Part 1 示波器的觸發(fā)模式

 

一、什么是示波器的觸發(fā)模式？

 

示波器的“觸發(fā)”就是使得示波器的掃描與被觀(guān)測信號同步，從而顯示穩定的波形。為滿(mǎn)足不同的觀(guān)測需要，需要不同的“觸發(fā)模式”。示波器的基本觸發(fā)模式有三種：

 

第一種是“自動(dòng)模式（AUTO）”，在這種模式下，當觸發(fā)沒(méi)有發(fā)生時(shí)，示波器的掃描系統會(huì )根據設定的掃描速率自動(dòng)進(jìn)行掃描；而當有觸發(fā)發(fā)生時(shí)，掃描系統會(huì )盡量按信號的頻率進(jìn)行掃描，所以在這種模式下不論觸發(fā)條件是否滿(mǎn)足，示波器都會(huì )產(chǎn)生掃描，都可以在屏幕上可以看到有變化的掃描線(xiàn)，這是這種模式的特點(diǎn)。

 

第二種是“正常模式/常規模式（NORM）”，這種模式與自動(dòng)模式不同，在這種模式下示波器只有當觸發(fā)條件滿(mǎn)足了才進(jìn)行掃描，如果沒(méi)有觸發(fā)，就不進(jìn)行掃描。因此在這種模式下如果沒(méi)有觸發(fā)的話(huà)，對于模擬示波器會(huì )看不到掃描線(xiàn)，屏幕上什么都沒(méi)有，對于數字示波器會(huì )看不到波形更新，不了解這一點(diǎn)常常會(huì )以為是信號沒(méi)連上或什么其他故障。

 

第三種是“單次模式（SINGLE）”，這種模式與“正常模式”有點(diǎn)類(lèi)似，就是只有當觸發(fā)條件滿(mǎn)足時(shí)才產(chǎn)生掃描，否則不掃描。而不同之處在于，這種掃描一但產(chǎn)生并完成后，示波器的掃描系統即進(jìn)入一種休止狀態(tài)，即使后面再有滿(mǎn)足觸發(fā)條件的信號出現也不再進(jìn)行掃描，也就是觸發(fā)一次只掃描一次，即單次，必須通過(guò)手工的方法將掃描系統重啟，才能產(chǎn)生下一次觸發(fā)。顯然，對于普通模擬示波器而言在這種模式下您經(jīng)常會(huì )發(fā)現什么也看不到，因為波形一閃而過(guò)，示波器不能將其保留，在多數場(chǎng)合這種模式?jīng)]有什么用。以上三種觸發(fā)模式是絕大多數示波器都會(huì )提供。

 

二、在實(shí)際中該如何選擇和使用呢？

 

在實(shí)際使用中，不同觸發(fā)模式的選擇要依據被觀(guān)測信號特性和要觀(guān)測的內容作出判斷，并沒(méi)有什么固定的規則，而往往是一個(gè)交互的過(guò)程，即通過(guò)選擇不同的觸發(fā)模式了解信號的特性，又根據信號的特性和想要觀(guān)測的內容選擇有效的觸發(fā)模式。在這個(gè)過(guò)程中最重要的是要理解不同觸發(fā)模式的工作機制，了解被觀(guān)測信號的特點(diǎn)以及明確所要觀(guān)測的內容。

 

一般來(lái)說(shuō)，在對信號的特點(diǎn)不是很了解的時(shí)候，應該選擇自動(dòng)模式，因為這時(shí)不管信號是什么樣示波器都會(huì )掃描，您至少能在屏幕上看到一些東西，那怕僅僅是掃描線(xiàn)也好，而不會(huì )什么都沒(méi)有。有掃描線(xiàn)后可以通過(guò)調節垂直增益、垂直位置、時(shí)基速率等參數“找到”波形，然后通過(guò)選擇觸發(fā)源、觸發(fā)邊沿、觸發(fā)電平等穩定波形。對于模擬示波器來(lái)說(shuō)，只要信號是周期性的，其頻率在適合相應示波器觀(guān)測的范圍內并且不太復雜的話(huà)，通過(guò)這樣的步驟一般能達到對信號的大體了解，然后根據需要可作進(jìn)一步的觀(guān)測。

 

對于正常模式，許多朋友可能會(huì )覺(jué)得與自動(dòng)模式在觀(guān)測效果上沒(méi)有什么區別，常常有這樣的情況，將觸發(fā)模式在自動(dòng)與正常之間切換，屏幕波形并沒(méi)有什么變化，不過(guò)這種情形往往只發(fā)生在被觀(guān)測信號是一些比較簡(jiǎn)單的周期性信號的情況下。正常模式的作用在于觀(guān)測波形的細節，特別是對于比較復雜的信號，例如視頻同步信號。為什么這樣說(shuō)呢？

