今年的电赛设备清单里突然出现了一个“带 Z 轴输入端子的示波器(100MHz)”这是什么鬼？估计多数的同学和年轻老师懵逼了，网上搜一下，信息量也非常的少，个别零星的信息也都是若干年前的了。模拟年代过来的苏老师对这个“Z”也是感觉非常的百生，只听说过X、Y（二维的显示），后来经过天天泡在实验室设备中的老师的指点，才知道所谓的Z就是模拟示波器中的灰度调制，对应于示波器面板上的Ext.Sync（外同步）、Ext.Input（外部输入）。
那，用这玩意儿来考察啥呢？先来看一段油管上的小视频：
这个视频很长，包含了如何用电路实现，有兴趣的朋友可以科学地上网去看看，不清楚有没有人已经将它搬到了优酷上，自行搜索一下吧。
简单搜了一下与“Z轴”、模拟示波器显示视频相关的信息，有一大把的技术文章，都是英文的，由于看到了一篇中文的文章附在后面，因此英文的内容同学们可以自己去查一下，贴一点简单的信息：
Using X, Y and Z inputs of an oscilloscope you can watch TV. Need Horizontal and Vertical signals for X and Y. Take Z signal off the Video amplifier in a TV.
某技术小哥的一个点评：
Anyway, Z input - this is simply a brightness modulation input, so X is left to right, Y is up and down, Z is 'backwards and forwards'. Generally you need a high signal level to modulate it (spec on mine says 3V p-p, 50V max), but personally I've never had occasion to use it either at home, or at work.
The one application I can think of where it is used is in rotating machinery vibration diagnostics (still reading? good - stay with me on this...)
Imagine an engine (a car engine will do ). The crankshaft is rotating at some speed - say 3000 rpm (50 cycles per second, 20ms per cycle).
I want to measure the vibration of the crankshaft so I have installed two probes at right-angles to each other (see drawing), both watching the shaft move, one in the 'X' axis and one in the 'Y' axis.
If I connect these to the 'scope's two channels and switch the timebase to 'CH2' or however your 'scope displays Lissajous figures the 'scope display will start to scribble a rough cicle in the middle of the screen, the shape and size of this circle is proportional to the movement of the crankshaft (see attached drawing).
This is great if you just wan t to see how well the engine is balanced or how much play there is in the bearing but you can estimate the amount of unbalance in the crankshaft and where to fit a balancing weight if you can relate this display to shaft rotational position.
By adding a third probe (crank angle sensor?) to look for a single tooth on the shaft you can see a breif pulse as this tooth passes the probe. Use this to drive the Z-Axis and your lissajous display suddeny has a 'bright-up' on it showing exactly how the shaft moves and allowing its angle to be seen.
一篇技术文章 - TV To Scope Converter（http://www.electronixandmore.com/projects/tvtoscope/index.html）中的电路图：
正好在电子发烧友（www.elecfans.com）上也看到一篇类似的文章，讲得还算详细，分享在此处：
逐行扫描，扫描路径只有一个，从上至下扫描水平线。如下图。
在1940年，NTSC引入了黑白视频标准，将横向同步信号、纵向同步信号以及辉度信号等信息捆绑在一个通道内。其实我们在后面使用时，最关键的是需要理解Luminance Levels，即辉度水平（电压水平）。
随后在接下来的几十年中，又推出了彩色视频信号标准。彩色视频信号为了能与黑白电视信号相兼容，它的信号的基本结构是一致的，只是将携带色调、饱和度信息的载波及标准颜色波形（color burst）附加至原有黑白视频信号中。因此在visible line interval的时间段，波形所表达的信号参数分别为Luminance辉度、Hue色调、Saturation饱和度。色调即由相位角（Phase）来表达，饱和度由振幅（Amplitude）来表达，辉度由平均水平（Level）来表达。
在NTSC信号中，含有颜色信息的载波频率为3.57954525Mhz，标准颜色波形（Color Burst）的振幅为20IRE（140IRE=1V）。标准颜色波形的作用是与电视机内部的振荡器进行同步用的。如果你想知道哪个相位角对应哪种颜色，那可以参考NTSC矢量图。下图表达说明了颜色的解析过程。
接着我们需要找到一个方法，如何使扫描过程中的每一个点获得一个特定的亮度，从而构成一个完整的图片。示波器除了垂直方向的输入和水平方向的输入外（CH1和CH2通道），我们有时候可以看到另外一种输入端，上面通常标注着“Ext.Sync.”，“Ext.Input”或者“Z-Axis Input”。Z轴输入是一个亮度调制输入，功能是控制显示信号的亮度。可以说X轴是从左至右，Y轴是从上至下，Z轴向前向后。至于它的性能参数，我使用的示波器是二手的，在网上查找说明书，显示参数为TTL compatible (blanked at TTL high)，42Vmax，输入阻抗10千欧。简单点说，输入电压值越高，点就越暗，电压值越低，点就越亮。我具体测试下来，大概在1-2V内亮暗有明显的变化，大约2V以上全暗，1V以下全亮。视频信号首先要被反转才能使用，否则就是白的地方变成黑的，黑的地方变成白的。
首先按下图连接，所需材料：示波器、信号源（可以是声卡等等）、视频信号源（摄像机、电视信号）、电线连接器等等。外部的信号源提供垂直扫描信号和水平方向的扫描信号，Z轴输入视频信号控制亮暗。如果发现图像出现翻滚的情况，此时表明实际扫描频率与标准频率之间有一点点的差别，需要重新调整扫描信号频率。同时注意视频信号需要反转，并且进行适当的调整。我这里使用的是一个放大电路来对视频信号调整（可参见后面的电路图），当然你可以使用视频信号调整器来调整。
X轴扫描波形
实际效果，如下
我们还可以使用LM1881来产生一个稳定的垂直与水平的信号源。LM1881可以根据当前输入的视频信号产生与之匹配的垂直与水平扫描的方波，具体可以网上下载LM1881的芯片资料。我们再使用简单的RC电路将方波改为锯齿波（或者是有一定的斜率）。 下图是我使用的电路，一共分为两个部分，X轴Y轴扫描信号和视频信号调整。
X轴Y轴扫描信号部分，前面说过，不再重复。里边的二极管用1N4148，R和C的具体值希望读者自己通过调整找到合适的值。
视频信号调整部分，作用是将视频信号反向，同时可以调整视频信号的放大值及信号之间的相对值，也即视频的亮度及对比度。里边有两个可调电阻，分别可以调整视频的亮度及对比度。读者可以亲身实践一下，当然也可以在原有的电路上进行改进。
LM1881输出的方波X轴Y轴方波信号。
在下图中，上面是经过反向的视频信号。
下面是原始的视频信号，通过示波器可知，NTSC信号的范围是在-1到1伏特之间。其中大约-0.4v的地方是同步信号所在。大概0v左右的地方是黑色所在的位置。我们主要是要获取0V以上的信息。
大家在面包板上按照电路原理图中进行电路的搭建。
联系客服
