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示波器的原理
浏览次数:125发布日期:2020-11-26

示波器是种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由速电子组成的电子束,打在涂有荧光物质的屏面上,就可产生细小的光点(这是传统的模拟示波器的工作原理)。在被测信号的作用下,电子束就好像支笔的笔尖,可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

简介
示波器是种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象,便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由速电子组成的电子束,打在涂有荧光物质的屏面上,就可产生细小的光点。在被测信号的作用下,电子束就好像支笔的笔尖,可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

使用步骤
(1)预调:反时针旋转辉度旋钮到底,竖直和水平位移转到中间,扫描置于“外X档”;

(2)再开电源,指示灯亮后等待两分钟行预热后再行相关的操作;[1]

(3)调辉度,再调聚焦,而调水平和竖直位移使亮点在中心合适区域;

(4)调扫描、扫描微调和X增益,观察扫描;

(5)把外X档拔开到扫描范围档合适处,观察机内提供的竖直方向按正余弦规律变化的电压波形;

(6)把待研究的外加电压由Y输入和地间接入示波器,调节各档到合适位置,可观察到此电压的波形(与时间变化的图象)(调同步性开关可使图象的起点从正半周或负半周开始;

(7)如欲观察亮斑(如外加直流电压时)的竖直偏移,可把扫描调节到“外X”档。

(不同的示波器可能操作方法不同)

基本原理
折叠显示电路
显示电路包括示波管及其控制电路两个部分。示波管是种殊的电子管,是示波器个重要组成部分。示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏3个部分组成。

(1)电子枪

电子枪用于产生并形成速、聚束的电子流,去轰击荧光屏使之发光。它主要由灯丝F、阴K、控制G、、第二阳A2组成。除灯丝外,其余电的结构都为金属圆筒,且它们的轴心都保持在同轴线上。阴被加热后,可沿轴向发射电子;控制相对阴来说是负电位,改变电位可以改变通过控制小孔的电子数目,也就是控制荧光屏上光点的亮度。为了提屏上光点亮度,又不降低对电子束偏转的灵敏度,现代示波管中,在偏转系统和荧光屏之间还加上个后加速电A3。

第二阳之间的电位差,可起调节光点聚焦的作用,这就是示波器的“聚焦”和“辅助聚焦”调节的原理。第三阳是示波管锥体内部涂上层石墨形成的,通常加有很的电压,它有三个作用:①使穿过偏转系统以后的电子步加速,使电子有足够的能量去轰击荧光屏,以获得足够的亮度;②石墨层涂在整个锥体上,能起到屏蔽作用;③电子束轰击荧光屏会产生二次电子,处于电位的A3可吸收这些电子。

(2)偏转系统

示波管的偏转系统大都是静电偏转式,它由两对相互垂直的平行金属板组成,分别称为水平偏转板和垂直偏转板。分别控制电子束在水平方向和垂直方向的运动。当电子在偏转板之间运动时,如果偏转板上没有加电压,偏转板之间无电场,离开第二阳后入偏转系统的电子将沿轴向运动,射向屏幕的中心。如果偏转板上有电压,偏转板之间则有电场,入偏转系统的电子会在偏转电场的作用下射向荧光屏的位置。

如果两块偏转板互相平行,并且它们的电位差等于零,那么通过偏转板空间的,具有速度υ的电子束就会沿着原方向(设为轴线方向)运动,并打在荧光屏的坐标原点上。如果两块偏转板之间存在着恒定的电位差,则偏转板间就形成个电场,这个电场与电子的运动方向相垂直,于是电子就朝着电位的偏转板偏转。这样,在两偏转板之间的空间,电子就沿着抛物线在这点上做切线运动。后,电子降落在荧光屏上的A点,这个A点距离荧光屏原点(0)有段距离,这段距离称为偏转量,用y表示。偏转量y与偏转板上所加的电压Vy成正比。同理,在水平偏转板上加有直流电压时,也发生类似情况,只是光点在水平方向上偏转。

