【中華百科全書●工學●示波器】

楊籍富

【中華百科全書●工學●示波器】

 

近代科技研究，使用最廣之工具，當數示波器；

 

蓋示波器能使我們直接觀察到換成電信號的一切物理現象，從而分析、駕駁。

 

基本示波器通分為以下幾部分：一、陰極射線管（CRT），俗稱螢光管；

 

二、垂直放大器；

 

三、觸發、掃描電路；

 

四、水平放大電路，如圖1所示。

 

先談螢光管，電子擊打在螢光幕上時，由於螢光之發光時間長，且眼睛視覺暫留，所以電子經過軌跡乃能明顯地描繪。

 

螢光管包含四大部分：（一）電子槍：有陰極、柵極和加速陽極、聚焦陽極等，可產生電子，並控制其強度及聚焦。

 

（二）偏向板：分為水平偏向和垂直偏向，以控制電子在螢光幕上、下、左、右偏轉；

 

由於上、下、左、右之作用，電子能擊打整個螢光幕各區，充分發揮示波功能。

 

（三）加速區：使電子有足移能量，以便撞擊螢光粒子，發出可見光。

 

（四）螢光幕。

 

次談垂直放大器：參考圖一方塊圖，圖中以虛線連接部分，為示波器之基本面板控制鈕，和其連結之方塊即為其控制之相關電路。

 

在方塊圖中，垂直放大器分為兩大部分：（一）衰減器，（二）垂直放大。

 

信號由Y輸入進入，先經衰減器，此衰減器由二部分構成：甲、1：1,10：1,100：1,1000：1衰減器，用以控制輸入信號；

 

因垂直放大器之輸入電路，基於靈敏度問題，不能處理大於某定值以上之信號，故大於此值之信號依例衰減。

 

乙、1,2,5衰減器，配合甲衰減器，使面板上控制V/DIV（伏/每格）之鈕分為0.2、0.5、1、2、5…等各檔。

 

信號至此已衰減至適當大小，再經由垂直放大器予以放大，此並未和前述衝突，蓋衰減為提高靈敏度，而此處之放大則為了和偏向板匹配。

 

放大後之信號送至垂直偏向板控制顯示。

 

此處有兩相關電路，虛線速結之垂直位置控制鈕，此鈕控制在螢光幕顯示之上下位置，因垂直放大器之電路皆為差動放大，只要控制差動電晶體之直流偏壓，就可得到信號在螢光幕上下位置之變換。

 

另在垂直放大電路中將一部分信號拉至觸發電路。

 

設想若示波器只加垂直信號，則一正弦波信號，將只能在螢光幕上作上下直線簡諧動作。

 

為適切表達此正弦信號，就要加水平信號。

 

水平信號為一鋸齒波，此信號又稱時基（TimeBase）。

 

時基之意，乃為在鋸齒波起始點A時。

 

見圖2。

 

電壓大小為O，電子打在螢光幕最左側，若在B點，電子打在中間，到達C點時，水平偏向最大，電子打在最右側，這樣就能將原本以上下運動的垂直信號拉開，詳細研究圖3，就可完全明瞭其原理。

 

當電子打到最右邊時，應於最短時間內回到最左邊，以應付下一信號，故由C到D幾乎為垂直。

 

此鋸齒波信號由觸發電路和掃描電路產生，而加到偏向板之時間應配合垂直信號，這就牽涉到同步的問題。

 

信號加到示波器上，原本就應穩定顯示，以利觀察分析。

 

若信號已傳至垂直偏向板，而水平時基未同步地加到水平偏向板，其結果將使信號顯示不規則，讓人混淆目眩。

 

為使水平和垂直同步，最直接了當之法即水平時基由垂直信號取出一部分來觸發；

 

故前述方塊圖中將垂直信號引入觸發電路觸發一脈波，並用來觸發掃描時基電路以產生一鋸齒波時基，加到水平偏向板，進而穩定地將信號顯示。

 

準位控制鈕之目的為：當垂直信號太弱，而觸發準位太高，結果勢必令垂直信號無法觸動觸發電路，致不能產生水平時基，故附此鈕，以便調整觸發準位。

 

但由此處，亦可推論一事實，即當垂直未加信號，則亦無觸發水平時基，螢光幕不可能有顯示，我們將懷疑示波器是否故障。

 

為釋此慮，有三種解決方法：一、Line：即按下此鈕，觸發信號由示波器內，6OHZ變壓器工作頻率來觸發：此鈕在研究由市電引起之雜訊特別有用。

 

二、External：外加觸發信號，在特殊信號量度上使用。

 

三、Auto：自動觸發，按下此鈕，若垂直有信號，則由垂直信號控制觸發；

 

若無垂直信號，則觸發電路本身會自生一信號來自己觸發，使得螢光幕仍打出一條水平線。

 

一般示波器都有此鈕，但有時為求量度準確或特殊用途，我們不用Auto來觸發，而靠Trig，此時觸發係由垂直信號負責的。

 

若面板上有Slope這個控制鈕，它的功能是決定觸發係由正向脈沖或負向脈沖執行。

 

TIM/DIV這個選擇開關是決定顯示在示波器上波形之疏密度，亦即控制水平時基之頻率。

 

最後談水平放大電路：它和垂直放大電路完全相同，但有二功用：（一）XMode控制，按下此鈕，則由External輸入之信號，將和垂直Y輸入信號作相平面圖形顯示，即一般熟悉之李賽交圖形（DissajousPattern），（二）放開此鈕，則作時基信號放大電路，使時基加至水平偏向板。

 

尚有雙跡示波器（DualTrace），即可同時觀察兩信號之示波器，具一水平時基，卻有二垂直電路Y1、Y2。

 

如圖4。

 

但只有一電子槍。

 

電子槍同時受Y1、Y2交互控制，這交互控制動作由加於垂直放大輸出和偏向板間之電子開關負責。

 

電子開關向Y1時，Y1顯示；

 

換向Y2時，Y2顯示。

 

雖是如此交互動作，但因速度快且眼睛視覺暫留，我們仍能完整看出兩個信號。

 

電子開關控制電子槍交互掃描之法有二，一、Chop：適於低頻，二、Alternate：適於高頻。

 

兩者切勿混淆，否則顯示會不全或閃爍。

 

另有雙束示波器（DualBeam），則有二垂直、二水平、二電子束，和雙跡不同。

 

近因微電腦技術發達，故有數位示波器出現，因複雜且限於篇幅，此不詳述，原理圖如圖5。

 

其優點為解析度較佳。

 

圖6係一實際中級雙跡示波器面板圖，1為雙跡電子開關控制方式，其中Chop和ALT已介紹，A為只使用單跡，ADD即A和B加起來；

 

2係垂直位置控制鈕；

 

3為垂直衰減開關；

 

4、5係延遲式示波器，使用於研究一方波之上升時間或下降時間，其中Level及Slope已介紹過；

 

8為水平位置鈕；

 

9為水平時基頻率控制鈕；

 

10為External外加水平觸發加入端配合其上EXT鈕使用；

 

11為保持顯示波形鈕；

 

12、13用於延遲式示波器；

 

14為對顯示波形在晦暗環境下之照明；

 

15為電源開關；

 

16為校準標準波輸出端。

 

（薛貴隆）

 

引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=4461