本文介绍示波器的功能、结构图、简单原理和触发方式。下篇讲示波器的基本用法和图示，使用时要注意哪些事项和技巧。(如何使用示波器_如何选择示波器_如何测量示波器)
示波器是一种广泛使用的电子测量仪器。它能将肉眼不可见的电信号转化为可见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用高速电子组成的窄电子束撞击涂有荧光物质的屏幕，可以产生微小的光点(这是传统模拟示波器的工作原理)。在被测信号的作用下，电子束就像笔尖一样，可以在屏幕上画出被测信号瞬时值的变化曲线。示波器可以用来观察不同信号幅度随时间变化的波形曲线，也可以用来测试各种电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅等。示波器是电气工程师的基本仪器，但我经常发现有些工程师不能有效地使用它的触发功能。触发通常被认为是非常复杂的。现在有个趋势，就是有问题直接去实验室请专家帮忙设置触发器。本文旨在帮助工程师理解触发器的基本原理和有效使用触发器的策略。
示波器的作用是什么？示波器的作用是不可替代的。一直是工程师设计调试产品的好帮手。但随着计算机、半导体和通信技术的发展，示波器的种类和型号越来越多，以至于示波器的功能被细分。
1、广泛的电子测量仪器；
2、测量电信号波形(电压对时间)；
3、测量幅度、周期、频率、相位等参数；
4、配合传感器测量所有可以转换成电压的参数(如电流、电阻、温度、磁场强度等。).
5、示波器的功能-测量电压
示波器所做的任何测量都可以归结为电压的测量。示波器可以测量各种波形的电压幅值，不仅可以测量DC电压和正弦电压，还可以测量脉冲或非正弦电压幅值。更有用的是，它可以测量脉冲电压波形各部分的电压幅值，如上冲或顶降。这是任何其他电压测量仪器无法比拟的。
6、示波器的功能-测量时间
示波器的时基能产生与时间成线性关系的扫描线，所以荧光屏的水平刻度可以用来测量波形的时间参数，如周期信号的重复周期、脉冲信号的宽度、时间间隔、上升时间(上升沿)和下降时间(下降沿)、两个信号的时间差等等。
当示波器的扫描速度开关“t/div”的“微调”装置转到校准位置时，可根据“t/div”开关的指示值直接读出并计算出水平方向显示波形的刻度所代表的时间，从而更精确地计算出被测信号的时间参数。
7、示波器的功能-测量相位
用示波器测量两个正弦电压之间的相位差具有实际意义。频率和时间可以用计数器测量，但正弦电压之间的相位关系不能直接测量。用示波器测量相位有很多种方法。
示波器示波器的工作原理示波器是利用电子示波管的特性，将人眼不能直接观察到的交流电信号转换成图像，并显示在荧光屏上进行测量的电子测量仪器。是观察数字电路实验现象，分析实验中的问题，测量实验结果不可缺少的重要仪器。示波器由示波器和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统和标准信号组成
阴极射线管是示波器的核心。它将电信号转换成光信号。如图1所示，电子枪、偏转系统和荧光屏密封在一个真空玻璃外壳中，形成一个完整的示波管。
图1示波管内部结构和电源图。
2、荧光屏
目前示波管的屏幕通常为矩形平面，内表面沉积一层磷光材料，形成荧光膜。蒸发的铝膜通常被添加到荧光膜上。高速电子穿过铝膜撞击荧光粉发光形成亮点。铝膜具有内反射功能，有利于提高亮点亮度。铝膜还有散热等其他功能。
当电子停止轰击时，亮点不能立即消失，而应保持一段时间。亮点亮度下降到原来10%的时间称为“余辉时间”。余辉时间短于10s为极短余辉，10 s-1ms为短余辉，1ms-0.1s为中余辉，0.1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。一般示波器都配有中余辉示波器，高频示波器使用短余辉，低频示波器使用长余辉。
由于使用了不同的磷光材料，在荧光屏上可以发出不同颜色的光。一般示波器通常使用绿色示波器来保护人的眼睛。
3、电子枪和聚焦
电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速电极(G2)(或第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子，形成非常细的高速电子束。灯丝通电加热阴极，阴极受热放出电子。栅极是顶部有小孔的金属圆柱体，套在阴极外面。因为栅极电位低于阴极电位，所以控制阴极发射的电子。一般只有少量初速度高的电子能在阳极电压的作用下穿过栅孔冲向荧光屏。初速度小的电子仍然返回阴极。如果栅极电位太低，所有电子都回到阴极，即电子管关断。调节电路中的W1电位器可以改变栅极电位，控制发射到荧光屏上的电子流密度，从而调节亮点的亮度。第一阳极、第二阳极和前加速电极都是与阴极同轴的三个金属圆柱体。前加速极G2与A2相连，施加的电位高于A1。G2的正电势加速阴极电子到荧光屏。
