双踪示波器的显示原理

    双踪（或多踪）示波器是在单线示波器的基础上，增设一个专用电子开关，用它来实现两种（或多种）波形的分别显示。由于实现双踪（或多踪）示波比实现双线（或多线）示波简单，不需要使用结构复杂、价格昂贵的“双腔”或“多腔”示波管，所以双踪（或多踪）示波器获得了普遍的应用。

    双踪示波器是由两个通道的y轴前置放大电路、门控电路、电子开关、混合电路、延迟电路、y轴后置放大电路、触发电路、扫描电路、x轴放大电路、z轴放大电路、校准信号电路、示波管和高低压电源供给电路等组成的。观察信号波形时，被测信号UA、UB通过CHA、CHB两个输入端输入示波器，先分别送到y轴前置放大电路的通道yA和yB进行放大。因通道yA和通道yB都受电子开关的控制，所以UA、UR两信号将被轮换着输送到后面的混合电路、延迟电路、y轴后置放大电路中，最后再加到示波管的垂直偏转板上。

    为了适应各种不同的测试需要，其电子开关有五种不同的工作状态，即CHA、CHB、交替、断续、ADD。这五种工作状态由显示方式开关来控制。

    当显示方式开关置于交替位置时，电子开关为一双稳态电路。它受从扫描电路来的闸门信号控制，使得y轴的两个前置通道随着扫描电路闸门信号的变化而交替工作。每秒钟交替转换次数与由扫描电路产生的扫描信号的重复频率有关。交替工作状态适用于观察频率不太低的被测信号。

    当显示方式开关置于断续位置时，电子开关是一振荡频率约为200kHz的自激多谐振荡电路。由它的两个输出端输出相位相反的两个矩形信号。前置放大电路CHA和CHB是受上述两个矩形信号控制而轮流工作的，这样就可以稳定地显示出两个信号。这种断续工作状态适用于观察频率不太高的被测信号。

    当显示方式开关置于CHA或CHB位置时，电子开关为一单稳态电路。前置放大电路CHA或CHB可单独工作，此时，双踪示波器可作为普通单线示波器使用。

    当显示方式开关置于ADD位置时，电子开关处于不工作状态。此时，CHA、CHB两通道同时工作，因而可得到两信号相加或两信号相减的显示。然而，两信号究竟是相加还是相减，要通过CHA通道的极性作用开关来选择。为了观察被测试信号随时间变化的波形，示波器的水平偏转板上必须加有线性扫描电压（锯齿波电压）。这个扫描电压是由扫描电路产生的。当触发信号加到触发电路上时，触发扫描电路就产生相应的扫描信号；当不加触发信号时，扫描电路就不产生扫描信号。

    双踪示波器具有两路输入端，可同时接人两路电压信号进行显示。在示波器内部将输入信号放大后，使用电子开关将两路输入信号轮换切换到示波管的偏转板上，使两路信号同时显示在示波管的屏面上，便于进行两路信号的观测比较。为了保持荧光屏显示出来的两种信号波形的稳定，要求被测信号频率、扫描信号频率与电子开关的转换频率三者之间满足一定的关系。

    首先，两个被测信号频率与扫描信号频率之间应该是成整数比的关系，也就是要求“同步”。这一点与单线示波器的原理是相同的，只是现在的被测信号有两个，而扫描信号只有一个。在实际应用中，需要观察和比较的两个信号常常是互相有内在联系的，所以上述的同步要求一般是容易满足的。

