1． 回顧中學(xué)的沙漏實(shí)驗(yàn)——隨時(shí)間變化的信號(hào)如何在平面展示
物理學(xué)理論可以證明，一端通過細(xì)繩固定的重物在作擺動(dòng)時(shí)，與中心垂線的距離滿足正弦波規(guī)律。沙漏實(shí)驗(yàn)可以清晰地顯示這個(gè)隨時(shí)間變化的波形：用沙漏充當(dāng)重物，并且在沙漏底下的桌面上平鋪一張紙，當(dāng)沙漏開始擺動(dòng)時(shí)，讓紙勻速移動(dòng)。這樣，沙漏中流出的細(xì)沙，就在紙上留下了一個(gè)正弦波痕跡，如圖1.1.3所示。利用這種設(shè)計(jì)思想，可以完成波形在平面上（對(duì)應(yīng)于時(shí)間的流動(dòng)）的展開。這種設(shè)計(jì)思想在波形記錄、顯示中被廣泛采用，比如心電圖機(jī)，就是用原地?cái)[動(dòng)的電熱針，在勻速移動(dòng)的記錄紙帶上描記出心電波形。
利用心電圖機(jī)的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)可以記錄電壓信號(hào)，但是，示波器在大量的應(yīng)用中，并不需要通過消耗紙張來記錄波形，而僅僅是觀察波形。因此，可以重復(fù)使用的熒光屏，被應(yīng)用到示波器的設(shè)計(jì)中。

2． 在示波器上描繪一條曲線——電子槍和熒光屏
在一個(gè)封閉玻璃管顯示屏的內(nèi)壁涂上熒光粉，當(dāng)熒光粉被大量電子形成的電子束轟擊時(shí)，會(huì)發(fā)出熒光。可以發(fā)出電子束的設(shè)備稱為電子槍，它可以連續(xù)地發(fā)出集束性很強(qiáng)的電子。這些電子束在飛行過程中，如果遇到電場(chǎng)的作用，會(huì)因電場(chǎng)形成的力而改變運(yùn)行方向，導(dǎo)致最終電子束落到熒光屏上的位置發(fā)生改變，也就是光點(diǎn)改變。根據(jù)這個(gè)原理制造的示波管，其結(jié)構(gòu)如圖1.1.4所示。圖中電子槍發(fā)出的電子束，經(jīng)過兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板的作用，會(huì)在X、Y兩個(gè)方向上發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
當(dāng)在Y偏轉(zhuǎn)板上加入被測(cè)信號(hào)，而在X偏轉(zhuǎn)板上不加電壓，可以在示波管的熒光屏上看到光點(diǎn)隨著被測(cè)電壓的變化而發(fā)生位置變化——電壓越大，光點(diǎn)位置越靠上方。
當(dāng)在X偏轉(zhuǎn)板上加入一個(gè)鋸齒波，而在Y偏轉(zhuǎn)板上不加電壓，可以看到光點(diǎn)從熒光屏左邊出現(xiàn)，勻速移動(dòng)到右邊，然后又迅速在左邊重復(fù)出現(xiàn)。
當(dāng)在X偏轉(zhuǎn)板上加入一個(gè)鋸齒波，而在Y偏轉(zhuǎn)板上加入一個(gè)正弦波，則可以看到，光點(diǎn)在勻速左移的同時(shí)，其Y方向位置出現(xiàn)了正弦變化的規(guī)律，也就是說，光點(diǎn)的移動(dòng)軌跡是一個(gè)正弦波。

3． 怎樣將周期性電壓信號(hào)穩(wěn)定地顯示于熒光屏？
僅靠電子槍、X偏轉(zhuǎn)板、Y偏轉(zhuǎn)板和熒光屏，還不能將被測(cè)信號(hào)穩(wěn)定地顯示在示波器的熒光屏上。當(dāng)X軸偏轉(zhuǎn)板上加入周期性的鋸齒波時(shí)，而Y軸偏轉(zhuǎn)板上加入被測(cè)的正弦信號(hào)，示波器的熒光屏上會(huì)出現(xiàn)如圖1.1.5所示的波形。由于X軸偏轉(zhuǎn)板的鋸齒波頻率為機(jī)內(nèi)產(chǎn)生，肯定無法保證其與外界被測(cè)信號(hào)頻率同步，因此，就出現(xiàn)了每個(gè)鋸齒波的起點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的被測(cè)正弦波的相位不一致。這樣，觀察者在示波器上看到的波形好像是在滾動(dòng)，并且多個(gè)波形交錯(cuò)重疊。這種波形顯示，是難以完成觀察者記錄波形、測(cè)量波形的任務(wù)的。
只有準(zhǔn)確控制X軸偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波電壓的觸發(fā)時(shí)刻，使其在被測(cè)信號(hào)的相同初相角處發(fā)出，才能夠使得被測(cè)波形在熒光屏上準(zhǔn)確重疊，獲得穩(wěn)定的波形顯示。如圖1.1.6所示。示波器內(nèi)部的電路，通過下述方法，可以檢測(cè)出被測(cè)信號(hào)在每個(gè)周期中，相同的初相角時(shí)刻。
在一個(gè)周期性信號(hào)中，相同初相角的時(shí)刻，各個(gè)周期的電壓信號(hào)具備如下特征：它們的瞬時(shí)電壓相等，并且它們上升或者下降的特征相同。在圖1.1.6中，被測(cè)信號(hào)在○1～○6時(shí)刻，具有相同的特征：都是以上升的方式經(jīng)過0V電壓。示波器內(nèi)部，用微分電路可以區(qū)分被測(cè)信號(hào)上升或者下降，用比較器配合外部的電壓設(shè)置，可以判斷被測(cè)信號(hào)是否經(jīng)過這個(gè)比較電壓（比如圖中的0V）。這樣，再經(jīng)過一套邏輯電路，可以在被測(cè)信號(hào)具有相同初相角的時(shí)刻，控制X軸偏轉(zhuǎn)板，發(fā)出一個(gè)鋸齒波。這種利用被測(cè)信號(hào)的周期性，在相同初相角時(shí)刻，觸發(fā)X軸鋸齒波掃描信號(hào)，使得波形被重疊、穩(wěn)定地顯示于示波器熒光屏的技術(shù)，稱為同步觸發(fā)掃描。圖中，鋸齒波在○1～○6時(shí)刻滿足觸發(fā)條件，但僅在○1、○3、○5時(shí)刻被觸發(fā)，是因?yàn)樵凇?、○4、○6時(shí)刻，此前的鋸齒波尚未掃描結(jié)束。
因此，在示波器外部面板上，有控制被測(cè)信號(hào)在電壓多大時(shí)觸發(fā)鋸齒波產(chǎn)生的電平旋鈕，英文標(biāo)識(shí)為Level，這個(gè)電壓稱為觸發(fā)電平。有控制被測(cè)信號(hào)是上升或者下降經(jīng)過Level電壓的選擇開關(guān)，英文標(biāo)識(shí)為Slope
 為了更加清晰地表述觸發(fā)掃描中，各個(gè)控制開關(guān)和旋鈕對(duì)波形顯示的影響，圖1.1.7～圖1.1.11給出了幾個(gè)實(shí)例。請(qǐng)讀者將這些圖和圖1.1.6作比較