在电子束从阴极运行到荧光屏的过程中，要经过两次聚焦过程。第一次聚焦由K完成，G1、G2，被称为示波管的第一个电子透镜。第二次聚焦发生在G2、A1、 A2的区域中。调节第二阳极A2的电位可以使电子束会聚到屏幕上的一点，这就是第二次聚焦。A1上的电压称为聚焦电压，A1也称为聚焦电极。有时，第二阳极A2(也称为辅助聚焦电极)的电压需要微调，因为A1的电压不能被调节以实现良好的聚焦。
4、偏转系统
偏转系统控制电子射线的方向，使荧光屏上的光点能随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。在图8.1中，Y1、Y2和Xl与X2相互垂直，构成偏转系统。Y轴偏转板在前，X轴偏转板在后，所以Y轴灵敏度高(测量的信号经过处理后加到Y轴上)。对两对偏转板分别施加电压，使两对偏转板之间分别形成电场，分别控制电子束在垂直方向和水平方向的偏转。
5、示波管电源
为了使示波管正常工作，对电源有一定的要求。规定第二阳极和偏转板之间的电位接近，偏转板的平均电位为零或接近
被测信号接“Y”输入端，经Y轴衰减器适当衰减后送Y1放大器(前置放大)，信号、推拉。通过延迟级将 1时间延迟至Y2放大器。放大后，产生足够的信号和，加到示波管的Y轴偏转板上。为了在屏幕上显示完整稳定的波形，将Y轴的测量信号引入X轴系统的触发电路，在引入信号的正(或负)极性的某一电平值产生触发脉冲，启动锯齿波扫描电路(时基发生器)产生扫描电压。由于从触发到开始扫描有一个时间延迟 2，因此Y轴的延迟时间 1应该比X轴的延迟时间 2稍长，以确保Y轴信号在到达荧光屏之前开始扫描。扫描电压经X轴放大器放大，产生推挽输出和，加到示波管的X轴偏转板上。Z轴系统用来放大正的扫描电压，使之变成正的矩形波，送到示波管的栅极。这使得在扫描正向路径中显示的波形具有一定的固定亮度，并且在扫描返回路径中被擦除。
以上是示波器的基本工作原理。双踪显示是通过电子开关将Y轴输入的两个不同的测量信号显示在屏幕上。由于人类视觉的持续性，当转换频率达到一定程度时，会看到两个稳定清晰的信号波形。示波器中往往有一个精确稳定的方波信号发生器，用于校准示波器。
什么是触发器？任何示波器的内存都是有限的，所以所有示波器都必须使用触发器。触发是示波器应该发现用户感兴趣的事件。换句话说，它是用户想要在波形中找到的。触发可以是事件(即波形中的问题)，但并非所有触发都是事件。触发的例子包括边沿触发、毛刺信号触发和数字模式触发。
示波器必须使用触发器的原因是其存储容量有限。例如，安捷伦90000系列示波器的存储深度为20亿个样本。然而，即使有这么大的内存，示波器仍然需要一些事件来区分哪20亿个样本需要显示给用户。虽然20亿个样本听起来很庞大，但仍然不足以确保示波器内存能够捕捉到感兴趣的事件。
示波器的存储器可以看作是一个传送带。每当采集新样本时，样本将被存储在存储器中。当存储器满时，最早的样本将被删除，以保存最新的样本。当触发事件发生时，示波器会捕获足够的样本，将触发事件存储在存储器的所需位置(通常在中间)，然后将数据显示给用户。
第一节指出被测信号从Y轴输入后，一部分送到示波管的Y轴偏转板，驱动光点在荧光屏上按比例在垂直方向移动；另一部分分流到X轴偏转系统产生触发脉冲，触发扫描发生器，产生重复的锯齿波电压加到示波管的X偏转板上，使光点在水平方向移动，两者合二为一，光点在荧光屏上画出的图案就是被测信号的图案。因此，正确的触发方式直接影响示波器的有效工作。为了在荧光屏上得到稳定清晰的信号波形，掌握基本的触发功能及其操作方法是非常重要的。
自动模式和触发模式
如果触发事件没有发生，会发生什么？这是一个非常好的问题。在这种情况下，屏幕上的波形将不会更新。这不是我们想要的，因为用户可能不知道如何改变触发器来获得屏幕上的波形。例如，如果探头滑动，示波器可能会停止触发。但如果不能更新屏幕，信号损失会非常不明显。
为了解决这个问题，示波器有一种称为“自动”触发的模式。在这种模式下，如果在一段时间内找不到触发器，示波器将自动触发更新屏幕。通常示波器上有一些指示器(比如前面板上的LED)来指示上一次触发是真实触发还是自动触发。这样，如果用户看到“自动”指示器，他们将知道设置的触发没有发生。例如，如果用户设置的触发是毛刺信号，他们将知道示波器没有检测到毛刺信号。
