示波器波形顯示原理

關(guān)于示波器波形顯示原理第1頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、概述示波器是將人眼看不見的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可見圖像顯示出來。X軸代表時(shí)間，Y軸代表電壓，可以直接觀測(cè)到被測(cè)信號(hào)瞬時(shí)電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律。示波器是典型的時(shí)域測(cè)量?jī)x器。第2頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三從示波器對(duì)信號(hào)的處理方式出發(fā)可分為：模擬示波器數(shù)字示波器

進(jìn)一步可分為：通用示波器取樣示波器存儲(chǔ)示波器專用示波器第3頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三通用示波器是采用單束示波管的示波器，如單蹤示波器、多蹤示波器、高靈敏示波器、慢靈敏示波器等。它們運(yùn)用基本顯示原理，可對(duì)電信號(hào)進(jìn)行定性、定量測(cè)量。取樣示波器通常采用取樣技術(shù)把高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)，再運(yùn)用通用示波器的基本原理觀測(cè)信號(hào)。一般用于觀測(cè)頻率高、速度快的脈沖信號(hào)。存儲(chǔ)示波器是具有存儲(chǔ)信息功能的示波器，它除了能對(duì)周期性信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)外，還能對(duì)單次瞬變過程、非周期現(xiàn)象、低重復(fù)頻率的信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)。特種示波器是指滿足特殊用途或有特殊裝置的示波器，如電視示波器、矢量示波器、晶體管特性圖示儀及邏輯分析性等。第4頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、示波測(cè)量的基本原理示波管示波管是示波器觀測(cè)電信號(hào)波形的關(guān)鍵器件，通常采用具有靜電偏轉(zhuǎn)的陰極射線示波管（CRT）陰極射線示波管

CRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏三部分組成其工作原理是：由電子槍產(chǎn)生的高速電子束轟擊熒光屏的相應(yīng)部位使熒光屏發(fā)光，而偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)則能使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而改變熒光屏上光點(diǎn)的位置。

第5頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三CRT內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖：–E輝度聚焦輔助聚焦+EFGKA1A2Y偏轉(zhuǎn)板X偏轉(zhuǎn)板熒光屏電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏第6頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.電子槍（1）作用：發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。（2）組成：燈絲F、陰極K、柵極G和陽極A1、A2。

1）燈絲F、陰極K

當(dāng)電流流過燈絲后對(duì)陰極加熱，陰極產(chǎn)生大量電子，并在后續(xù)電場(chǎng)作用下轟擊熒光屏發(fā)光。

2）控制柵極G

用來控制射向熒光屏的電流密度，從而改變熒光屏亮點(diǎn)的輝度。

3）第一陽極A1、第二陽極A2A1和A2對(duì)電子束進(jìn)行聚焦并加速，使到達(dá)熒光屏的電子形成很細(xì)的一束并具有很高速度。第7頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（1）作用：使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)。（2）組成：垂直偏轉(zhuǎn)板(Y1、Y2)和水平偏轉(zhuǎn)板(X1、X2)

1）

X偏轉(zhuǎn)板控制電子束水平方向的偏轉(zhuǎn)，Y偏轉(zhuǎn)板控制電子束垂直方向的偏轉(zhuǎn)。電子束在垂直偏轉(zhuǎn)和水平偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的共同作用下，射向熒光屏上的指定位置，并形成光點(diǎn)。

2）如果在兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上各加一穩(wěn)定直流電壓、光點(diǎn)會(huì)停留在熒光屏上的某一位置；如果都加交流電壓，光點(diǎn)會(huì)隨交流電壓的變化而作上下左右的運(yùn)動(dòng)。

3）電子束在熒光屏上的垂直偏轉(zhuǎn)距離y為：

y=SyUySy為垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)(cm/V)Uy為加在兩垂直偏轉(zhuǎn)板上的電壓第8頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三熒光屏（1）作用：將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)。（2）組成：熒光屏的內(nèi)管壁上涂有一層磷光物質(zhì)，由磷光物質(zhì)構(gòu)成熒光膜在受到高速電子轟擊后，將電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為光能，形成光點(diǎn)，并能持續(xù)一定時(shí)間(稱為余輝時(shí)間)。

1）正是利用熒光屏的余輝，在電子束隨信號(hào)電壓偏轉(zhuǎn)時(shí)，才能觀察到由光點(diǎn)的移動(dòng)軌跡而形成的整個(gè)信號(hào)波形。

2）當(dāng)高速電子束轟擊熒光屏?xí)r，其動(dòng)能除轉(zhuǎn)變?yōu)楣馔?，也將產(chǎn)生熱。在使用示波器時(shí)不應(yīng)當(dāng)使光點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間停留在一個(gè)位置上。

3）熒光屏的中間平整部分稱為有效面積。使用示波器，應(yīng)盡量將波形呈現(xiàn)在有效面積內(nèi)。第9頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、波形顯示的基本原理掃描

（1）定義：光點(diǎn)在掃描電壓作用下掃動(dòng)的過程。（2）掃描電壓波形：鋸齒波Uxt0TsTbTw第10頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三Ts:掃描正程時(shí)間，電子束從左到右運(yùn)動(dòng)；Tb:掃描逆程時(shí)間或掃描回程時(shí)間，電子束從右到左運(yùn)動(dòng)；Tw:掃描休止時(shí)間?！鄴呙桦妷褐芷赥x=Ts+Tb+Tw。理想狀態(tài)下：Tb=Tw=0，Tx=Ts。（3）X偏轉(zhuǎn)板加掃描電壓UxY偏轉(zhuǎn)板加被測(cè)信號(hào)電壓Uy

則在熒光屏上顯示被測(cè)信號(hào)波形。第11頁(yè)，講稿共14頁(yè)，2023年5月2日，星期三同步要在熒光屏上顯示n個(gè)穩(wěn)定波形(同步)的條件：1）待測(cè)信號(hào)Uy為頻率fy穩(wěn)定的周期性信號(hào)。2）掃描信號(hào)Ux為頻率fx穩(wěn)定的鋸齒波電壓。3）fx=nfy(n為正整數(shù))掃描過程中的增輝與消隱在實(shí)際示波顯示中，在掃描回程電壓與被測(cè)信號(hào)電壓的共同作用下會(huì)對(duì)顯示波形產(chǎn)生影響。為使掃描回程時(shí)間產(chǎn)生波形不在熒光屏上顯示，可以設(shè)法在掃描正程時(shí)間使電子槍發(fā)射更多電子，即示波器增輝；或在掃描回程時(shí)間使電子槍發(fā)射電子減少，即示波器消隱。第12頁(yè)，講稿共14頁(yè)，20