雙線、雙蹤示波的顯示原理

在電子實踐技術過程中，常常需要同時觀察兩種（或兩種以上）信號隨時間變化的過程。并對這些不同信號進行電參量的測試和比較。為了達到這個目的，人們在應用普通示波器原理的基礎上，采用了以下兩種同時顯示多個波形的方法：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）示波器是采用雙槍（或多槍）示波管來實現(xiàn)的。下面以雙槍示波管為例加以簡單說明。雙槍示波管有兩個互相獨立的電子槍產生兩束電子。另有兩組互相獨立的偏轉系統(tǒng)，它們各自控制一束電子作上下、左右的運動。熒光屏是共用的，因而屏上可以同時顯示出兩種不同的電信號波形，雙線示波也可以采用單槍雙線示波管來實現(xiàn)。這種示波管只有一個電子槍，在工作時是依靠特殊的電極把電子分成兩束。然后，由管內的兩組互相獨立的偏轉系統(tǒng)，分別控制兩束電子上下、左右運動。熒光屏是共用的，能同時顯示出兩種不同的電信號波形。由于雙線示波管的制造工藝要求高，成本也高，所以應用并不十分普遍。

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上，增設一個專用電子開關，用它來實現(xiàn)兩種（或多種）波形的分別顯示。由于實現(xiàn)雙蹤（或多蹤）示波比實現(xiàn)雙線（或多線）示波來得簡單，不需要使用結構復雜、價格昂貴的“雙腔”或“多腔”示波管，所以雙蹤（或多蹤）示波獲得了普遍的應用。

（1）雙蹤示波的顯示原理

下圖是雙蹤示波法基本原理的示意圖。圖中，電子開關K的作用是使加在示波管垂直偏轉板上的兩種信號電壓作周期性轉換。例如，在0～1這段時間里，電子開關K與信號通道A接通，這時在熒光屏上顯示出信號UA的一段波形；在1～2這段時間里，電子開關K與信號通道B接通，這時在熒光屏上顯現(xiàn)出信號UB的一段波形；在2～3這段時間里，熒光屏上再一次顯示出信號UA的一段波形；在3～4這段時間里，熒光屏上將再一次顯示出UB的一段波形……。這樣，兩個信號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)光時間）現(xiàn)象，*可在熒光屏上同時看到兩個被測信號波形。

雙蹤示波器的基本原理

電子開關的工作方式有“交替”轉換和“斷續(xù)”轉換兩種。下圖是電子開關“交替”轉換工作方式的波形示意圖。在0～1時間內，電子開關與通道A接通，加在X軸上的掃描信號開始進行*個正程掃描，此時熒光屏上將顯現(xiàn)出信號UA的波形；在完成UA波形顯示后，掃描電壓迅速回掃；在1～2時間內，電子開關K與通道B接通，X軸上的掃描信號開始進行第二個正程掃描，熒光屏上將顯示出信號UB的波形；在2～3時間內，熒光屏上再一次顯示出信號UA的波形；在3～4時間內，熒光屏上再一次顯示出信號UB的波形……。由此可見，被測信號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如下圖所示。顯然，此時電子開關的轉換與X軸的掃描始終保持著一致的步調，即電子開關的轉換頻率等于X軸掃描信號的頻率。圖中的虛線實際上是看不見的。

采用“交替”轉換方式的波形示意圖             采用“斷續(xù)”轉換方式的波形示意圖

采用交替轉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。但由于被測信號UA、UB的波形是依次交替地出現(xiàn)在熒光屏上的，所以，如果交替的間隙時間超過了人眼的視覺暫留時間和熒光屏的余輝時間，則人們所看到的熒光屏上的波形*會有閃爍現(xiàn)象。為了避免這種情況的出現(xiàn)，*要求電子開關有足夠高的轉換頻率。這*是說當被測信號的頻率較低時，不宜采用交替轉換工作方式，而應采用斷續(xù)轉換工作方式。

當電子開關用斷續(xù)轉換工作方式時，在X軸掃描的每一個過程中，電子開關都以足夠高的轉換頻率，分別對所顯示的每個被測信號進行多次取樣。這樣，即使被測信號頻率較低，也可避免出現(xiàn)波形的閃爍現(xiàn)象。同時，由于在一次掃描的過程中，光點在兩個圖形上交換的次數(shù)極多，所以圖形上的細小斷裂痕跡不顯著，并不妨礙對波形細節(jié)的觀察。實際上，由于開關的轉換頻率選得遠大于X軸掃描頻率，所以熒光屏上顯示的圖形不會是斷續(xù)圖形，而是連續(xù)的圖形。圖中垂直方向的細虛線表示了電子開關的轉換過程。因在轉換過程中示波器電路的設置使電子束截止，所以圖中所示的垂直細虛線實際上也是不可見的。

