示波器.docx

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示波器

示波器是一種利用X軸代表時間，Y軸代表電壓，Z軸代表亮度，將這三要素發生在CRT（LCD）上的波形顯示出來的一種儀器，由於我們並不需要瞭解CRT內部的構造，所以我就此省略，有興趣的話我們另闢專欄討論。

我們常常聽人講說誰的示波器是100Mhz誰的示波器是200Mhz....，其實說的是指垂直軸放大器的頻寬及動態範圍，這就好像玩電腦的人常說我的CPU是幾G一樣，既然它這麼受到使用者的注意，代表著這個數據代表這台示波器的性能最重要的特性。

是的，這個特性的數據就表示這台示波器它能使用到的極限。

我們來看一個學電子都聽過的名詞"頻率響應"，如果用在放大器解釋，頻率響應是指某一訊號經過該放大器在某段頻率之間可以很平坦通過不會受到衰減，所以不管是不是垂直軸放大器，只要是放大器都有頻率響應的問題，在示波器上的垂直放大器它的頻寬極限是定在距離平坦線往下降-3db的地方，也就是此時通過該放大器的訊號振幅會因此損失約30%，所以，標榜100Mhz的示波器如果拿來測量100Mhz的訊號，顯示的電壓會只剩約70%。

當然每個廠家或該產品的等級會有些許不同，例如Tektronix的機器規格通常定的比較高，或是某些型號的規格定的會比較高，但是如果要求100Mhz整個訊號頻寬都不衰減，那你應該要買300Mhz才是明智之舉。

這也是為什麼在開發人士的領域裡，示波器的頻寬會定的很高的原因。

示波器有專用的測試棒，測試棒的好壞差很多錢，尢其是原廠的測試棒的價錢真的令人咋舌，測試棒上有1:

1及1:

10的切換開關（我看過1:

100），測試棒也有分是適合給多少頻率使用的，一般100Mhz的示波器都會配100Mhz的測試棒，測試棒接往示波器那端的BNC插頭（記一下，示波器那種插頭（插座）叫BNC插頭（插座）），這個插頭上會有一個可以調整的小孔給使用者校正該測試棒，這個可以調整的東西並不是半可變電阻，而是一個半可變電容，它就是改變電容值來達到校正的目的。

我們先來看一下常見的測試棒。

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測試棒一般都是附兩支，並套上不同的色環以辨別示波器上的垂直放大軸使用，第一次使用示波器或更換測試棒時都要再經過校正才使用才正確，以下我們來看測試棒怎麼校正︰

首先將測試棒的1:

1及1:

10開關切在1:

10上，將測試棒插在示波器的校正孔內，然後調整垂直軸及水正軸旋鈕到可以看到波型為止。

如下圖︰

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如果你看到的是如下圖︰

2009-5-1510:

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這表示測試棒調整孔內的半可變電容補償不足，請用一支無磁性的小起子調整。

如果你看到的是下圖︰

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這表示測試棒調整孔內的半可變電容補償太大，也是要調整。

那到底到調整到什麼情形？

請看下圖︰

2009-5-1510:

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調整到這樣就可以了。

下一次我們要開始認識示波器上的各個旋鈕，最後我會以如何利用示波器幫我們研判修理電子產品的實例來做結束，用這麼多時間來做這件事的目的只有一個，希望大家來這裡不會空手而回，如果你願意講一下你的心得（不是感謝、分享....），我想我就會很高興了。

從示波器從簡介到使用（三）開始，我們進入如何操作示波器的領域，示波器面板上的旋鈕很多，我講解這台是Tektronix2235100Mhz類比示波器，有些機種都已有數據直讀或自動測試環境等等，但是舊型就像一台手排車，而新型就像一台自排車，如果比簡單操作，當然是自排車獲勝，但是如果比別的，自排車可能就敗下陣來了，你如果非常瞭解示波器，那就不只是手排車，它可能是一部手排超級跑車。

這台示波器原本是故障的，很感謝playx還自付運費寄來送給我，大家如果覺得有收穫，也要謝謝playx一下哦！

請先參照下圖︰

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INTENSSITY是指輝度或亮度，這台示波器的INTENSSITY分為內（灰）、外（黃）兩個，外面的旋鈕就是調整波型亮度，但是內的這個旋鈕呢？

這是調整延遲掃瞄的亮度用的，等講到延遲掃瞄時我們再講。

這個INTENSSITY旋鈕事實上是調節CRT陰極射出的電子數量，電子數量越多當然呈現在螢幕的光跡就越明亮，大家在調整這個旋鈕的時候要注意不要調的太亮，否則會加速CRT的老化，應該調到可以看的清楚就行了。