    其次，为了使荧光屏上显示的两个被测信号波形都稳定，除满足上述要求外，还必须合理地选择电子开关的转换频率，使得在示波器上所显示的波形个数合适，以便于观察。电子开关的工作方式有“交替”转换和“断续”转换两种。“交替”转换工作方式在0～1时间内，电子开关与通道A接通，加在x轴上的扫描信号开始进行第一个正程扫描，此时荧光屏上将显现出信号UA的波形；在完成UA波形的显示后，扫描电压迅速回扫；在1~2时间内，电子开关K与通道B接通，x轴上的扫描信号开始进行第二个正程扫描，荧光屏上将显示出信号UB的波形；在2~3时间内，荧光屏上再一次显示出信号UA的波形；在3～4时间内，荧光屏上再一次显示出信号UB的波形。由此可见，被测信号UA、UB的波形是依次、交替出现在荧光屏上的，显然，此时电子开关的转换与x轴的扫描始终保持着一致的步调，即电子开关的转换频率等于x轴扫描信号的频率。

    采用交替转换工作方式显示的波形与采用双线示波法显示的波形非常相似，都没有间断点。但由于被测信号UA、UB的波形是依次交替出现在荧光屏上的，所以如果交替的间隙时间超过了人眼的视觉暂留时间和荧光屏的余辉时间，则人们所看到在荧光屏上显示的波形就会有闪烁现象。为了避免这种情况的出现，要求电子开关有足够高的转换频率。这就是说，当被测信号的频率较低时，不宜采用交替转换工作方式，而应采用断续转换工作方式。当电子开关采用断续转换工作方式时，在x轴扫描的每一个过程中，电子开关都以足够高的转换频率分别对所显示的每个被测信号进行多次取样。这样即使被测信号的频率较低，也可避免出现波形的闪烁现象。同时，由于在一次扫描的过程中，光点在两个图形上交换的次数极多，所以图形上的细小断裂痕迹不显著，并不妨碍对波形细节的观察。实际上，由于开关的转换频率选得远大于x轴扫描频率，所以荧光屏上显示的图形不会是断续的图形，而是连续的图形。

    双踪示波器触发有内触发、外触发两种，由触发选择开关来选择。当该开关置于内触发位置时，触发信号来自经y轴通道送人的被测信号。当该开关置于外触发置时，触发信号是由外部送入的。这个信号应与被测信号的频率成整数比的关系。示波器在使用中，多数采用的是内触发工作方式。

    内触发工作方式也分为两种情况，并由内触发选择开关控制。当该开关置于常态的位置时，触发电路的触发信号来自yA，yB通道。此时，两个通道可同时稳定地显示出各自的被测信号。当用双踪显示来做时间比较分析时，就应该将内触发选择开关置于yB的位置。在这个位置时，触发电路的触发信号只取自yB通道的输入信号。只有当UA，UB的频率成整数比时，荧光屏上才能同时稳定地显示出两个波形来。

    扫描电路产生的扫描信号（锯齿波信号），通过x轴选择开关接到x轴放大电路，再经放大后送到示波管的x轴偏转板上。通常在观察信号随时间变化的波形时，开关应选扫描挡；用示波器进行其他测试（如观察李沙育图形）时，开关置x外接挡，此时可将x轴输入端输入的信号加到x轴放大电路上进行放大，随后再送至x轴偏转板上。

    z轴放大电路对荧光屏上的光点辉度起调节作用，可抹去不必要显示的光点轨迹。当扫描电路闸门信号加到z轴放大电路上时，z轴放大电路便输出正向的增辉脉冲信号，再将其加到示波管的控制极上。这就是说，在扫描信号的过程中，荧光屏上的光点得以增辉；在电子开关的转换过程中，电子开关电路将输出脉冲信号也加到z轴放大电路上，此时z轴放大电路便输出负向脉冲信号，该信号再被加到示波管的控制极上。这样，在电子开关的转换过程中，就消去了两个通道交替工作时的过渡光点，提高了显示波形的清晰度。

    校正信号电路会产生一个一定频率、一定幅度的矩形信号（如国产SR-8型两踪示波器的校正信号的频率为1kHz、幅度为1V）。它是做校正y轴放大电路的灵敏度和x轴的扫描速度之用的。

    高、低压电源供给电路中的低压用于供给示波器各级所需的低压电源，高压用于供给示波管显示系统的电源。