2.2 示波器系统与控制
示波器包括4个不同的基本系统：垂直系统、水平系统、触发系统和显示系统。示波器的前面板分为3个主要的区域，即垂直区、水平区和触发区。由于示波器的模式与类型不尽相同，不同的示波器的控制面板会有所差异。图2.7是一个模拟示波器的控制面板，图2.8则是一个数字示波器的控制面板。
图2.7 一个模拟示波器的控制面板
图2.8 一个数字示波器的控制面板
在使用示波器时，为接收输入信号，需要对以下配置进行调整。
（1）信号的衰减和放大值。通过控制“伏特/格”，可以把信号的幅度调整到期望测量范围内。
（2）时基。通过控制“秒/格”，可以显示屏中每一水平刻度代表的时间量。
（3）示波器触发。利用触发电平，可以稳定重复信号，或者触发单一的事件。
2.2.1 垂直控制
波形垂直的位置和标度由垂直控制部分调控。垂直控制还能设置耦合方式和其他信号条件。垂直控制通常控制示波器的耦合方式，如控制直流输入（DC）、交流输入（AC），以及控制输入带宽、位置、偏移、缩放等。
1. 输入耦合
在示波器的控制面板上，通常都会看到AC、DC与GND（地）的选择按钮，这其实就是示波器的输入耦合控制。
输入耦合指测试电路与示波器的连接。耦合方式可以设置为DC（直流）、AC（交流）或者GND（地线）。交流耦合是只通过信号交流成分而阻止直流成分，相当于高通滤波。当信号包括直流和交流成分时，若实际中只关心交流成分，就可以选择交流耦合。直流耦合则是通过信号的全部成分。当观察直流信号或者低频信号时，必须选择直流耦合。图2.9、图2.10说明了两者的不同之处。在整个信号（振荡的电流+直接电流）大于“伏特/格”的设置时，AC耦合非常适用。
图2.9 交流耦合模式下检测到的GSM手机的发射、接收基带信号
图2.10 直流耦合模式下检测到的GSM手机的发射、接收基带信号
地线的设置不需要输入信号与垂直系统相连。观察地线，就可以知道屏幕中零电压的位置。如果使用的是地线输入耦合和自动触发模式，那么屏幕中就有一条表示零电压值的水平线。测试信号电压相对地（GND）的电平值的便捷方法为：把耦合从直流（DC）转换到地，再重新转换回直流（DC）。
2. 每刻度电压
通过示波器的垂直位置控制（POSITION
），可使示波器显示屏上的目标信号波形按照需求准确地上下移动。
调节示波器的幅度调节旋钮，可调节每刻度电压值（通常记为V/div，伏特/格），示波器所显示波形的大小会随之改变。较好的通用示波器可以精确显示信号电平范围（4μV～40V）。图2.11是一个模拟示波器控制面板上的垂直控制区。
图2.11 示波器幅度调节旋钮
通常，“伏特/格”有可变的增益控制或精密增益控制，使显示的信号标度在多个合适的刻度内。利用这样的控制方式，可方便对上升时间等的测量。对于示波器来说，幅度调节是经常性的。幅度调节改变的是示波器显示屏垂直方向一格所表示的电压值。在幅度调节旋钮的周围，有V、mV等标识。
先来看一看示波器显示屏。注意屏幕中的栅格记号，这些记号形成格子线。垂直线和水平线构成主刻度格。格子线通常布置为8 × 10的区块。示波器控制的标号（如“伏特/格”和“秒/格”）通常参照的是主刻度。中央的水平线和垂直线上标注的标号称为小刻度，如图2.12所示。许多示波器的屏幕显示的是每一个垂直刻度表示多大的电压，以及每一个水平刻度表示多长的时间。
“伏特/格”是一个标度因数。假设分为8个主要的刻度格子，如果“伏特/格”设置为5V/div，则8个垂直格中的每一个都表示5V，那么从下到上整个屏幕可以显示40V。如果设置的是0.5V/div，那么从下到上可以显示4V，以此类推（参见图2.12）。屏幕显示的最大电压是“伏特/格”乘上垂直刻度的数量。
图2.12 示波器每刻度电压示意图
这里以如图2.13所示的信号波形为例进行说明，如果示波器的幅度调节旋钮调节为0.5V/div，则图中的信号为2V；若示波器的幅度调节旋钮调节为2V/div，则图中的信号为8V。
图2.13 信号波形电压读取示意图
注意探头有1 ×和10 ×两种，它也影响标度因数。如果示波器没有把“伏特/格”除以衰减系数，使用时就应该多加注意了。
2.2.2 水平控制
水平控制用来表示波形水平方向的位置和标度。通用的水平控制包括主时基、延迟时基、波形踪迹区分、分辨率等。
操作示波器水平控制区的位置控制旋钮可使示波器显示屏上的信号波形左右移动。
“秒/格”水平位置控制（也称扫描控制）可用于选择波形描绘到屏幕上的速度（也被称为时基设置和扫描速度）。扫描控制通常被标记为s/div（秒/格），该设置是一个标度因数。图2.14是两个模拟示波器上的扫描调节旋钮。
