示波器是一种用来显示电信号波形的仪器，它可以把信号的电压或电流随时间变化的情况非常直观地在荧光屏上显示出来。它既可以用来研究一个正弦信号的波形，如观察信号通过某一电路时产生失真的情况；也可以用来研究一个脉冲信号的波形，如测量脉冲的上升时间、脉冲宽度、重复周期等。而这些功能都必须借助于示波器内部的扫描系统才能实现。目前，通用型示波器一般采用两种扫描方式：连续扫描与触发扫描。如何根据被测信号的特点正确地选择扫描方式，使屏幕上显示出一个清晰而稳定的波形，本文就来谈谈这个方面的问题。
为什么要加扫描电压
首先研究一下示波器显示信号波形的原理。示波器之所以能够显示信号波形，是由于示波管内有一个电子枪，它能够产生一个高速运动的电子束，当这个电子束射到荧光屏上时，屏幕上就会出现一个明亮的光点。另外在示波管内还装置两对偏转板，一对垂直放置称为垂直偏转板，另一对水平放置称为水平偏转板。当偏转板上加上电压时，在偏转板之间就会形成电场。电子束通过电场时就要受到电场力的作用而发生偏转。光点在屏幕上就相应偏转一段距离，距离的大小与加在偏转板上的电压大小成正比。
通常是将被观察的信号电压加到垂直偏转板上。然而，仅仅在垂直偏转板上加上信号电压，在屏幕上还不能显示出信号电压的波形。因为这时光点只是随信号瞬时电压的变化在垂直方向作上下往返的移动，在屏幕上只能看到一条垂直的直线。为了把信号的波形显示出来，同时还必须在水平偏转板上加上所谓“扫描电压”。通常扫描电压是一个随时间作线性变化的锯齿波电压，这样光点才能在水平方向发生偏转。如果此时在垂直偏转板上不加电压，光点就会自左至右作匀速直线运动，这段过程称为“扫描正程”。当光点到达屏幕右端时，扫描正程结束，光点就会从屏幕右端迅速地跳回在端原来的位置，这段过程称为“扫描逆程”。接着再开始下一周期的正程、逆程，如此多次往返运动，就在屏幕上显示出一条水平线。由于扫描电压随时间作线性变化，因此屏幕上的水平座标轴就可按时间刻度而变成时间轴。通常把这条扫描线叫做“时间基线”，简称为“时基”。
下面通过图1简述一下波形的显示过程。设加在垂直偏转板上的被测信号电压u\(_{y}\)为正弦波电压。加在水平偏转板上的扫描电压ux为锯齿波电压。并设扫描逆程时间为零，扫描电压周期T\(_{X}\)与信号电压周期TY相等。这时，屏幕上光点的运动则取决于U\(_{Y}\)与UX的共同作用。由图可看，当u\(_{y}\)与ux在t\(_{0}\)、t1、t\(_{2}\)、t3、t\(_{4}\)时刻，光点的位置则相应为0、1、2、3、4。这样扫描正程的光点的轨迹就是一个与uy波形相同的正弦波。当扫描电压到达t\(_{4}\)时刻，扫描电压则立即由正最大值跳回到原来的负最大值，这就是扫描逆程。相应地光点也从4点跳回到4′点，于是重新开始下一周期的扫描。由于TY=T\(_{X}\)，这两次光点移动的轨迹必然重合，即4′、5、6、7、8点一定分别与0、1、2、3、4各点重合。由于屏幕上的荧光有一定的“余辉”时间，又加上人眼具有“视觉暂留”作用，这个由多次扫描所形成的与uy波形相同的轨迹，看起来就好象是一个固定的波形，稳定地停留在屏幕上。
由上面的过程可以看出，扫描电压的作用就是把被测信号在一个线性的时间轴上展开，因此，在水平偏转板上加扫描电压，是显示信号波形随时间而变化所必需的条件。
连续扫描有什么特点
在图1中，扫描电压是一个连续的锯齿波电压，其特点是锯齿波的逆程结束后，立即开始下一周期锯齿波的正程。另外，从产生锯齿波电压的扫描发生器工作情况来看，扫描发生器是自动地、连续地工作的，而不取决于被测信号接入与否。这种扫描方式称为连续扫描。