 

這是因為為了觀(guān)測細節，我們必須將時(shí)基掃描速率調高，以便將波形展開(kāi)。而當我們這樣做的時(shí)候，就會(huì )使得被觀(guān)測信號的頻率相對于示波器掃描速率而言變低，也就是說(shuō)，在兩次觸發(fā)之間示波器可能會(huì )作很多次掃描。在這種情形下，如果這時(shí)我們選擇的是自動(dòng)模式，則示波器會(huì )實(shí)際進(jìn)行所有這些掃描，其結果是使這些掃描（它們不是由觸發(fā)產(chǎn)生）所對應的波形與觸發(fā)掃描所對應的波形一起顯示，造成顯示波形的混疊，因而不能清晰地顯示我們想看的波形。而如果我們選擇的是正常模式，則這些在觸發(fā)之間的掃描示波器實(shí)際不會(huì )進(jìn)行，只進(jìn)行那些因觸發(fā)而產(chǎn)生的掃描，因而只顯示我們想看到的與觸發(fā)相聯(lián)系的波形，從而使波形會(huì )比較清晰，這就是正常觸發(fā)模式的功用。

 

圖1 是這種情況的圖解，在圖1 中，左側上方是被觀(guān)測的波形，下方是掃描波形，右側是波形的顯示。圖1a中掃描速率較低，不便于觀(guān)察波形的細節；圖1b將掃描速率提高，采用自動(dòng)觸發(fā)模式，這時(shí)顯示的波形是不清晰的，有混疊現象；圖1c中的掃描速率與圖1b相同，但采用正常觸發(fā)方式，僅在有觸發(fā)時(shí)才進(jìn)行掃描，因而顯示清晰的波形。

 

 

對于單次模式，如上所述就普通模擬示波器而言我們基本上是難以利用的，但對于數字存儲示波器來(lái)說(shuō)它是一種非常有用的觸發(fā)模式。在數字存儲示波器中，使用單次觸發(fā)模式可以捕捉單次出現或多次出現但不太具有周期性的信號。雖然使用正常模式也能夠捕捉單次的信號，但如果信號是多次而非單次時(shí)，在正常模式下后面出現的信號所觸發(fā)的掃描就會(huì )將前面捕獲的結果抹去，因此反而得不到穩定的波形。在這種時(shí)候如果采用單次模式就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，也就是說(shuō)，單次模式的觸發(fā)具有從多次出現的信號中挑選一個(gè)的能力。

 

以上我們簡(jiǎn)述了示波器的基本觸發(fā)模式以及它們在實(shí)際使用中的考慮，以期對初學(xué)者掌握示波器有幫助。除了本文所討論的內容外，示波器的其他參數的調節也非常重要，使用者一方面要對各種參數調節的含義有清晰的理解，另一方面也要了解被觀(guān)測信號的特性和明確所要觀(guān)察目標，才能真正有效使用示波器達到測量測試的目的。

 

Part 2 如何用好用活示波器？

 

本文作者是一位長(cháng)期在一線(xiàn)使用示波器的有經(jīng)驗的電源工程師。以此身份，他提出在使用示波器的過(guò)程中要注意一些細節，包括：在使用前對示波器進(jìn)行自校準，對探頭進(jìn)行補償；測量電源紋波時(shí)要限制帶寬，去掉探頭"帽子"和地線(xiàn)夾；測量電源的原、副邊時(shí)不能同時(shí)使用無(wú)源探頭。

 

本人從事電源行業(yè)有5-6年了，示波器就相當于我的左右手。沒(méi)有它就感覺(jué)什么都做不了。有它的存在，能讓我能很順利完成很多項目設計和問(wèn)題分析。對于我 來(lái)說(shuō)，走到今天，它的功勞是不可替代的。對于電源工程師來(lái)說(shuō)，一旦有產(chǎn)品有問(wèn)題就需要抓波形，抓時(shí)序，測試準確數值，以幫助工程師分析，處理。以事實(shí)說(shuō) 話(huà)，看波形說(shuō)話(huà)。如何使測試的數據準確和可靠是非常重要。準確的數字能夠幫助我們，而失真的波形和數值只能誤導我們，讓我們背道而馳，讓我們失去方向，多 做很多無(wú)用功。

