2024年4月15日 星期一

示波器的XY-mode_Lissajous curve_part1

印象中曾經看過一部科幻電影
其中有一個情節是科學家收到外星人傳送的一段音訊(音樂)
這段音訊聽起來像是無意義的頻率
但厲害的女主角卻分析出音訊裡面隱藏的訊息(圖形文字)
以前會覺得就是電影
但現在發現這不是科幻,是真的!!

中階版以上的雙通道示波器通常會有一個XY-mode選項
這是甚麼呢?
簡單來說就是將雙通道的電壓值依相同時間點,分別代表XY的座標
畫在直角坐標系上就可以標定一個位置
將許多點聚集起來就可以呈現出特定的圖形

如下的圖示


黑線(x)是一個正弦波,不同時間的電壓值代表X座標
紅(y1)、橘(y2)是另一個相同頻率的正弦波,但相位不同,不同時間的電壓值代表Y座標
紅線(y1)和黑線(x)相位差90度
橘線(y2)和黑線(x)相位差180度
綠線(y3)頻率是黑線(x)的2倍,相位相同(0度)
如此,我們就可以畫出這兩組頻率組合出來的向量圖


這個向量圖就是Lissajous curve
不同相位、不同頻率的正弦波我們就可以組合出無限多種Lissajous curve
如下示意


我們實際將兩組不同頻率的正弦波輸入示波器
再用XY-mode轉換成向量圖
頻率1:1,相位差90度







頻率1:1,相位差180度






若當示波器兩組輸入的觸發電壓不同時
其中會有一組產生飄移,就像是不斷改變相位差
產生的向量圖就會是動態的
如下影片
頻率1:1


頻率1:2






頻率1:3






頻率1:4






任意頻率比






這和一開始說的電影有甚麼關係呢?