在了解上述用電子開關來實現(xiàn)雙蹤示波的原理后，*不難聯(lián)想到用環(huán)形計數(shù)器來實現(xiàn)多蹤示波的原理。由于兩者的顯示原理相似，這里*不再贅述。

（2）雙蹤示波器的基本組成

下圖是雙蹤示波器的原理功能方框圖。由圖可見，它主要是由兩個通道的Y軸前置放大電路、門控電路、電子開關、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、校準信號電路、示波管和高低壓電源供給電路等組成。

觀察信號波形時，被測信號uA，uB通過YA，YB兩個輸入端輸入示波器，先分別送到Y軸前置放大電路YA和YB進行放大。因通道YA和通道YB都受電子開關的控制，所以uA，uB兩信號輪換著輸送到后面的混合電路，加到示波管的垂直偏轉板上。

為了適應各種不同的測試需要，電子開關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)由顯示方式開關來控制。

當顯示方式開關置于交替位置時，電子開關為一雙穩(wěn)態(tài)電路。它受由掃描電路來的閘門信號控制，使得Y軸兩個前置通道隨著掃描電路門信號的變化而交替地工作。每秒鐘交替轉換次數(shù)與由掃描電路產生的掃描信號的重復頻率有關。交替工作狀態(tài)適用于觀察頻率不太低的被測信號。

雙蹤示波器的原理功能方框圖

當顯示方式開關置于YA或YB位置時，電子開關為一單穩(wěn)態(tài)電路。前置放大電路YA或YB可單獨工作，此時，雙蹤示波器可作為普通單線示波器使用。

當顯示方式開關置于YA+YB位置時，電子開關處于不工作狀態(tài)。此時，YA、YB兩通道同時工作，因而可得到兩信號相加或兩信號相減的顯示。然而，兩信號究竟是相加還是相減，這要通過YA通道的極性作用開關來選擇。這個開關有兩個位置，在*個位置時，熒光屏上的圖形為兩信號之和；在第二個位置（-YA）時，熒光屏上的圖形為兩信號之差。

為了觀察被測信號隨時間變化的波形，示波管的水平偏轉板上必須加以線性掃描電壓（鋸齒波電壓）。這個掃描電壓是由掃描電路產生的。當觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路時，觸發(fā)了掃描電路，掃描電路*產生相應的掃描信號；當不加觸發(fā)信號時，掃描電路*不產生掃描信號。

觸發(fā)有內觸發(fā)、外觸發(fā)兩種，由觸發(fā)選擇開關來選擇。當該開關置于內的位置時，觸發(fā)信號來自經Y軸通道送入的被測信號。當該開關置于外的位置時，觸發(fā)信號是由外部送入的。這個信號應與被測信號的頻率成整數(shù)比的關系。示波器在使用中，多數(shù)采用內觸發(fā)工作方式。

所謂內觸發(fā)也分為兩種情況，并由內觸發(fā)選擇開關控制。當開關置于常態(tài)的位置時，觸發(fā)電路的觸發(fā)信號來自YA，YB通道。此時，兩個通道即可同時穩(wěn)定地顯示出各自的被測信號。當用雙蹤顯示來作時間比較分析時，*應該將內觸發(fā)選擇開關置于YB的位置。在這個位置時，觸發(fā)電路的觸發(fā)信號只取自YB通道的輸入信號。此時只有當uA，uB的頻率成整數(shù)比時，熒光屏上才能同時穩(wěn)定地顯示兩個波形。

掃描電路產生的掃描信號（鋸齒波信號），通過X軸選擇開關接到X軸放大電路，經放大后送到示波管的X軸偏轉板。這*是通常在觀察信號隨時間變化的波形時，開關選掃描檔的情況。除上述情況外，用示波器進行其它測試（比如觀察李薩如圖形）時，開關置X外接檔，此時可將X軸輸入端輸入的信號，加到X軸放大電路進行放大，隨后再送至X軸偏轉板。

Z軸放大電路對熒光屏上光點輝度起著調節(jié)的作用，抹去不必要顯示的光點軌跡。當掃描電路閘門信號來到Z軸放大電路，Z軸放大電路便輸出正向的增輝脈沖信號，加至示波管的控制極。這*是說，在掃描信號的過程中，熒光屏上的光點得以增輝；在電子開關的轉換過程中，電子開關電路將輸出脈沖信號也加至Z軸放大電路，此時Z軸放大電路便輸出負向脈沖信號，加至示波管的控制極。這樣，在電子開關的轉換過程中，*消去了兩個通道交替工作時的過渡光點，以提高顯示波形的清晰度。

校正信號電路產生一個一定頻率、一定幅度的矩形信號。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所需的低壓電源的，高壓是供給示波管顯示系統(tǒng)電源的。