1、章节五里面那个表 2 里面就是触发类型与触发类型条件示波器的触发原理及其触发选择方式摘要在电子行业、故障诊断以及试验测试中，万用表、逻辑笔和示波器是最常用的电子测量仪器。万用表和逻辑笔使用方法比较简单，而示波器却是一种应用广泛，使用相对复杂的仪器。示波器作为一种常用电子测量仪器，可以实时监测被测信号幅度随时间的变化，被广泛应用于电子测量、电器检查、数据分析等各个领域，为了实现准确测量，示波器的各个参数都应正确设置。本文以示波器的触发原理及其触发选择方式为具体的研究对象，从相关的背景和概念出发，对示波器的触发原理及其触发选择方式进行分析，通过不同方式在测试中的对比，探讨扫描和触发方式的选择。关键
2、字：示波器；触发原理；触发方式目 录1 引言 12 示波器使用及注意事项 12.1 示波器使用 12.2 使用示波器的注意事项 33 示波器的触发原理 43.1 触发概述 43.2 触发原理 43.3 示波器触发电路 63.4 触发与存储 84 示波器的触发选择方式 94.1 触发方式 94.2 触发方式的选择 105 示波器的触发类型及其应用 116 总结 12参考文献 13致谢 1411 引言示波器是最重要、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
3、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。2 示波器使用及注意事项2.1 示波器使用示波器的种类虽然很多，但用法都大同小异。现在只是从概念上简单介绍一下示波器在日常使用中的常用功能。1 荧光屏荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，称为标尺，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间，垂直方向指示电压。标尺通常在垂直方向有 8 个，水平方向有 10 个，每个格为1cm。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V DIV，TIMEDIV)能得出电压值与时间值。2 电源系统1）电源(Power)示波器
4、主电源开关。按下此开关，电源指示灯亮，电源接通。2）辉度(Intensity)旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。一般不要太亮，以延长示波管的使用寿命。3）聚焦(Focus)旋转此旋钮可调节屏幕上光点的大小，以便获得最清晰的波形轨迹。3 垂直偏转因数和水平偏转因数1）垂直偏转因数选择(VOLTSDIV) 和微调垂直偏转系统对输入信号进行比例变换，使之能在屏幕上表现出来。在单位输入信号的作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度。灵敏度的倒2数称为偏转因数。垂直偏转因数的单位是 m VDIV，VDIV。示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。多数的示波器上，波段开关一般都是按 125
5、 的序列步进从 5m VDIV 到 5VDIV 变化的。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于 1VDIV 档时，如果屏幕上信号光点移动两格，则代表输入信号电压变化 2V。每个波段开关上往往还有一个小旋钮，用来微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致。许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。例如，如果波段开关指示的偏转因数是 1V/DIV，采用5 扩展状态时，