图2.14 示波器扫描调节旋钮
如果扫描调节旋钮被设置为1ms，则表示水平方向每刻度表示1ms，而整个屏幕宽度代表10ms（见图2.15）。如果扫描调节旋钮被设置为0.1s，则表示水平方向每刻度表示0.1s，而整个屏幕宽度代表1s。改变“秒/格”设置，可以看到输入信号的时间间隔作增长和缩短的变化。
图2.15 示波器每刻度时间示意图
在图2.13中，如果示波器的扫描调节旋钮调节为0.1s/div，则图中信号的周期为0.4s；若示波器的幅度调节旋钮调节为1ms/div，则图中信号的周期为4ms。
在示波器上读取信号的周期后，可利用公式f=1/T或T=1/f来估算信号的频率。若信号的周期为0.4s，则信号的频率为2.5Hz；若信号周期为4ms，则信号频率为0.25Hz。
2.2.3 触发系统和控制
示波器的触发功能可以在信号的正确点处同步水平扫描，这对表现清晰的信号特性非常重要。触发控制可以稳定重复波形及采集单脉冲波形。
触发器使重复波形能够在示波器屏幕上稳定显示，实现方法是不断地显示输入信号的相同部分。如果每一次扫描的起始都从信号的不同位置开始，那么屏幕上的图像会比较混乱，如图2.16所示。图2.17则是调节触发器后所显示的稳定的信号波形。比较图2.16与图2.17，可以明显看到如图2.17所示的波形更容易辨别。
图2.16 未经触发的显示
图2.17 触发后的显示
模拟示波器和数字示波器都有许多触发方式，如边缘触发、斜率触发、视频触发等。模拟示波器和数字示波器都提供触发门限，除此之外，有些数字示波器还提供许多特定的触发设置，而这些设置是模拟示波器所不具备的。这些触发器可以响应输入信号的不同条件。
对于示波器来说，只有稳定的触发才能有稳定的显示。示波器的触发又可分为自动触发、普通触发、单次触发等。
在自动触发状态下，不论信号是否满足触发条件都有波形显示；在普通触发状态下，若输入信号不满足触发条件，示波器就不显示波形；在单次触发状态下，输入信号满足触发条件后显示波形，每次触发仅刷新一次，直到下一次触发开始为止。
1. 边沿触发
边沿触发是最基本和最常见的类型。模拟示波器与数字示波器都有边缘触发的方式。
边沿触发是在输入信号边沿的触发阈值上触发。边沿触发适用于正弦波、方波等信号的检测。
在边沿触发模式下，信号的上升沿、下降沿和触发电平在信号边缘上构成触发点，重复信号会有多个触发点。图2.18是边沿触发的示意图。触发位置、沿和触发电平决定每次扫描的开始时刻。触发位置同时还代表波形记录中触发的水平位置。
图2.18 边沿触发的示意图
边沿触发控制器是使每一次扫描起始都从信号的相同触发位置开始，不断的显示输入信号的相同部分，并使每次捕获的波形相重叠显示。
波形边缘和触发电平的设置成为重复信号显示的标准条件。对于重复信号，自动触发模式是最简单的触发方式。
2. 脉冲宽度触发
脉冲宽度（脉宽）触发是根据脉冲的宽度来确定触发时刻。当需要采集特定脉冲宽度信号（如方波、脉冲信号等）时，通常会选用脉冲宽度触发。脉冲宽度触发通常见于数字示波器。
在使用脉冲宽度触发时，先根据信号的特征（波形宽度）设定触发电平，并定义所要捕获波形的时间宽度。设定的时间触发条件可为=、＜、＞或≠。
当输入的信号波形满足电平触发条件，同时满足设定的波形时间宽度的触发条件时，可通过脉冲宽度触发比较器使示波器触发，捕获到所关心的宽度波形。
利用脉冲宽度触发，可以长时间监视信号，当脉冲宽度超过设定的允许范围时，触发将被引起。图2.19是脉冲宽度触发示意图。
图2.19 脉冲宽度触发示意图
3. 斜率触发
斜率触发是根据信号的上升/下降时间来判断的。斜率触发适用于三角波、锯齿波等信号的检测。也有称斜率触发为摆率触发的。
斜率=u（幅度）/t（时间）
其中，幅度表示高低阈值之间的幅度，时间表示波形在高低阈值之间的时间。斜率表示沿由低电平变化到高电平的速度。
由于三角波与锯齿波信号在波形的沿上都具有触发条件，隔离捕获上升或下降时间异常信号时，利用边缘触发的基本方式设定触发条件，是不可能捕获到所关心的波形的。
根据信号的特征，选用斜率触发，设定高低阈值和高低阈值之间的时间。示波器自动计算摆率（摆率触发条件设定为=、＜、＞或≠），当波形满足触发条件时，通过触发比较器可使示波器触发，捕获到所关心的沿信号。
除以上所述的触发形式外，还有视频触发、交替触发、毛刺（Glitch）、欠幅脉冲触发（Runt）、超时触发（Timeout），以及建立/保持（Setup/Hold）、图形（Pattern）、状态（State）等多种触发方式。