示波器測(cè)試原理

一、示波管的結(jié)構(gòu)

示波器是依靠示波管直觀將被測(cè)信號(hào)顯示出來的，示波管又叫陰極射線管（CRT），其結(jié)構(gòu)圖如下圖：

1.示波管各部分說明

（1）燈絲：它的功能是通電發(fā)熱，對(duì)陰極進(jìn)行加熱，使陰極能夠發(fā)射電子。

（2）陰極K：它是一個(gè)表面涂有氧化物的金屬小圓筒，在燈絲加熱的情況下，陰極的氧化層會(huì)發(fā)射電子。

（3）控制柵極G：又稱調(diào)制柵極，簡(jiǎn)稱柵極，它是一個(gè)前段開孔的金屬圓筒，該極上加有比陰極更低的電壓。電子自由運(yùn)動(dòng)方向是低點(diǎn)位向高電位運(yùn)動(dòng)，如果電子由高電位向低點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)會(huì)受到阻礙，而陰極電位較柵極電位高，故陰極發(fā)射出來的電子通過柵極要受到一定的阻力，柵極電壓越低，電子受到的阻力越大，通過柵極的電子越少，到達(dá)熒光屏的電子越少，熒光屏光線越暗。

W1成為輝度電位器，調(diào)節(jié)它能夠改變柵極電壓，來控制到達(dá)熒光屏的電子數(shù)目，從而調(diào)節(jié)熒光屏的亮度。

（4）第一陽極A1和第二陽極A2：它們中間都開有小孔，電子從小孔中通過。這兩個(gè)陽極的作用是對(duì)陰極發(fā)射出來并通過柵極的電子進(jìn)行加速，同時(shí)進(jìn)行聚焦，將很粗的電子束聚焦成很細(xì)的電子束，這樣電子束在熒光屏上掃出來的波形更清晰。

W2稱為聚焦電位器，它可以調(diào)節(jié)第一陽極的電壓；W3稱為輔助聚焦電位器，它可以調(diào)節(jié)第二陽極的電壓。調(diào)節(jié)它們可以使顯示的波形更清晰。

（5）垂直偏轉(zhuǎn)板：又稱Y軸偏轉(zhuǎn)板，它是由垂直方向的上下兩塊金屬板組成，電子束從中間穿過，當(dāng)給這兩個(gè)金屬板加有一定的電壓時(shí)，電子束就會(huì)在垂直方向做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

（6）水平偏轉(zhuǎn)板：又稱X軸偏轉(zhuǎn)板，它是由水平方向的左右兩塊金屬板組成，電子束從中間穿過，當(dāng)給這兩個(gè)金屬板加有一定的電壓時(shí)，電子束就會(huì)在水平方向做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

（7）熒光屏：它是在熒光管正面的內(nèi)層壁上涂上一層熒光粉而構(gòu)成。當(dāng)電子束轟擊熒光屏上的熒光粉時(shí)就會(huì)發(fā)光，電子數(shù)目越多，速度越快，熒光粉越亮。

2.示波管的工作過程

首先給燈絲通電，燈絲開始發(fā)熱，陰極因燈絲的加熱而發(fā)射大量的電子，由于受柵極電壓的阻礙，只有一部分電子能穿過柵極，穿過柵極的電子受到第一陽極和第二陽極高電壓的加速和聚焦后，形成密集、高速的電子束往熒光屏運(yùn)動(dòng)，電子束再經(jīng)過垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板，偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生的電場(chǎng)變化，電子束運(yùn)動(dòng)軌跡也發(fā)生變化，這種運(yùn)動(dòng)軌跡變化的電子束轟擊熒光屏，就會(huì)在熒光屏上顯示波形。

二、示波器的波形顯示原理

示波器是依靠示波管和電路配合來顯示各種信號(hào)波形的。示波管顯示信號(hào)波形的過程是：首先讓陰極發(fā)射電子，然后進(jìn)行加速和聚焦，再給垂直和水平偏轉(zhuǎn)板加一定的電壓，讓電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)并對(duì)熒光屏進(jìn)行掃描，這樣就會(huì)在熒光屏上顯示信號(hào)波形。下面從幾個(gè)方面來說明示波器的波形顯示原理。