4． 怎樣實(shí)現(xiàn)雙蹤波形顯示？
一般來說，一個(gè)示波器只有一套電子槍系統(tǒng)。而在日常測(cè)量中，經(jīng)常需要比較兩個(gè)或者兩個(gè)以上被測(cè)信號(hào)之間的相位，這就需要示波器能夠同時(shí)完成兩路被測(cè)信號(hào)的顯示。這就叫雙蹤顯示。
示波器完成雙蹤顯示的方法有兩種，分別叫交替顯示(ALT)、斷續(xù)顯示(CHOP)。它們都是利用人眼的視覺暫留現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)的。這一點(diǎn)，類似于計(jì)算機(jī)的多任務(wù)分時(shí)操作，利用設(shè)備的高速性能和人對(duì)事物觀察的緩慢，讓觀察者察覺不到設(shè)備內(nèi)部的分時(shí)操作。
1） 交替顯示
所謂交替顯示，就是Y軸偏轉(zhuǎn)板上以觸發(fā)掃描的鋸齒波為節(jié)拍，交替接通兩路被測(cè)信號(hào)。如圖1.1.12所示，○1號(hào)鋸齒波周期內(nèi)，Y軸偏轉(zhuǎn)板上為通道1的正弦波，電子束在熒光屏上掃出一個(gè)正弦波片斷，○2號(hào)鋸齒波開始，Y軸偏轉(zhuǎn)板立即接通通道2的三角波，電子束又重新在熒光屏上掃出一個(gè)三角波片斷，如此往復(fù)，就在熒光屏上得到了正弦波和三角波的同時(shí)顯示。在交替顯示中，負(fù)責(zé)切換兩個(gè)通道信號(hào)的電子開關(guān)，是以觸發(fā)后的鋸齒波為節(jié)拍的。因此，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，肉眼可以看出這種切換，不利于波形的穩(wěn)定顯示。所以，此時(shí)一般使用斷續(xù)方式實(shí)現(xiàn)雙蹤顯示。

5． 為什么要進(jìn)行觸發(fā)源選擇？
所謂的觸發(fā)源，就是觸發(fā)X軸偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生鋸齒波的源信號(hào)。當(dāng)觸發(fā)源為被測(cè)信號(hào)本身，示波器可以保證鋸齒波的產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào)同步，進(jìn)而完成顯示的準(zhǔn)確重疊，也就是穩(wěn)定。以被測(cè)信號(hào)本身作為觸發(fā)源，是模擬示波器基本工作原理的表現(xiàn)。
為了增加觸發(fā)靈活性，以適應(yīng)更為復(fù)雜的測(cè)量要求，實(shí)際的示波器中，都可以對(duì)觸發(fā)源進(jìn)行靈活選擇。幾乎所有的模擬示波器都具有內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)選擇。所謂外觸發(fā)，是指觸發(fā)源來自示波器的外觸發(fā)端子，而內(nèi)觸發(fā)則指觸發(fā)源來自被測(cè)信號(hào)、機(jī)內(nèi)獲得了工頻電壓信號(hào)等。
當(dāng)觸發(fā)源選擇開關(guān)置于外觸發(fā)時(shí)，示波器內(nèi)部的觸發(fā)電路將從外觸發(fā)端子取信號(hào)和觸發(fā)電平比較，產(chǎn)生鋸齒波。用外觸發(fā)控制鋸齒波的產(chǎn)生，可以用于兩個(gè)信號(hào)的相位比較。
當(dāng)觸發(fā)源選擇開關(guān)置于內(nèi)觸發(fā)時(shí)，如果是單蹤顯示，則僅有本通道信號(hào)作為觸發(fā)源或者線電壓作為觸發(fā)源兩種選擇。而雙蹤顯示時(shí)，則可以任意選擇通道1、通道2、線電壓之中的一個(gè)作為觸發(fā)源。