 

細細想想，自己雖然在示波器方面不是研究的那么精通，但是也看過(guò)不少關(guān)于示波器的文章，實(shí)踐中碰到不少問(wèn)題，解決了不少問(wèn)題，一路過(guò)來(lái)還是有點(diǎn)經(jīng)驗可以和大家分享的，希望對大家能有所幫助。如果寫(xiě)的不好，請大家見(jiàn)諒。

 

我常?？吹胶芏嘈」居玫氖静ㄆ鬟^(guò)于低端，帶寬低，采樣率底，認為能抓到波形就行，認為沒(méi)有必要買(mǎi)那么好的示波器，并且認為示波器操作簡(jiǎn)單，沒(méi)有那么多 規范?？吹剿麄儗κ静ㄆ鞯牟僮?，不做測試之前的準備，拿起來(lái)就用，其實(shí)那樣做是不正確的，可能往往就是這個(gè)操作不正確導致測試結果失真，影響分析。即使一 些很資深的工程師可能也不會(huì )注意到一些細節。不少工程師對示波器的認識度欠缺，如何更好的使用示波器還是有待提高的。下面就以我見(jiàn)到的很多工程師常犯的問(wèn) 題予以糾正，分享一下我掌握的一些知識。

 

1.很多工程師直接拿起探頭就測試，根本不去檢查探頭是否需要補償，示波器是否需要校驗。只有在一些大公司或經(jīng)過(guò)培訓的工程師才會(huì )在使用前做準備工作。示波器使用前需要自校準和需要探頭補償調節，執行這種調節是使探頭匹配輸入通道。

 

首次操作儀器時(shí)以及同時(shí)顯示多個(gè)輸入通道的數據時(shí)，可能需要在垂直和水平方向上校準數據，以使時(shí)基、幅度和位置同步。例如，發(fā)生明顯溫度變化（> 5°）時(shí)就需要進(jìn)行校準。

 

1.從通道輸入連接器上斷開(kāi)任何探頭或電纜。確保儀器運行并預熱一段時(shí)間。R File（文件）菜單中，選擇Selfalignment（自校準）。

 

2.在Control（控制）選項卡上，點(diǎn)擊Start Alignment（開(kāi)始校準）。

 

3.R alignment state（整體校準狀態(tài)）字段中。每個(gè)輸入通道各個(gè)校準步驟的結果會(huì )顯示在Results（結果）選項卡中。

 

探頭補償調節的操作步驟如下： 1.將示波器探頭連接到通道，按前面板上的PRESET（預設）按鍵（左側面板設置區域中）。將探頭信號端和參考地連接到示波器面板上的參考輸出，然后按 Autoset（自動(dòng)設置）。如果使用探頭鉤式前端附件，請將信號針前端牢固連接在探頭上，確保正確連接。如組圖一所示：

 

組圖一 探頭補償調節

 

2.檢查所顯示波形的形狀?？赡軙?huì )出現的情況如圖二。

 

圖二 補償過(guò)度，不足和正確補償

 

過(guò)度和不足都需要調節探頭。以能更好的測試準確值。

 

3.如果波形不正確，請調整探頭。如下圖三所示，直至波形為上面的補償正確波形。

 

圖三 補償探頭方法

 

以上兩點(diǎn)看似簡(jiǎn)單，但往往是工程師忽略的。為了使測量更精確，請一定要注意檢驗。這兩個(gè)校準功能在任何示波器都應該有。

 

2 測試電壓紋波

 

很多電源工程師在紋波的測量的時(shí)候，也不會(huì )關(guān)注那么多，想當然的測試。示 波器的使用方法不同導致測試的結果差異很大。如下組圖四和組圖五，對于同一個(gè)產(chǎn)品同一個(gè)測試點(diǎn)，由于測試方法的差異，導致測試結果的差異很大。紋波對于電 源來(lái)說(shuō)是個(gè)重要參數，但是由于自己的操作問(wèn)題而導致做測試不通過(guò)，又浪費大量的人力和成本去整改是很不值得的。

 

有時(shí)候您的客戶(hù)由于對儀器的使用和注意不夠，導致測試的數據錯誤。但是自己這邊產(chǎn)品又是沒(méi)有問(wèn)題的，弄的怎么說(shuō)也說(shuō)不通，以至于客戶(hù)還以為是在欺騙他們，所以測試方法很重要。注意這些細節，可以節省很多時(shí)間，讓自己的能力更上一層。

 