(3)荧光屏示波器实物图

荧光屏位于示波管的终端,它的作用是将偏转后的电子束显示出来,以便观察。在示波器的荧光屏内壁涂有层发光物质,因而,荧光屏上受到速电子冲击的地点就显现出荧光。此时光点的亮度决定于电子束的数目、密度及其速度。改变控制的电压时,电子束中电子的数目将随之改变,光点亮度也就改变。在使用示波器时,不宜让很亮的光点固定出现在示波管荧光屏个位置上,否则该点荧光物质将因长期受电子冲击而烧坏,从而失去发光能力。

涂有不同荧光物质的荧光屏,在受电子冲击时将显示出不同的颜色和不同的余辉时间,通常供观察般信号波形用的是发绿光的,属中余辉示波管,供观察非周期性及低频信号用的是发橙黄色光的,属长余辉示波管;供照相用的示波器中,般都采用发蓝色的短余辉示波管。

折叠垂直(Y轴)放大电路
学生示波器由于示波管的偏转灵敏度甚低,例如常用的示波管13SJ38J型,其垂直偏转灵敏度为0.86mm/V(约12V电压产生1cm的偏转量),所以般的被测信号电压都要经过垂直放大电路的放大,再加到示波管的垂直偏转板上,以得到垂直方向的适当大小的图形。

折叠水平(X轴)放大电路
由于示波管水平方向的偏转灵敏度也很低,所以接入示波管水平偏转板的电压(锯齿波电压或其它电压)也要经过水平放大电路的放大以后,再加到示波管的水平偏转板上,以得到水平方向适当大小的图形。

折叠扫描与同步电路
扫描电路产生个锯齿波电压。该锯齿波电压的频率能在定的范围内连续可调。锯齿波电压的作用是使示波管阴发出的电子束在荧光屏上形成周期性的、与时间成正比的水平位移,即形成时间基线。这样,才能把加在垂直方向的被测信号按时间的变化波形展现在荧光屏上。

折叠电源供给电路
电源供给电路:供给垂直与水平放大电路、扫描与同步电路以及示波管与控制电路所需的负压、灯丝电压等。

由示波器的原理功能方框图可见,被测信号电压加到示波器的Y轴输入端,经垂直放大电路加于示波管的垂直偏转板。示波管的水平偏转电压,虽然多数情况都采用锯齿电压(用于观察波形时),但有时也采用其它的外加电压(用于测量频率、相位差等时),因此在水平放大电路输入端有个水平信号选择开关,以便按照需要选用示波器内部的锯齿波电压,或选用外加在X轴输入端上的其它电压来作为水平偏转电压。SDS1000CML

此外,为了使荧光屏上显示的图形保持稳定,要求锯齿波电压信号的频率和被测信号的频率保持同步。这样,不仅要求锯齿波电压的频率能连续调节,而且在产生锯齿波的电路上还要输入个同步信号。这样,对于只能产生连续扫描(即产生周而复始、连续不断的锯齿波)种状态的简易示波器(如产SB10型等示波器)而言,需要在其扫描电路上输入个与被观察信号频率相关的同步信号,以牵制锯齿波的振荡频率。对于具有等待扫描功能(即平时不产生锯齿波,当被测信号来到时才产生个锯齿波,行次扫描)的示波器(如产ST-16型示波器、SR-8型双踪示波器等)为了适应各种需要,同步(或触发)信号可通过同步或触发信号选择开关来选择,通常来源有3个:①从垂直放大电路引来被测信号作为同步(或触发)信号,此信号称为“内同步”(或“内触发”)信号;②引入某种相关的外加信号为同步(或触发)信号,此信号称为“外同步”(或“外触发”)信号,该信号加在外同步(或外触发)输入端;③有些示波器的同步信号选择开关还有档“电源同步”,是由220V,50Hz电源电压,通过变压器次降压后作为同步信号。

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