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TRACEROTATION這應該稱做光跡傾斜調整，如果你發現你的示波器的光跡沒有水平而是傾斜的，那你就要拿一支無磁性的小起子伸進去孔內調整一下就可以了。

請參照下圖︰

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BEAMFIND光跡位置確認，有時候我們在使用示波器時因為調整不當，整個螢幕都不見了，你想要知道光跡跑到那裡去了就按這個鈕，它會往四面縮小幫你確認光跡到底在那裡，所以這只是個輔助的按鈕。

PROBEADJUST這個孔就是示波器提供的校正孔，以這台Tektronix2235來說，它提供了0.5V（500mV）1Khz的輸出。

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FOCUS聚焦調整，這個旋鈕一般是跟著INTENSSITY調整的，它的功用只有一個，把光跡調細一些以利觀查，比較高級的機種都已配備自動聚焦了。

POWER我想這個就不用講了吧！

衰減器與垂直控制

請參考下圖︰

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Tertronix2235是一台雙波道示波器，所謂雙波道是指有兩個獨立的垂直放大器，一般示波器都是用CH1及CH2來表示它們，為什麼要兩個垂直放大器？

那是為了使用上的方便，例如你想測量立體聲擴大機左、右兩聲道是否對稱？

那你可以CH1接左聲道輸出，Ch2接右聲道輸出（或反過來），這樣一次就可以同時觀查兩個聲道的工作情形。

CH1及CH2不僅僅放大器各自獨立，它們連控制器部份都是各自獨立，所以CH1有的旋鈕CH2也一定會有，反之亦然，以這台Tertronix2235來說只有一個例外，那就是CH2上多一個INVERT（請看上圖）按鍵，這個按鍵在以後會說到，我們先略過它。

在上面照片中我們可以看到示波器面板上印著CH1VOLTS/DIV，什麼意思呢？

VOLTS/DIV它是表示CRT上每一個刻度代表多大的電壓，DIV是DIVISION的縮寫，也就是每刻度的意思，既然我們知道每刻度代表的電壓值，再看示波器螢幕上佔用多少刻度，當然我們就會知道這個波型是多少電壓。

我看過的示波器VOLTS/DIV旋鈕都是以1、2、5的倍率做切換，這台示波器也一樣，請再看一次上圖，如果你的測試棒是切在1:

1，那在示波器上你要看1X這裡，如果測試棒你是切在1:

10，那在示波器上你就要看10XPROBE這邊了。

VOLTS/DIV的中央有一個非常醒目的紅色旋鈕，印著往右旋轉的箭頭及CAL，它表示這個紅色旋鈕應該往箭頭方向（右旋轉）到底時，面板上VOLTS/DIV標示的電壓值才有意義，這時候你應該會聽到一聲"嗒"表示已回到正確位置，換句話說就是正常使用下你不應該讓它離開"嗒"這個位置。

可能你納悶了，既然不能離開這個位置那為何不乾脆不要設置就好了呢？

其實VOLTS/DIV就像粗調而CAL就像微調，CAL的設置最大的功用在於方便觀測，也就是如果顯示的波形單純是為了觀測用（例如拍照），那才會用到CAL。

輸入交連選擇

不是學電子的人一聽到輸入交連選擇我想又是問號連連，我先畫張簡圖再把它換個方式解釋︰

2012-2-1611:

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請對照上圖，我把它解釋成"測試訊號你要不要讓它經過電容？

"，不知道這樣大家是否比較容易懂？

要經過電容的話就選擇AC，不要經過電容的話就選擇DC。

再參考一下最上面的照片，VOLTS/DIV下方有一個AC-GND-DC的切換開關，它就是在切換輸入的測試訊號是AC（經過電容），GND（接地），DC（不經過電容直接輸入（交連））的開關。

有經過電容AC與不經過電容DC的差別是什麼？

什麼時候要用AC什麼時候要換用DC（我記得這個問題playx有問過，但是我忘了我回答什麼了）？

要解釋這個問題要先回到"示波器從簡介到使用

（一）"，其實示波器垂直放大器不僅是受限高頻的-3db限制，經過電容後也有低頻的-3db問題，這些數值在示波器的說明書都會提到，有興趣的朋友可以看一下說明書，有學過電子電路的人都知道，級與級之間（例如擴大機的前級與後級之間）交連一個電容的目的無非是要利用電容器通交流隔直流的特性，但是訊號經過電容之後則低頻部份的振幅、相位就影響很大。

