电子测试仪器中不可或缺的示波器的测试原理
2012-02-06
示波器是电子测试仪器中不可或缺的基础测量仪器，z6尊龙凯时工程师给大家来解释一下示波器的测试原理：
一、示波管的结构
示波器是依靠示波管直观将被测信号显示出来的，示波管又叫阴极射线管（CRT），其结构图如下图：
1.示波管各部分说明
（1）灯丝：它的功能是通电发热，对阴极进行加热，使阴极能够发射电子。
（2）阴极K：它是一个表面涂有氧化物的金属小圆筒，在灯丝加热的情况下，阴极的氧化层会发射电子。
（3）控制栅极G：又称调制栅极，简称栅极，它是一个前段开孔的金属圆筒，该极上加有比阴极更低的电压。电子自由运动方向是低点位向高电位运动，如果电子由高电位向低点位运动会受到阻碍，而阴极电位较栅极电位高，故阴极发射出来的电子通过栅极要受到一定的阻力，栅极电压越低，电子受到的阻力越大，通过栅极的电子越少，到达荧光屏的电子越少，荧光屏光线越暗。
W1成为辉度电位器，调节它能够改变栅极电压，来控制到达荧光屏的电子数目，从而调节荧光屏的亮度。
（4）第一阳极A1和第二阳极A2：它们中间都开有小孔，电子从小孔中通过。这两个阳极的作用是对阴极发射出来并通过栅极的电子进行加速，同时进行聚焦，将很粗的电子束聚焦成很细的电子束，这样电子束在荧光屏上扫出来的波形更清晰。
W2称为聚焦电位器，它可以调节第一阳极的电压；W3称为辅助聚焦电位器，它可以调节第二阳极的电压。调节它们可以使显示的波形更清晰。
（5）垂直偏转板：又称Y轴偏转板，它是由垂直方向的上下两块金属板组成，电子束从中间穿过，当给这两个金属板加有一定的电压时，电子束就会在垂直方向做偏转运动。
（6）水平偏转板：又称X轴偏转板，它是由水平方向的左右两块金属板组成，电子束从中间穿过，当给这两个金属板加有一定的电压时，电子束就会在水平方向做偏转运动。
（7）荧光屏：它是在荧光管正面的内层壁上涂上一层荧光粉而构成。当电子束轰击荧光屏上的荧光粉时就会发光，电子数目越多，速度越快，荧光粉越亮。
2.示波管的工作过程
首先给灯丝通电，灯丝开始发热，阴极因灯丝的加热而发射大量的电子，由于受栅极电压的阻碍，只有一部分电子能穿过栅极，穿过栅极的电子受到第一阳极和第二阳极高电压的加速和聚焦后，形成密集、高速的电子束往荧光屏运动，电子束再经过垂直偏转板和水平偏转板，偏转板产生的电场变化，电子束运动轨迹也发生变化，这种运动轨迹变化的电子束轰击荧光屏，就会在荧光屏上显示波形。
二、示波器的波形显示原理
示波器是依靠示波管和电路配合来显示各种信号波形的。示波管显示信号波形的过程是：首先让阴极发射电子，然后进行加速和聚焦，再给垂直和水平偏转板加一定的电压，让电子束产生偏转并对荧光屏进行扫描，这样就会在荧光屏上显示信号波形。下面从几个方面来说明示波器的波形显示原理。
1.X轴和Y轴偏转板都不加电压
如图（a）所示，X轴和Y轴偏转板都不加电压时，阴极发射的电子束不会发生偏转，而是做直线运动轰击荧光屏中心。在屏幕中心会出现一个亮点。
2. X轴偏转板加锯齿波电压，Y轴不加电压
由于Y轴偏转板不加电压，所以电子束在垂直方向不受电场力，而X轴偏转板加锯齿波电压，电子束在水平方向受到电场力作用而会产生偏转，在屏幕上扫出水平一条亮线，如图（b）所示。
具体过程说明如下：
当0~t1期间的锯齿波电压加到X轴偏转板时，偏转板产生电场，让电子束由荧光屏的中心扫到荧光屏的左端。
当t1~t2期间的锯齿波电压加到X轴偏转板时，偏转板产生电场，让电子束由荧光屏左端扫到中心。
当t2~t3期间的锯齿波电压加到X轴偏转板时，偏转板产生电场，让电子束由荧光屏中心扫到右端。
当t3~t4期间的锯齿波电压加到X轴偏转板时，偏转板产生电场，让电子束由荧光屏右端扫到中心。
t4是可以后，下一个周期的锯齿波电压到来，电子束又重复上述扫描过程，结果在荧光屏上出现一条亮线。
同样的道理，如果Y轴偏转板加锯齿波电压，X轴偏转板不加电压，电子束只受Y轴偏转板产生的电场力作用，会在荧光屏上扫出垂直的一条亮线。
3.Y轴偏转板加正弦波电压，X轴偏转板加锯齿波电压
当Y轴偏转板加正弦波电压，X轴偏转板加锯齿波电压时，电子束在垂直和水平方向都受电场力作用，电子束就会在荧光屏上扫出正弦波。如图（c）所示。
具体过程说明如下：
在0~t1期间，锯齿波电压加到X轴偏转板，Y轴偏转板无电压，X轴偏转板产生电场，让电子束由荧光屏的中心点直接扫到左端。此期间为逆程，阴极不发射电子，故不会出现亮线。
在t1~t2期间，逐渐下降的锯齿波电压加到X轴偏转板，先上升后下降的正弦波电压加到Y轴偏转板，电子束在这两个电场力的作用下在荧光屏上扫出正弦波的正半周
在t2~t3期间，反方向逐渐增大的锯齿波电压加到X轴偏转板，反方向先上升后下降的正弦波电压加到Y轴偏转板，电子束在这两个电场力的作用下在荧光屏上扫出正弦波的负半周。
在t3~t4期间，反方向逐渐增大的锯齿波电压加到X轴偏转板，Y轴偏转板无电压，X轴偏转板产生电场，让电子束由荧光屏的右端直接扫到中心点，此期间为逆程，阴极不发射电子，故不会产生亮线。
讲过上述四个过程，电子束就在荧光屏上扫出一个周期的正弦波信号波形，如果正弦波频率提高一倍，那么在荧光屏上就会出现两个周期的正弦波信号波形。
从上面的分析可以得到结论：当给示波管的X轴偏转板加锯齿波电压、Y轴偏转板加某个信号电压时，通过电子束的扫描，在屏幕上就会显示出Y轴偏转板上的信号波形。
示波器的波形显示原理是这样的：由示波器内部的扫描电路产生锯齿波电压送到X轴偏转板，然后将被测信号送到Y轴偏转板，在X、Y轴偏转板产生的电场作用下，电子束就会在荧光屏上扫出被测信号的波形。