示波器測試的值本身就存在誤差的（這里我就暫時(shí)不講解了）?，F在很多公司要求測試波形圖的值作為判定依據。其實(shí)示波器只是測試電壓隨著(zhù)時(shí)間變化的過(guò)程， 主要是調試中捕獲波形。具體測量直流電壓有效值額度準確度還不如數字萬(wàn)用表的值。示波器的直流精度的指標標定也是以萬(wàn)用表做參考的。但是越來(lái)越多公司和工 程師以示波器的值當作真實(shí)值，那么我們就只能盡力作到是測試誤差最少。

 

下面是測試紋波的圖解和分析：

 

組圖四

 

組圖五

 

組圖四的測試紋波的結果值3.9921V比圖五0.126V大很多，但是組圖四的測試值是不真實(shí)的。問(wèn)題分析：其實(shí)產(chǎn)品沒(méi)有問(wèn)題。只是測試方法有問(wèn)題而已?，F在我們就來(lái)指出問(wèn)題點(diǎn)：

 

第一個(gè)錯誤是使用了長(cháng)的接地線(xiàn)。

 

第二個(gè)錯誤是將探頭形成的環(huán)路和接地線(xiàn)均置于電源變壓器和開(kāi)關(guān)元件附近。

 

第三個(gè)錯誤是示波器探頭和輸出電容之間存在多余電感。

 

由于這些不注意，導致拾取了很多高頻信號，變壓器的磁場(chǎng)，開(kāi)關(guān)的電場(chǎng)，以至于示波器抓出來(lái)的波形有高頻雜訊摻雜在里面顯示出來(lái)。

 

第四個(gè)錯誤是量程太大。

 

準確地測試紋波需要做到：

 

使用帶寬限制來(lái)測量紋波，以防止拾取并非真正存在的高頻雜訊。示波器帶寬設置為20M即可。去掉探頭"帽子"和地線(xiàn)夾，以防止長(cháng)地線(xiàn)形成的天線(xiàn)效應。用 近地線(xiàn)纏繞在探頭和地之間。羅德與施瓦茨公司有專(zhuān)門(mén)提供配套的短地線(xiàn)?？梢钥紤]在信號與地之間并聯(lián)一個(gè)0.1uf和一個(gè)10uf電容做去耦。電容的PIN 腳的長(cháng)短也影響了測試的值。

 

Part3 誤操作怎么辦

 

由于很多工程師對示波器的不了解，導致誤操作，損壞示波器或電源之后還搞不清楚為什么

 

很多初級工程師在用多個(gè)探頭測量電源的時(shí)候，剛一開(kāi)機，電源產(chǎn)品就"炸機"，甚至損害示波器。他們會(huì )問(wèn)我，示波器不是直接把探頭接到要測試的元件之間 嗎？我好像沒(méi)有接錯啊，為什么會(huì )這樣??？那是由于對示波器的通道和地的接法不了解。示波器的多個(gè)探頭在示波器內部是共地。所以在同時(shí)測量電源的原邊和副邊 的時(shí)候，如果用一根探頭接原邊的地，另一個(gè)探頭接副邊的地，由于示波器的內部通道的地連接在一起，相當于把電源的原邊和副邊的地短路在一起了，然而原邊和 副邊地之間是有電壓差的，那么短路后的大電流容易燒壞產(chǎn)品和探頭，甚至也可能損壞示波器。在測試原邊和副邊電壓的時(shí)候應該一側用差分探頭，一側用普通探 頭。即使測試同一側線(xiàn)路，探頭的地線(xiàn)也要是共參考點(diǎn)。示波器的地又是通過(guò)電源地連接的。很多公司基本上都會(huì )在示波器前面加一個(gè)隔離變壓器，這種方法挺好。 有些公司直接剪斷電源三相地的PIN腳，那樣沒(méi)有接地，用手摸示波器機殼，漏電流會(huì )加大。建議不要這樣使用。

 

其實(shí)問(wèn)題還不止是這些，如在動(dòng)態(tài)的應用，探頭之間運算的應用，測試電壓值注意的事項等。大家都知道示波器的功能很強大，幾乎沒(méi)有不使用示波器的電子工程師，所以自己在使用示波器的時(shí)候一定要多想想，多試驗，多了解示波器的功能，內部選項鍵之間的差別，了解不同示波器參數對測量的影響，那樣就能更好的幫助我們。不要只是為了完成任務(wù)，隨意為之。認真做起，細心觀(guān)察，這樣我們的進(jìn)步才會(huì )很大。經(jīng)驗是一步一步積累起來(lái)的。