6、垂直偏转因数是0.2VDIV。2）时基选择(TIMEDIV)和微调时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。时基选择也通过一个波段开关把时基分为若干档。波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。例如在 1m SDIV 档，光点在屏上移动两格代表时间值2m S。 “微调 ”旋钮用于时基校准和微调，使用与垂直偏转系统类似，这里就不做详细介绍了。示波器前面板上的位移(Position)旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。旋转水平位移旋钮(标有水平双向箭头)可以左右移动信号波形，旋转垂直位移旋钮( 标有垂直双向箭头)可以上下移动信号波形。4 输入通道和输入耦合选择1）输入通道选择
7、输入通道至少有三种选择方式：通道 1(CH1)、通道 2(CH2)、双通道(DUAL)。测试信号时，要将示波器的地与被测电路的地连接在一起。根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上，示波器另一端探头接触被测点。示波器探头上有一双位开关。此开关拨到“1” 位置时，被测信号无衰减送到示波器，从荧光屏上读出的电压值是被测信号的实际电压值。此开关拨到“10“位置时，被测信号衰减为 110 送往示波器，从荧光屏上读出的电压值乘以 10 才是信号的实际电压值。32）输入耦合方式输入耦合方式有三种选择：交流(AC)、地(GND) 、直流 (DC)。直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号。交
8、流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。在屏幕上将会看到一条位于 0V 电平的直线。这时可以使用位置控制机构来调节这个参考电平或扫描基线的位置。3）触发电平(Level)电平调节旋钮调节触发信号的触发电平。一旦触发信号超过旋钮设定的触发电平时，扫描即被触发。顺时针旋转旋钮，触发电平上升；逆时针旋转旋钮，触发电平下降。当电平旋钮调到电平锁定位置时，触发电平自动保持在触发信号的幅度内，不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。当信号波形复杂，用电平旋钮不能稳定触发时，用释抑(Hold Off)旋钮调节波形的释抑时间 (扫描暂停时间) ，就能
9、使扫描与波形稳定同步。以上简单介绍了示波器的基本功能和操作，其实，示波器还有很多复杂的功能，这需要我们在日常应用中不断摸索熟练掌握。2.2 使用示波器的注意事项1.为了仪器操作人员的安全和仪器安全，仪器在安全范围内正常工作，保证测量波形准确、数据可靠、降低外界噪声干扰;通用示波器通过调节亮度和聚焦旋钮使光点直径最小以使波形清晰，减小测试误差; 不要使光点停留在一点不动，否则电子束轰击一点宜在荧光屏上形成暗斑，损坏荧光屏。2.测量系统-例如示波器、信号源;打印机、计算机等设备等。被测电子设备-例如仪器、电子部件、电路板、被测设备供电电源等设备接地线必须与公共地（大地）相连。3.TDS200/TD
10、S1000/TDS2000 系列数字示波器配合探头使用时，只能测量（被测信号-信号地就是大地，信号端输出幅度小于 300VCATII）信号的波形。绝对不能测量市电 AC220V 或与市电 AC220V 不能隔离的电子设备的浮地信号。（热地是不能接大地的，否则造成仪器损坏，如测试电磁炉。 ）4.通用示波器的外壳，信号输入端 BNC 插座金属外圈，探头接地线，AC220V 电源插座接地线端都是相通的。如仪器使用时不接大地线，直接用探4头对浮地信号测量，则仪器相对大地会产生电位差;电压值等于探头接地线接触被测设备点与大地之间的电位差。这将对仪器操作人员、示波器、被测电子设备带来严重安全危险。5.用户
11、如须要测量开关电源（开关电源初级,控制电路） 、UPS（不间断电源）、电子整流器、节能灯、变频器等类型产品或其它与市电 AC220V 不能隔离的电子设备进行浮地信号测试时，必使用 DP100 高压隔离差分探头。3 示波器的触发原理3.1 触发概述触发是使用示波器时最常提到的一个词。要明白触发的概念，首先要了解示波器同步的概念。示波器同步是指示波器的扫描或采集信号与被测信号的频率之间存在着整数倍的关系。触发电路实际上起到一个比较器的作用。先设定一些条件，将被测信号不断地与这些条件相比较，只有当被测信号满足这些条件时才启动扫描或采集，同步并稳定显示。触发能保证每次扫描或采集的时候，都从输入信号上与