用DC就不會有這個問題了，因為當切在DC時訊號是直接通往VOLTS/DIV到垂直放大器了。

最後，當開關切在GND時是將輸入端接地，所以這個功能都是在將光跡調回0點或基準點時在用的。

上面所講的不會清楚，接下來我用照片給大家看，看照片的同時會再介紹幾個有用到的旋鈕或按鈕︰

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上面照片中左邊的POSITION就是CH1的光跡上、下調整的旋鈕，右邊的POSITION就是CH2的光跡上、下調整的旋鈕，兩個POSITION中間那個A/BSWPSEP旋鈕是在調整延遲掃瞄光跡的POSITION，這個講到延遲掃瞄時再提。

當我們要使用示波器時，先決定我們要使用CH1或CH2或者兩個都需要，接下來把與其對應的AC-GND-DC選擇開關切在GND，然後調整其對應的POSITION旋鈕將光跡調整到適當位置，

上面照片中左邊的POSITION下方有一個淺藍色區域，上面印著VERTICALMODE，這裡面都是垂直顯示選擇方式與組合的關關，我們先看左邊CH1-BOTH-CH2的切換開關，如果你切在CH1，那表示你只要使用CH1，如果你切在CH2，表示你只要使用CH2，如果你切在BOTH，那表示你同時要使用CH1與CH2。

再來是TRIGVIEW按鈕，這是讓你查看示波器是用那一種觸發訊號與受測訊號同步，示波器能穩定顯示受測波型，一定是有某個觸發訊號讓受測的波型與之同步（穩定），如果你想知道這個觸發的同步訊號是什麼？

按下它你就會知道了。

BWLIMIT，請再看一次上面照片，這個按鈕的右邊還印著20Mhz，想到了嗎？

按下它可以把垂直放大器的頻寬限制在20Mhz。

垂直放大器的頻寬不是越大越好嗎？

為何要限制？

這是在對付一些含高頻雜波的波型干擾你觀測時才會用到的，我好幾年也用不到一次。

ADD-ALT-CHOP，ADD就是將CH1跟CH2的波型電壓相加的波形。

可能有人會問有相加有沒有相減？

有喔！

還記得上面我曾經說過CH2上多一個INVERT（請看最上面的照片）按鍵。

如果你把CH2這個INVERT按鈕按下，那就變成相減的波形了。

ALT與CHOP，只要是雙波道示波器應該都會有這兩個按鈕或開關。

不管是ALT模式或CHOP模式，它們的功能就是在讓兩個獨立的垂直放大器一起工作的顯示方式。

這兩個功能其實是一樣的，差別只是在切換速度，切在ALT時，由於切換的速度定的較慢，所以當你用ALT在觀看低頻時會發現CH1與CH2波形是交替出現，也就是CH1掃瞄完了才換CH2掃瞄，CH2掃瞄完了又換CH1掃瞄....。

而CHOP是用比ALT快很多的速度在切換，所以在低頻測量時不會有ALT交替出現的問題，但是由於它是高速度掃瞄，當你的測量頻率接近CHOP的切換頻率時，你會發現波形被切成細點的問題。

所以解決方法就是當你測低頻訊號時請用CHOP，測量高頻訊號時請用ALT。

範例時間︰

假設我開始要用示波器的CH1觀察一個波形，在接此波形之前如果我們無法預知此波形的電壓會是多少，那我們應該把CH1VLOTS/DIV開關往左旋到底，用最大的量程來保護示波器，再來把CH1的輸入交連選擇開關切在GND，並調整CH1的POSITION旋鈕將光跡調到0點（基準點），最後將VERTICALMODE區域內的CH1-BOTH-CH2切在CH1或BOTH。

如下圖︰

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如果決定用CH2將VERTICALMODE區域內的CH1-BOTH-CH2切在CH2或BOTH就如下圖︰

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如果決定CH1及CH2都要使用，那VERTICALMODE區域內的CH1-BOTH-CH2要切在BOTH。

就如下圖︰

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都調整好位置後再把交連選擇開關依受測訊號不同來決定是否使用AC或DC，最後再往右調整VLOTS/DIV旋鈕到合適觀查波形的振幅。

我們來算一下下面這幾張照片的電壓是多少（示波器測試棒是使用1:

1）？

問題一︰

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解答︰

請看上圖的VLOTS/DIV的1:

1上是2V，該波形上、下一共佔用六格，所以2*6=12，所以該波形電壓為12Vpp（峰對峰電壓）。

問題二︰

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解答︰

請看上圖的VLOTS/DIV的1:

1上是2V，該波形上、下一共佔用兩格，所以2*2=4，所以該波形電壓為4V。

下圖為使用訊號產生器輸出100Hz方波，並用示波器的AC交連輸入的波形︰

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看過這張照片後你應該瞭解為什麼玩音響的人會比較喜歡直接交連（不經過交連電容）的電路了。

