿波

4．怎样实现双踪波形显示？一般来说，一个示波

器只有一套电子枪系统。而在日常测量中，经常需要比较两个或者两个以上被测信号之间的相位，这就需要示波器能够同时完成两路被测信号的显示。这就叫双踪显示。

示波器完成双踪显示的方法有两种，分别叫交替显示(ALT)、断续显示(CHOP)。它们都是利用人眼的视觉暂留现象实现的。这一点，类似于计算机的多任务分时操作，利用设备的高速性能和人对事物观察的缓慢，让观察者察觉不到设备内部的分时操作。

1）交替显示

○1号锯齿波周期内，Y 轴偏转板上为通道1的正弦波，电子束在荧光屏上扫出一个正弦波片断，○2号锯齿波开始，Y 轴偏转板立即接通通道2的三角波，电子束又重新在荧光屏上扫出一个三角波片断，如此往复，就在荧光屏上得到了正弦波和三角波的同时显示。在交替显示中，负责切换两个通道信号的电子开关，是以触发后的锯齿波为节拍的。因此，当被测信号频率较低时，肉眼可以看出这种切换，不利于波形的稳定显示。所以，此时一般使用断续方式实现双踪显示。

2）断续显示

5．为什么要进行触发源选择？

所谓的触发源，就是触发X

轴偏转板产生锯齿波的源信号。当触发源为被测信号本身，示波器可以保证锯齿波的产生与被测信号同步，进而完成显示的准确重叠，也就是稳定。以被测信号本身作为触发源，是模拟示波器基本工作原理的表现。

为了增加触发灵活性，以适应更为复杂的测量要求，实际的示波器中，都可以对触发源进行灵活选择。几乎所有的模拟示波器都具有内触发和外触发选择。所谓外触发，

是指触

Y 轴偏转板被测信号 X 轴偏转板锯齿波

Y 轴偏转板交替接通两路被测信号

X 轴偏转板

锯齿波

原始输入

的两路被

测信号

Y 轴偏转板被测信号 X 轴偏转板锯齿波

Slope

Y 轴偏转板以固定频率接通两路被测信号

X 轴偏转板锯齿波原始输入

的两路被测信号

发源来自示波器的外触发端子，而内触发则指触发源来自被测信号、机内获得了工频电压信号等。

当触发源选择开关置于外触发时，示波器内部的触发电路将从外触发端子取信号和触发电平比较，产生锯齿波。用外触发控制锯齿波的产生，可以用于两个信号的相位比较。

当触发源选择开关置于内触发时，如果是单踪显示，则仅有本通道信号作为触发源或者线电压作为触发源两种选择。而双踪显示时，则可以任意选择通道1、通道2、线电压之中的一个作为触发源。