12、定义的相同的触发条件开始，这样每一次扫描或采集的波形就同步，从而显示稳定的波形。通俗的讲触发就是用来控制示波器显示什么。归纳起来有以下几方面应用：(1)使重复信号稳定显示；(2)对单次信号进行捕获；(3)对重复信号中的异常波形和单次事件中的特殊波形进行隔离捕获。3.2 触发原理当示波器输入一个信号，这时如果不对信号的显示作出相应的控制，那么显示则是杂乱无章的，如图 1 所示，每一屏的显示都不同，当示波器快速刷新的时候，看到的信号是混叠的、不稳定的图像，无法进行观察和测量。5图 1 示波器没有正常触发时的波形显示为了解决这种情况，就需要规定示波器的触发条件，以达到稳定同步，把信号清晰的显示出来。
13、就以最简单常用的边缘触发来说明一下触发的原理。首先分析一下所要观察的波形：正弦波在一个周期内的波形特征，只有一个唯一的上升和下降沿，那么可以选择上升沿作为触发条件，同时设置一个触发电平与上升沿相交，得到一个触发点。在正弦波的不同周期，该触发点的位置是相同并唯一的，这时当我们把该触发点定义在显示屏幕的特定位置时，示波器每刷新一屏，把满足触发条件的点都放在屏幕的相同位置，由于该点在波形中是唯一相同的，所有不同屏幕的触发点都在同一位置，那么屏幕上的显示就稳定同步了，同时刷新一屏只有第一个满足触发条件的点定义为触发点，其它被忽略。为方便起见，把触发点放在屏幕的最左边位置，当每刷新一屏时，示波器把满足触
14、发条件的点放在同一点，波形就稳定地被显示在示波器的屏幕上，波形如图 2 所示。6图 2 示波器正常触发时的波形显示3.3 示波器触发电路触发电路的作用是提供符合要求的触发脉冲，去启动扫描或采集，它是水平通道的一部分。包括触发源选择、触发耦合方式选择、触发方式选择、触发极性选择、触发电平选择和触发放大整形等电路。图 3 为模拟示波器触发电路示意图。数字示波器的触发电路原理与模拟示波器类似，这里就不给出了。图 3 模拟示波器触发电路示意图1 触发源的选择内触发(INT)：将垂直通道前置放大器输出 (延迟线前的被测信号 )作为触发7信号，适用于观测被测信号。内触发的源可以是任何输入通道。外触发(EX
15、T)：用外接的与被测信号有严格同步关系的信号作为触发源，可用于比较两个信号的同步关系。电源触发(LINE) ：用 50Hz 工频正弦信号作为触发源，适用于观测与 50Hz交流有同步关系的信号。2 触发耦合方式当触发信号存在干扰和噪声的时候，就需要通过触发耦合来净化触发信号，使触发电路能够完成预期的工作，不出现误触发。触发电路产生的只是控制信号，用来控制示波器的存储和显示，它不会影响到被测信号的显示，所以使用触发耦合不会对被测信号有任何影响。触发耦合有直流耦合。交流耦合、高频抑制、低频抑制和噪声过滤等，在应用中有各自不同的用法。表 1Tektronix 公司的 TDS3000B 系列示波器的触发
16、耦合方式直流耦合 触发源直接连接到触发电路,交流和直流的通路高频抑制 抑制触发信号中高于 30kHz 的信号低频抑制 抑制触发信号中低于 1kHz 的信号噪声控制 用低灵敏度的直流耦合来抑制触发信号中的噪声表 1 给出了 Tektronix 公司的 TDS3000B 系列示波器的触发耦合方式和作用，其它型号不尽相同。需要注意的一点就是触发耦合与垂直通道耦合是有本质区别的，垂直耦合会影响到被测波形。3 触发极性和触发电平触发极性也称触发斜率，是指触发点位于触发源信号的上升沿(正极性)还是下降沿( 负极性 )。触发电平指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值。触发极性和触发电平决定触发脉
17、冲产生的时刻，并决定被显示信号的起始点。4 触发模式触发模式是指一些为产生触发所选定的方式，以满足不同的观测需要。常见的触发模式有以下几种：自动(AUTO)：在这种模式下，当触发没有发生时，示波器的扫描系统会根据设定的扫描速率自动进行扫描；当有触发发生时，扫描系统会尽量按信号的频率进行扫描。所以在这种模式下不论触发条件是否满足，示波器都会产生扫描，都可以8在屏幕上可以看到有变化的扫描线。正常(NORMAL)：这种模式下，示波器只有当触发条件满足了才进行扫描。因此在该模式下如果没有触发的话，对于模拟示波器而言会看不到扫描线，屏幕上什么都没有，对于数字示波器而言会看不到波形更新。正常模式的作用在于