由于这种扫描方式在开机之后就能显示出时间基线，说明扫描发生器已正常工作。而且在输入被测信号后，甚至不需作任何调整就可以显示出稳定的波形，使用起来非常方便。因此，连续扫描是一种经常使用的工作方式，主要用于连续信号的观察与测量。
由图1不难看出，采用连续扫描使波形稳定的关键在于保证被测信号电压与扫描电压的周期相等，即T\(_{Y}\)=TX。实际上，只要满足T\(_{X}\)=nTY（式中n=1、2、3……），即扫描周期为信号周期的整数倍关系，屏幕上就可以显示出稳定的波形。只不过这时显示的是n个周期的信号波形。如果不满足这种关系，屏幕上所显示的波形就不能稳定。例如T\(_{X}\)=\(\frac{9}{8}\)TY，扫描电压两周期在屏幕上显示的波形如图2所示。在扫描电压第一周期，光点沿0、1、2、3、4轨迹运动，而在扫描电压第二周期，光点沿4′、5、6、7、8轨迹运动，两次扫描所显示的波形并不重合。多次扫描的结果就会在屏幕上显示出多条轨迹。在扫描频率较高的情况下，同时显示出多条波形交织成网状，使波形无法辨认；在扫描频率较低的情况下，当屏幕显示第二周期轨迹时，第一周期的轨迹已经消失，就会给人造成波形由右向左移动的感觉，这样将无法观察与测量。
然而，要想满足T\(_{X}\)＝nTY，还有一些实际问题需要解决。首先，扫描电压的周期取决于扫描发生器的电路参数，而被测信号的周期则取决于被测电路本身，二者之间一般并不能满足这种关系。即使在测试过程中，可以通过调整扫描电路的参数使T\(_{X}\)达到TX=nT\(_{Y}\)，但由于扫描电路及被测电路的参数稳定性一般不高，TX与T\(_{Y}\)在测试时都要发生变化，使TX=nT\(_{Y}\)的关系被破坏，显示的波形也就不会稳定。因此在示波器的实际电路中，都是用被测信号去控制扫描电路，强迫扫描电压周期改变，使其在测试过程中满足TX=nT\(_{Y}\)的关系，这种控制的过程称为“同步”，或者称为“整步”。
采用连续扫描方式的示波器（例如国产的SB10型及SB－14型以及早期的175型、195型等），通常称为普通示波器，这类示波器主要用于观察及测试象正弦信号那样的一些连续的信号。普通示波器的方框图如图3所示。这种示波器的面板上除了设有“扫描范围”及“扫描细调”这些扫描控制旋钮以供选择合适的扫描电压周期之外，还设有“同步选择”及“同步增幅”（或“同步调节”）旋钮，以供选择同步方式及调节同步信号大小。同步方式分为“内+”、“内-”、“电源同步”及“外同步”等。“内+”及“内-”都是取被测信号作同步信号。输入的被测信号经Y轴放大器放大后送入扫描发生器作为同步信号。“内+”与“内-”的区别仅在于取被测信号的“＋”、“－”信号电压不同。“电源同步”是取机内50Hz交流电源作为同步信号。“外同步”则是取外来的信号作为同步信号，由“外同步输入”端接入。
测试一般的信号多采用内同步方式，根据显示波形的稳定情况选择“内+”或“内-”。在观察与电源频率50Hz有关的信号时，例如电源滤波的波纹、交流声等，可采用电源同步方式，同步效果往往比内同步好。在观察一些特殊信号时，例如调幅波、音频电报波形，则应采用外同步，用调幅波的包络、音频电报的音频信号作外同步信号。“同步增幅”旋钮是用来调节同步电压大小的：太小不容易稳定，太大容易造成显示的波形失真。使用时首先选择扫描频率接近被测信号频率的\(\frac{1}{n}\)，然后由小到大顺时针慢慢调节“同步增幅”旋钮，直到荧光屏上的波形稳定为止。
为什么要采用触发扫描
然而，在观察脉冲信号时，如果采用连续扫描的方式，就会出现一些不易解决的问题。因为某些脉冲信号的持续时间τ往往要比脉冲的周期T\(_{Y}\)小得多，其波形见图4（a）。这样就将出现下面两种情况：
