示波器是一種用途十分廣泛的電子�(cè)�?jī)x�。它能把肉眼看不見的電信�(hào)變換成看得見的圖象,便于人們研究各種電�(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄�、由高速電子組成的電子�,打在涂有熒光物�(zhì)的屏面上,就可產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。在被測(cè)信號(hào)的作用下,電子束就好像一支筆的筆�,可以在屏面上描繪出被測(cè)信號(hào)的瞬�(shí)值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信�(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線,還可以用它�(cè)試各種不同的電量,如電壓、電�、頻�、相位差、調(diào)幅度等等�
顯示電路包括示波管及其控制電路兩�(gè)部分。示波管是一種特殊的電子�,是示波器一�(gè)重要組成部分。示波管由電子槍、偏�(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏3�(gè)部分組成�
電子�
電子槍用于產(chǎn)生并形成高速、聚束的電子�,去轟擊熒光屏使之發(fā)光。它主要由燈絲F、陰極K、控制極G、陽極A1、第二陽極A2組成。除燈絲外,其余電極的結(jié)�(gòu)都為金屬圓筒,且它們的軸心都保持在同一軸線�。陰極被加熱�,可沿軸向發(fā)射電子;控制極相�(duì)陰極來說是負(fù)電位,改變電位可以改變通過控制極小孔的電子�(shù)�,也就是控制熒光屏上光點(diǎn)的亮�。為了提高屏上光�(diǎn)亮度,又不降低對(duì)電子束偏�(zhuǎn)的靈敏度,現(xiàn)代示波管�,在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏之間還加上一�(gè)后加速電極A3�
陽極�(duì)陰極而言加有約幾百伏的正電壓。在第二陽極上加有一�(gè)比陽極更高的正電�。穿過控制極小孔的電子束,在陽極和第二陽極高電位的作用下,得到加�,向熒光屏方向作高速運(yùn)�(dòng)。由于電荷的同性相�,電子束�(huì)逐漸散開。通過陽極、第二陽極之間電�(chǎng)的聚焦作�,使電子重新聚集起來并交匯于一�(diǎn)。適�(dāng)控制陽極和第二陽極之間電位差的大�,便能使焦點(diǎn)剛好落在熒光屏上,顯�(xiàn)一�(gè)光亮�(xì)小的圓點(diǎn)。改變陽極和第二陽極之間的電位差,可起調(diào)節(jié)光點(diǎn)聚焦的作�,這就是示波器的“聚焦”和“輔助聚焦”調(diào)節(jié)的原理。第三陽極是示波管錐體內(nèi)部涂上一層石墨形成的,通常加有很高的電壓,它有三�(gè)作用:①使穿過偏�(zhuǎn)系統(tǒng)以后的電子�(jìn)一步加�,使電子有足夠的能量去轟擊熒光屏,以獲得足夠的亮度;②石墨層涂在整�(gè)錐體�,能起到屏蔽作用;③電子束轟擊熒光屏?xí)a(chǎn)生二次電�,處于高電位的A3可吸收這些電子。crt�(shù)字讀出示波器
偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)大都是靜電偏�(zhuǎn)�,它由兩�(duì)相互垂直的平行金屬板組成,分別稱為水平偏�(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板。分別控制電子束在水平方向和垂直方向的運(yùn)�(dòng)。當(dāng)電子在偏�(zhuǎn)板之間運(yùn)�(dòng)�(shí),如果偏�(zhuǎn)板上沒有加電�,偏�(zhuǎn)板之間無電場(chǎng),離開第二陽極后�(jìn)入偏�(zhuǎn)系統(tǒng)的電子將沿軸向運(yùn)�(dòng),射向屏幕的中心。如果偏�(zhuǎn)板上有電�,偏�(zhuǎn)板之間則有電�(chǎng),�(jìn)入偏�(zhuǎn)系統(tǒng)的電子會(huì)在偏�(zhuǎn)電場(chǎng)的作用下射向熒光屏的指定位置�
如果兩塊偏轉(zhuǎn)板互相平�,并且它們的電位差等于零,那么通過偏轉(zhuǎn)板空間的,具有速度υ的電子束就會(huì)沿著原方向(�(shè)為軸線方向)�(yùn)�(dòng),并打在熒光屏的坐標(biāo)原點(diǎn)�。如果兩塊偏�(zhuǎn)板之間存在著恒定的電位差,則偏轉(zhuǎn)板間就形成一�(gè)電場(chǎng),這�(gè)電場(chǎng)與電子的�(yùn)�(dòng)方向相垂�,于是電子就朝著電位比較高的偏轉(zhuǎn)板偏�(zhuǎn)。這樣,在兩偏�(zhuǎn)板之間的空間,電子就沿著拋物線在這一�(diǎn)上做切線�(yùn)�(dòng)。,電子降落在熒光屏上的A�(diǎn),這�(gè)A�(diǎn)距離熒光屏原�(diǎn)�0)有一段距離,這段距離稱為偏轉(zhuǎn)�,用y表示。偏�(zhuǎn)量y與偏�(zhuǎn)板上所加的電壓Vy成正�。同理,在水平偏�(zhuǎn)板上加有直流電壓�(shí),也�(fā)生類似情�,只是光�(diǎn)在水平方向上偏轉(zhuǎn)�
熒光屏示波器
熒光屏位于示波管的終端,它的作用是將偏轉(zhuǎn)后的電子束顯示出�,以便觀�。在示波器的熒光屏內(nèi)壁涂有一層發(fā)光物�(zhì),因而,熒光屏上受到高速電子沖擊的地點(diǎn)就顯�(xiàn)出熒�。此�(shí)光點(diǎn)的亮度決定于電子束的�(shù)目、密度及其速度。改變控制極的電壓時(shí),電子束中電子的�(shù)目將隨之改變,光�(diǎn)亮度也就改變。在使用示波器時(shí),不宜讓很亮的光�(diǎn)固定出現(xiàn)在示波管熒光屏一�(gè)位置上,否則該點(diǎn)熒光物質(zhì)將因�(zhǎng)期受電子沖擊而燒�,從而失去發(fā)光能�� 涂有不同熒光物質(zhì)的熒光屏,在受電子沖擊時(shí)將顯示出不同的顏色和不同的余輝時(shí)�,通常供觀察一般信�(hào)波形用的是發(fā)綠光�,屬中余輝示波管,供觀察非周期性及低頻信號(hào)用的是發(fā)橙黃色光�,屬�(zhǎng)余輝示波�;供照相用的示波器中,一般都采用�(fā)�(lán)色的短余輝示波管�
�(xué)生示波器
由于示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度甚�,例如常用的示波�13SJ38J�,其垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.86mm/V(約12V電壓�(chǎn)�1cm的偏�(zhuǎn)量),所以一般的被測(cè)信號(hào)電壓都要先經(jīng)過垂直放大電路的放大,再加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上,以得到垂直方向的適�(dāng)大小的圖��
由于示波管水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度也很低,所以接入示波管水平偏轉(zhuǎn)板的電壓(鋸齒波電壓或其它電壓)也要先經(jīng)過水平放大電路的放大以后,再加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上,以得到水平方向適當(dāng)大小的圖��
掃描與同步電�
掃描電路�(chǎn)生一�(gè)鋸齒波電壓。該鋸齒波電壓的頻率能在一定的范圍�(nèi)連續(xù)可調(diào)。鋸齒波電壓的作用是使示波管陰極�(fā)出的電子束在熒光屏上形成周期性的、與�(shí)間成正比的水平位�,即形成�(shí)間基線。這樣,才能把加在垂直方向的被�(cè)信號(hào)按時(shí)間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上�
由示波管的原理可�,一�(gè)直流電壓加到一�(duì)偏轉(zhuǎn)板上�(shí),將使光�(diǎn)在熒光屏上產(chǎn)生一�(gè)固定位移,該位移的大小與所加直流電壓成正比。如果分別將兩�(gè)直流電壓同時(shí)加到垂直和水平兩�(duì)偏轉(zhuǎn)板上,則熒光屏上的光�(diǎn)位置就由兩�(gè)方向的位移所共同決定�
如果將一�(gè)正弦交流電壓加到一�(duì)偏轉(zhuǎn)板上�(shí),光�(diǎn)在熒光屏上將隨電壓的變化而移�(dòng)。參見圖5-4可知,當(dāng)垂直偏轉(zhuǎn)板上加一�(gè)正弦交流電壓�(shí),在�(shí)間t=0的瞬�,電壓為Vo(零值),熒光屏上的光點(diǎn)位置在坐�(biāo)原點(diǎn)0�,在�(shí)間t=1的瞬間,電壓為V1(正值),熒光屏上光�(diǎn)在坐�(biāo)原點(diǎn)0�(diǎn)上方�1�,位移的大小正比于電壓V1;在�(shí)間t=2的瞬�,電壓為V2(正值),熒光屏上的光點(diǎn)在坐�(biāo)原點(diǎn)0�(diǎn)上方�2�(diǎn)�,位移的距離正比于電壓V2;以此類�,在�(shí)間t=3,t=4,�,t=8的各�(gè)瞬間,熒光屏上光�(diǎn)位置分別�3�4,��8�(diǎn)。在交流電壓的第二�(gè)周期、第三�(gè)周期……都將重�(fù)�(gè)周期的情�。如果此�(shí)加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的正弦交流電壓之頻率很低,僅為lHz�2Hz,那�,在熒光屏上便會(huì)看見一�(gè)上下移動(dòng)著的光點(diǎn)。這光�(diǎn)距離坐標(biāo)原點(diǎn)的瞬�(shí)偏轉(zhuǎn)值將與加在垂直偏�(zhuǎn)板上的電壓瞬�(shí)值成正比。如果加在垂直偏�(zhuǎn)板上的交流電壓頻率在10Hz�20Hz以上,則由于熒光屏的余輝�(xiàn)象和人眼的視覺暫留現(xiàn)�,在熒光屏上看到的就不是一�(gè)上下移動(dòng)的點(diǎn),而是一根垂直的亮線�。該亮線的長(zhǎng)短在示波器的垂直放大增益一定的情況下決定于正弦交流電壓峰一峰值的大小。如果在水平偏轉(zhuǎn)板上加一�(gè)正弦交流電壓,則�(huì)�(chǎn)生相類似的情�,只是光�(diǎn)在水平軸上移�(dòng)罷了