18、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。为了观测细节，必须将时基扫描速率调高，以便将波形展开，这样就会使得被观测信号的频率相对于示波器扫描速率而言变低，也就是说，在两次触发之间示波器可能会作很多次扫描。这种情形下如果选择的是自动模式，示波器就会实际进行所有这些扫描，其结果是使这些扫描(它们不是由触发产生)所对应的波形与触发扫描所对应的波形一起显示，造成显示波形的混迭，因而不能清晰地显示需要的波形。而如果选择的是正常模式，这些在触发之间的扫描示波器实际上不会进行，只显示想看到的与触发相联系的波形，从而使波形会比较清晰。单次(SINGLE)：这种模式与 “正常模式”有一点类似，
19、就是只有当触发条件满足时才产生扫描，否则不扫描。而不同在于，这种扫描一但产生并完成后，示波器的扫描系统即进入一种休止状态，使得后面即使再有满足触发条件的信号出现也不再进行扫描，也就是触发一次只扫描一次，即单次，必须通过手工的方法将扫描系统重启，才能产生下一次触发。对于数字示波器而言，单次触发用的非常多，可以捕捉单次出现或多次出现但不太具有周期性的信号。5 放大整形电路放大整形电路的作用是对触发信号进行放大整形，以满足触发信号的要求。整形电路的基本形式是电压比较器，当输入的触发源信号与通过触发极性和触发电平选择的信号之差达到某一设定值时，比较电路翻转，输出矩形波，然后经过整形，变成触发脉冲。3.
20、4 触发与存储传统的模拟示波器由于没有存储单元，触发只是示波器显示波形的一个起始信号，单单定义了波形的起点。但是数字存储示波器由于把模拟信号数字化，并且存储到内存之中，触发作为一个定义点也同样被存储到内存，这种模式就决定了可以把触发点放到内存中的任意一个位置。有了这个特性我们就可以看9到触发之前的波形，也就是我们所说的预触发，这是数字示波器特有的。通过图 4 可以看到被测信号不断地输入示波器，这些数字化的信号是遵循先进先出的原理存储到示波器内存中去的。当在存储器中定义了触发点的位置后，波形点满足了触发条件时，该点就被固定在存储器定义的触发点上了，这时还要参考一个参数就是触发延时，它规定了触发点
21、到起点的时间距离，是事先定义好的，存储器的起点也就固定下来，这时示波器存储器变成了只进不出，后进来的信号直到填满存储深度为止，存满后再重新刷新。如果是单次捕获就只存储刷新一次。很容易看到存储器起点到触发点这段时间记录的波形数据就是触发前的波形信息，我们称之为预触发。而触发点到存储器终点的波形称之为后触发。图 4 预触发示意图4 示波器的触发选择方式4.1 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
22、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10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
23、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。4.2 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。
24、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
25、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内，就会进行多次扫描，从而造成显示波形的混叠，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11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
26、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。5 示波器的触发类型及其应用用作触发条件的形式很多，最常用最基本的就是边沿触发。模拟示波器一般只有边沿触发一种类型，而数字示波器则非常多，常用的如表 2 所示。表 2 数字示波器常用触发类型触发类型 触发条件边沿 所有现代示波器上都提供了边沿触发,它是基本的、最常见的触发类型。边沿触发通常可以使用户查看波形的一般幅度和定时特点。毛刺只能接受(或拒绝)低于定义脉冲宽度极限脉冲的触发。可以选择负、正或任一极性。这种触发控制功能可以检查非常少见的毛刺成因及其对其它信号的影响。脉宽 只接受(