下圖為使用訊號產生器輸出100Hz方波，並用示波器的DC交連輸入的波形︰

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下圖為訊號產生器輸出100Khz的波形，示波器選擇AC或DC已無影響︰

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下圖為訊號產生器輸出到1Mhz時，示波器顯示的波形︰

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以上兩張照片的方波嚴重失真是訊號產生器的問題並非示波器的問題，照出來只是要跟大家說明AC交連與DC交連的差別。

這篇我們要提到示波器的水平部份，首先我們先看第一個會用到的旋鈕，它叫做水平位置控制器︰

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（圖一）

示波器不止垂直電路有POSITION，它的水平電路也有POSITION，不同的是垂直電路調整光跡的上下，而水平電路調整的是光跡的左右，這個調整鈕的功用就只是這樣，你只要把它調整到光跡剛好在中央即可。

AANDBSEC/DIV，這個旋鈕應該是示波器使用量最多的旋鈕，它的功用是在做掃瞄時間的調整，我們先看一下照片後再說明︰

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（圖二）

這個開關是示波器最複雜的開關，因為它是由多個開關組合而成的一個開關，如果我們正常轉動它，那它與上一篇垂直放大器裡的VOLTS/DIV一樣，是以1、2、5的倍率在切換，它也有一個CAL的紅色旋鈕，我們在使用時也要像垂直放大器一樣，將它右旋到底，而且聽到"嗒"一聲為止，這樣讀出的數據才有意羲。

像上面照片我將此開關轉在0.5ms（兩條黑線的中間），那表示現在示波器掃瞄時間為螢光幕刻度每格的時間，也就是每格0.5ms，示波器的螢光幕從左到右總共有10格，所以0.5*10=5ms，這時間如果有一個波形剛好佔住這10格，因為F=1/T，所以這個波形是200Hz。

這個紅色旋鈕表面除了印著向右的箭頭及CAL之外還印著X10及PULL，它表示這個紅色旋鈕可以拉起來，拉起來後它的將對水平做10倍的放大的意思。

我們看下一張照片︰

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（圖三）

當然水平被放大了10倍，如果要再從螢光幕換算其時間也要減少10才正確，我的習慣是如果我要看的是波形的開端，那我會調整SEC/DIV，如果我要看的是波形展開情形，那我會拉起10倍放大。

這個開關還印著PULLDLYDSWEEP，這是延遲掃瞄的功能，等一下篇我介紹延遲掃瞄時再提。

接下來我們要探討示波器觸發的問題，這台Tektronix2235的面板最右邊用淺綠色由上到下印著三個框框，為什麼要這麼表示？

因為這樣使用者可以一目瞭然的知道淺綠色的範圍都是在控制觸發的。

最上面及中間的淺綠色框框比較小，下面框框最大，同時它也包含最多的開關，我們從最上面的開始︰

第一個綠色框框是VARHOLDOFF這個旋鈕，請參考圖四︰

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（圖四）

這個旋鈕左轉到底是NORM（NORMAL），也就是平常的位置，右轉到底是MAX，也就是最大的位置，這個旋鈕其實是在做示波器掃瞄的時間間隔調整，一般是轉在NORM（左轉到底）的地方，實際使用也不常用到，但是如果你遇到的波形不是連續的，也就是一段一段那種，或是波形出現的位置會改變等複雜波形時，這個VARHOLDOFF旋鈕由於可以改變掃瞄與掃瞄之間的時間，所以它可以幫助示波器穩定待測波形。

下面這兩張照片加起來就是最下面的淺綠色框框的組合︰

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（圖五）

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（圖六）

上面的面板上告訴我們這個區域叫做ATRIGGER，這個區域SGLSWP及P-PAUTO、NORM三個按鈕，這三個按鈕的意思依序分別為︰

SGL=單次掃瞄

AUTO=自動掃瞄

NORM=一般掃瞄

接下來我要改變這三個按鈕的講解順序，我們先從AUTO再來是NORM最後是SGL。

AUTO:

現在的示波器都幾乎都是觸發式同步示波器，它如果沒有觸發源（也就是沒有可以觸發它的東西）螢光幕是不會顯示光跡的，所以這個按鈕的用途就是自動產生反覆掃瞄訊號，而在一般使用時絕大部份的時間應該都是在按在自動掃瞄這個按鈕上。

NORM:

上面講過觸發式同步示波器如果沒有觸發源是不會顯示光跡的，如果你的需求是要有觸發源示波器的螢光幕才會顯示，那你就要切換到NORM了。

有一點要注意一下，觸發訊號不適當也會造成明明有訊號輸入，也有觸發訊號，但是就是沒有光跡，所以觸發源要先確定是可以正常觸發時再用這個模式。

SGWSWP︰

這是SINGLESWEEP單發掃瞄的意思，在當有輸入訊號而且也有觸發訊號時，示波器會掃瞄一次即停止，就算後面的觸發訊號不間斷，它也不能再觸發。

講到這個大家有沒有想到在修理主機板時，當P、C、R三要素俱備後如果還是顯示FF-00我們要在BIOS的22腳檢查CS訊號？

由於CS只出現一次，如果CS有成功產生而且到達BIOS，BIOS就開始將程式載入記憶體......。

這個功能就適合觀查CS訊號不是嗎？

話雖如此，但是由於CS出現的時間很短，示波器如果沒有記憶儲存功能，你可能要Reset很多次才看的到。

眼尖的朋友會發現在SGLSWP按揵及AUTO鍵中間有一個綠色LED燈，它是觸發指示燈，在按下AUTO或NORM按鍵而沒有觸發源時它是熄滅的，如果有觸發訊號它會亮起來。

如果是按下SGLSWP按鍵，當它有觸發訊號時，LED會閃一下來表示有接到觸發訊號。

SLOPELEVEL︰

上面有說過觸發式同步示波器是輸入訊號與觸發訊號兩者俱備才會開始掃瞄，但是我們可以自行決定是正觸發或是負觸發以及觸發位置，SLOPE就是決定正觸發或負觸發的開關。

當你決定了正觸發或是負觸發之後，你也可以再決定觸發的位置，LEVEL旋鈕就是讓你設定觸發位置的控制器。

簡單說SLOPE是為了讓你改變觸發的極性，而LEVEL則是為了讓你獲得一個穩定的觸發源而設置的。

一般的波形觀測並不會用到它，但是如果你遇到的波形不好同步，你可以用LEVEL旋鈕改變其觸發的位置，這樣就可以同步了。

接下來我介紹本篇的最後一個開關組合，我稱它們為觸發訊號選擇開關，請參照圖五。

A&BINT︰

這個開關由上到下有三段，分別為CH1、VERTMODE、CH2，這個開關我們等一下再講。

ASOURCE︰

這個開關由上到下也分為三段，分別為INT、LINE、EXT，以下我分別說明它們的用途。

INT︰

再老話重提一次，觸發式同步示波器是輸入訊號與觸發訊號兩者俱備才會開始掃瞄，觸發訊號要從那裡來的選擇開關就是這個，這個開關切在INT是表示觸發源使用來自示波器本身內部，但是內部有CH1及CH2呀！

所以你還必須決定要從CH1或CH2觸發才算完整的設定好測試環境，選擇CH1或CH2的開關就是上面的A&BINT這個開關。

請注意！

如果你的測試棒是插在CH1來測量波形，ASOURCE選擇用INT內部觸發，那A&BINT開關你當然要選用CH1，如果此時你選擇CH2，那相當於你想用CH2同步CH1，當然那是不可能同步的。

相同的，如果你的測試棒是插在CH2，ASOURCE選擇也是用INT內部觸發，那A&BINT開關你當然要選用CH2，如果此時你選擇CH1，那也不可能會同步。

如果上面我的講法成立，那我們在測量波型有時候會同時用到CH1與CH2測量兩個波形，如果這兩個波形不是來自同一台機器（時序不相關），那示波器勢必只能有一個波道同步了。

假設你用示波器的CH1測量A機器，用CH2測量B機器，由於這兩台機器的波形並無相關，A&BINT開關如果選擇在CH1，雖然CH1同步了但是CH2卻無法同步，相同的情形，如果此時你將A&BINT的開關選擇CH2，那換成CH2雖然同步了但是換成CH1無法同步。

無解嗎？

不會的。

A&BMODE開關的中間還有一段是VERTMODE，你可以把它切在這裡，示波器會幫你用交替觸發的方式幫你將A、B兩台機器的波形同步。

LINT:

這表示觸發來源是來自市電的頻率，我們都知道我們家裡的電壓是110V/60Hz，是的，當你選擇LINE時，示波器的觸來源就是取自60Hz，如果你修理的電子產品或其相關電路是用市電頻率的，我們都可以將ASOURCE開關切到LINE，這樣就很方便了。

電視的垂直同步訊號就是利用市電60Hz，還有像調光器類的TRIAC、SCR等等電路都可以用到這個觸發源。

EXT︰

我們再看一次圖六的