但是，当你回顾上一段的内容时，你会发现，当自动触发发生时，意味着每次触发后，示波器在重新准备时都有一个暂停时间。为了完全避免这种时间，示波器应改为“触发”模式。(这在某些示波器中称为“正常”模式)。在触发模式下，除非发现触发事件，否则示波器不会触发。因此，如果用户将触发模式设置为毛刺信号，而示波器从未触发过它，那么用户可以确定毛刺信号没有发生(至少示波器可以检测到它)。
1、触发信号源选择
为了在屏幕上显示稳定的波形，需要在触发电路中加入被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号。触发源选择决定了触发信号的供应位置。通常有三种触发源：内部触发(int)、电源触发(LINE)和外部触发(ext)。
内部触发以测量信号作为触发信号，是一种常用的触发方式。因为触发信号本身是测量信号的一部分，所以可以在屏幕上显示非常稳定的波形。可以选择双踪示波器中的通道1或通道2作为触发信号。
电源触发器使用交流工频信号作为触发信号。这种方法在测量与交流电源频率有关的信号时是有效的。它在测量音频电路和闸流管的低电平交流噪声时特别有效。
外部触发器使用外部信号作为触发信号，并且外部信号从外部触发器输入端子输入。外部触发信号和测量信号之间应该存在周期性关系。由于测量信号不作为触发信号，所以何时开始扫描与测量信号无关。
触发信号的正确选择与波形显示的稳定性和清晰度有很大关系。比如在数字电路的测量中，对于一个简单的周期信号，选择内触发可能更好，但是对于一个周期复杂的信号，以及与之有周期关系的信号，选择外触发可能更好。
(1)触发耦合模式选择
有许多方法将触发信号耦合到触发电路，以使触发信号稳定可靠。下面是一些常用的。
交流耦合也称为容性耦合。它只允许由触发信号的交流分量触发，而触发信号的DC分量被切断。这种耦合方法通常在DC分量被认为不能形成稳定触发时使用。但是，如果触发信号的频率小于10Hz，将很难触发。
DC耦合不会阻挡触发信号的DC分量。当触发信号频率较低或占空比较大时，DC耦合较好。
当LFR被触发时，触发信号通过高通滤波器被添加到触发电路，并且触发信号的低频分量被抑制。当HFR被触发时，触发信号通过低通滤波器被施加到触发电路，并且触发信号的高频分量被抑制。还有一个用于电视维护的电视同步(TV)触发器。这些触发耦合方式都有各自的适用范围，需要在使用中了解。
(2)触发电平和触发极性。
触发电平调整，也称为同步调整，使扫描与测量信号同步。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置的触发水平，扫描即被触发。顺时针转动旋钮，触发液位上升；逆时针转动旋钮，触发电平将下降。当电平旋钮调节到电平锁定位置时，触发电平自动保持在触发信号的幅度内，无需调节电平即可产生稳定的触发。当信号波形复杂且无法用电平旋钮稳定触发时，可以使用保持旋钮来调整波形的释放时间(扫描暂停时间)，以便扫描可以与波形稳定同步。
极性开关用于选择触发信号的极性。当设置到“”位置时，在信号增加的方向，当触发信号超过触发电平时，将产生一个触发。当设置为“-”位置时，当触发信号超过信号减弱方向的触发电平时，将产生触发。触发极性和触发电平共同决定了触发信号的触发点。
扫描模式：有三种扫描模式：自动、正常和单一。
自动：当无触发信号输入或触发信号频率低于50Hz时，扫描模式为自激。
正常状态：没有触发信号输入时，扫描处于就绪状态，没有扫描线。当触发信号到达时，扫描被触发。
单发：单发按钮类似于复位开关。在单次扫描模式下，按下单次按钮时扫描电路复位，此时就绪灯亮。触发信号到达后产生扫描。一次扫描后，就绪灯熄灭。单扫描用于观察非周期信号或单个瞬态信号，经常需要对波形拍照。
上面简单介绍了示波器的基本功能和操作。示波器还有一些比较复杂的功能，比如延时扫描，触发延时，X-Y工作模式等等，这里就不介绍了。示波器的操作入门很容易，但真正精通还需要在应用中掌握。值得指出的是，示波器虽然功能很多，但很多情况下还是用其他仪器仪表比较好。比如在数字电路实验中，判断是否出现脉宽较窄的单脉冲时，用逻辑笔就简单多了；测量单个脉冲的脉宽时，最好使用逻辑分析仪。
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