27、或拒绝)位于两个定义的时间极限之间的脉宽。可以选择正或负的脉冲极性。矮脉冲 仅接受进出两个定义的幅度门限之间的脉冲指定的触发窗口通过窗口触发功能,示波器会触发进入(或退出)由两个用户可调节的门限定义的窗口的事件。此外,还可以使用窗口触发上的时间判定指标,构成一个矩形时间窗口,如果信号进入或退出这个窗口,将触发示波器。超时 基于特定时滞设置触发,可以不必等到触发脉冲结束就可以产生触发事件。转换时间 允许在从低到高门限和/或从高到低门限的时间间隔慢于(大于)或快于(小于)指定时间时触发系统,其中可以选择正、负或任一极性。建立/保持 允许确定性地捕获单个建立时间和保持时间超限首先，分析这种特殊信号，
28、目标是捕获在方波信号中存在的与正常脉冲宽度不一样的窄脉冲。如果我们只设定边缘触发，那么每个脉冲都满足条件，都产生触发，会产生混叠，这时无法把关心的窄脉冲隔离出来。所以不能用边缘触发，而要选择更高级的触发方式。根据信号的特征选用脉冲宽度触发功能，设定所要捕获波形的时间宽度，时间触发条件设定为小于，设定触发电平。当波形满足电平触发条件的同时，又满足设定的波形脉冲宽度的触发条件，就能捕获到所关心的窄脉冲了。图 5 的波形也可用毛刺触发来找出关心的信号。12图 5 脉宽触发的应用6 总结现实工作中所要观测的信号千变万化，特别是那些隐藏在标准信号下的偶发错误信号。示波器的作用是观测这些信号，而其核心是触
29、发条件的设置。只有准确的触发，才能更快更好的观测要研究的信号。设置触发是示波器使用的难点，要正确地设置触发条件应该做到以下两点：(1)了解要观察的信号，只有了解信号本身的特征，才能够找出正确的触发条件，才能准确的定位隐藏在正常信号中的异常信号；(2) 所使用的示波器，期待的触发条件再好，示波器不支持也无济于事。只有知道示波器所具有的触发类型，合理设置触发条件，才能真正迅速地捕获被测信号。参考文献1秦塬淋. 示波器触发原理和应用J. 计量与测试技术,2012,02:36-38.2向川云,田书林,曾浩. 混合信号示波器中的逻辑分析仪模块设计J. 中国仪器仪表,2009,01:67-70.3祝秋文.
30、 示波器不常用功能的探究J. 湖北师范学院学报 (自然科学版),2009,02:80-83.4梁志国. 数字存储示波器触发点电平和延迟的精确校准J. 仪器仪表学报,2011,06:1403-1408.5孙建凤. 数字存储示波器的原理、特点及发展动态J. 现代科学仪器,1996,03:13-17.6孙建凤. 数字存储示波器的原理、特点及发展动态J. 宇航计测技术,1996,06:52-61.7梁驹,徐建芬,刘玉军. 示波器的发展与合理选择J. 现代仪器 ,2006,06:45-48.8李毅,师奕兵,王厚军,田书林. 数字存储示波器触发电路的数字化技术研究J. 仪器仪表学报,2004,03:385
31、-387+405.9梁志国,孙璟宇,郁月华. 数字示波器计量校准中的若干问题讨论J. 仪器仪表学报,2004,05:628-632.10张逸成,梁海泉,姚勇涛. 一种虚拟示波器的设计J. 电子测量与仪器学报,2007,02:104-108+103.13致谢在此，衷心感谢我的毕业论文老师，在老师的耐心指导下，经过奋战，我终于完成了本毕业论文。没有她的耐心辅导，我的论文将无从谈起，每当我遇到困难的时候，是她在我身边耐心地指导，并指引我走进新的领域，让我由陌生到熟悉，从而学到了许多平时在课堂上没有学到的东西。我要感谢那些曾经、现在或者将来工作在这一领域的人，他们锲而不舍的精神一直是我前进的动力，正是借鉴了他们积累的丰富知识、经验，我才能顺利完成这篇论文。 另外，还要特别感谢我的家人，你们时刻关心我，是你们给了我学习的机会,是你们时时刻刻为我鼓劲、为我加油，进而促使我不断成长。同时也要感谢寝室的室友以及所有关心我的朋友，跟你们走过了很多美好的时光，在我遇到困难时你们关心我、帮助我，在此次毕业论文中很多朋友也给我解决了当中出现的一些问题，真的很感谢。最后，再次感谢你们，祝愿你们工作顺利，生活愉快！