1．选扫描周期T\(_{X}\)等于脉冲周期TY；在这种情况下，屏幕上显示的脉冲波形如图4（b）所示。这时，脉冲持续时间的波形只占整个脉冲周期的很小部分，并且集中在时基的左端，根本无法看清脉冲的上升沿、下降沿及波顶的失真情况。
2.选扫描周期T\(_{X}\)等于脉冲持续时间τ：为了克服上述脉冲波形在水平轴向被压缩的缺点，可将扫描周期取小，即将扫描速度增加，例如取TX=τ。这样，扫描光点由左至右扫描一次时，加在垂直偏转板上的脉冲波形，也刚好由上升沿到下降沿，而显示出一个完整的脉冲波形，见图4（c）。显然，由于扫描周期缩短，则使屏幕上显示的脉冲波形在水平轴向上被展宽。但是，这种方法在实际中仍有许多问题。由图4（c）可以看出，在许多周期的扫描过程中，只有很少几次能够显示脉冲持续时间的波形，而其余各次均在时基线上扫描，这样就将造成时基线非常明亮，而所需要显示的波形本身却非常暗淡，很不容易看清楚。而且在这种情况下常常又很难同步，这就使显示的波形更加模糊不清。因此，采用连续扫描方式，无论是上述（1）或（2）哪种方法，都不能很好地显示脉冲波形。
为了解决这个问题，扫描发生器就必须采用“触发扫描”的工作方式。其特点是：当被测脉冲信号到来时开始扫描，扫描正程结束后扫描自动停止，然后处于休止等待状态。直到下一个脉冲信号到来时再开始下一周期的扫描。也就是说，扫描是在被测信号的“触发”下进行工作的，所以这种扫描方式被称为“触发扫描”。触发扫描及显示的脉冲波形见图4d，由图不难看出这种扫描方式具有这样几个优点：①由于扫描是在脉冲信号的触发下工作的，只要选择扫描正程时间等于或稍大于脉冲的持续时间，如同上述（2）的情况一样，显示的脉冲波形就能够在水平轴向展宽；②由于两个脉冲间隔时间内没有扫描，也就不会显示出时基线因而显示的脉冲波形比较明亮；③由于扫描是由脉冲信号触发而开始工作的，因而能够保证脉冲与扫描之间的同步，使显示的波形稳定。因此，触发扫描是目前观察及测试脉冲信号的一种比较理想的扫描方式。
采用触发扫描方式的脉冲示波器方框图如图5所示。将图5与图3比较一下就可以看出，二者并无很大的差别，只是在图5中，垂直放大器输出端是要经过一段延时线再接到垂直偏转板上（延迟线有时也插接在放大器的极间），这是因为触发扫描发生器需要一定的触发电平才能工作，而被测信号脉冲上升到一定电平则需要一定的时间，因而扫描开始总要落后于被测脉冲一定时间。即当脉冲信号加到垂直偏转板上时，扫描尚未开始，在屏幕上就不能显示出脉冲信号上升沿及前面的部分波形。接入延时线，使脉冲信号延迟一段时间，等扫描开始之后再加到垂直偏转板上。这样，就能够在屏幕上获得一个完整的脉冲波形。
目前大多数通用型脉冲示波器的扫描发生器，都可以在触发扫描及连续扫描两种方式下工作，在示波器的面板上没有开关或旋钮，使用时可以根据被测信号的情况，灵活地转换。图6是国产SR8型双踪示波器触发单元的面板图。“高频一常态一自动”即为触发方式选择开关。其中“常态”为触发扫描方式。输入被测信号之后，由小到大（即顺时针）调整“电平”旋钮，至某一值时即可显示出稳定的波形。“自动”则为连续扫描方式，不输入信号即可显示出时基线。输入信号后，不调“电平”旋钮，也能观察到稳定的波形，使用起来十分方便。“＋、-”为触发极性选择开关“＋”是以触发输入信号的上升部分对扫描进行触发，“－”则是以触发输入信号的下降部分对扫描进行触发。使用时可根据实际显示的波形情况灵活选用。“内、外”即为触发信号选择开关。置“内”时触发信号取自被测信号，置“外”时，触发信号取自由“外触发”输入的信号。（刘铁夫）