1.X軸和Y軸偏轉(zhuǎn)板都不加電壓

如圖（a）所示，X軸和Y軸偏轉(zhuǎn)板都不加電壓時(shí)，陰極發(fā)射的電子束不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而是做直線運(yùn)動(dòng)轟擊熒光屏中心。在屏幕中心會(huì)出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)。

2. X軸偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓，Y軸不加電壓

由于Y軸偏轉(zhuǎn)板不加電壓，所以電子束在垂直方向不受電場(chǎng)力，而X軸偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓，電子束在水平方向受到電場(chǎng)力作用而會(huì)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，在屏幕上掃出水平一條亮線，如圖（b）所示。

具體過程說明如下：

當(dāng)0~t1期間的鋸齒波電壓加到X軸偏轉(zhuǎn)板時(shí)，偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生電場(chǎng)，讓電子束由熒光屏的中心掃到熒光屏的左端。

當(dāng)t1~t2期間的鋸齒波電壓加到X軸偏轉(zhuǎn)板時(shí)，偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生電場(chǎng)，讓電子束由熒光屏左端掃到中心。

當(dāng)t2~t3期間的鋸齒波電壓加到X軸偏轉(zhuǎn)板時(shí)，偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生電場(chǎng)，讓電子束由熒光屏中心掃到右端。

當(dāng)t3~t4期間的鋸齒波電壓加到X軸偏轉(zhuǎn)板時(shí)，偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生電場(chǎng)，讓電子束由熒光屏右端掃到中心。

t4是可以后，下一個(gè)周期的鋸齒波電壓到來，電子束又重復(fù)上述掃描過程，結(jié)果在熒光屏上出現(xiàn)一條亮線。

同樣的道理，如果Y軸偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓，X軸偏轉(zhuǎn)板不加電壓，電子束只受Y軸偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生的電場(chǎng)力作用，會(huì)在熒光屏上掃出垂直的一條亮線。

3.Y軸偏轉(zhuǎn)板加正弦波電壓，X軸偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓

當(dāng)Y軸偏轉(zhuǎn)板加正弦波電壓，X軸偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓時(shí)，電子束在垂直和水平方向都受電場(chǎng)力作用，電子束就會(huì)在熒光屏上掃出正弦波。如圖（c）所示。

具體過程說明如下：

在0~t1期間，鋸齒波電壓加到X軸偏轉(zhuǎn)板，Y軸偏轉(zhuǎn)板無電壓，X軸偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生電場(chǎng)，讓電子束由熒光屏的中心點(diǎn)直接掃到左端。此期間為逆程，陰極不發(fā)射電子，故不會(huì)出現(xiàn)亮線。

在t1~t2期間，逐漸下降的鋸齒波電壓加到X軸偏轉(zhuǎn)板，先上升后下降的正弦波電壓加到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板，電子束在這兩個(gè)電場(chǎng)力的作用下在熒光屏上掃出正弦波的正半周

在t2~t3期間，反方向逐漸增大的鋸齒波電壓加到X軸偏轉(zhuǎn)板，反方向先上升后下降的正弦波電壓加到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板，電子束在這兩個(gè)電場(chǎng)力的作用下在熒光屏上掃出正弦波的負(fù)半周。

在t3~t4期間，反方向逐漸增大的鋸齒波電壓加到X軸偏轉(zhuǎn)板，Y軸偏轉(zhuǎn)板無電壓，X軸偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生電場(chǎng)，讓電子束由熒光屏的右端直接掃到中心點(diǎn)，此期間為逆程，陰極不發(fā)射電子，故不會(huì)產(chǎn)生亮線。

講過上述四個(gè)過程，電子束就在熒光屏上掃出一個(gè)周期的正弦波信號(hào)波形，如果正弦波頻率提高一倍，那么在熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)周期的正弦波信號(hào)波形。

從上面的分析可以得到結(jié)論：當(dāng)給示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓、Y軸偏轉(zhuǎn)板加某個(gè)信號(hào)電壓時(shí)，通過電子束的掃描，在屏幕上就會(huì)顯示出Y軸偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)波形。

示波器的波形顯示原理是這樣的：由示波器內(nèi)部的掃描電路產(chǎn)生鋸齒波電壓送到X軸偏轉(zhuǎn)板，然后將被測(cè)信號(hào)送到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板，在X、Y軸偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，電子束就會(huì)在熒光屏上掃出被測(cè)信號(hào)的波形。