示波器原理

　　由示波管的原理可知，一個直流電壓加到一對偏轉(zhuǎn)板上時，將使光點(diǎn)在熒光屏上產(chǎn)生一個固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。如果分別將兩個直流電壓同時加到垂直和水平兩對偏轉(zhuǎn)板上，則熒光屏上的光點(diǎn)位置就由兩個方向的位移所共同決定。

　　如果將一個正弦交流電壓加到一對偏轉(zhuǎn)板上時，光點(diǎn)在熒光屏上將隨電壓的變化而移動。參見圖5-4可知，當(dāng)垂直偏轉(zhuǎn)板上加一個正弦交流電壓時，在時間t=0的瞬間，電壓為Vo（零值），熒光屏上的光點(diǎn)位置在坐標(biāo)原點(diǎn)0上，在時間t=1的瞬間，電壓為V1（正值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)0點(diǎn)上方的1上，位移的大小正比于電壓V1;在時間t=2的瞬間，電壓為V2（最大正值），熒光屏上的光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)0點(diǎn)上方的2點(diǎn)上，位移的距離正比于電壓V2;以此類推，在時間t=3，t=4，…，t=8的各個瞬間，熒光屏上光點(diǎn)位置分別為3，4，…，8點(diǎn)。在交流電壓的第二個周期、第三個周期……都將重復(fù)第一個周期的情況。如果此時加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的正弦交流電壓之頻率很低，僅為lHz～2Hz，那么，在熒光屏上便會看見一個上下移動著的光點(diǎn)。這光點(diǎn)距離坐標(biāo)原點(diǎn)的瞬時偏轉(zhuǎn)值將與加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的電壓瞬時值成正比。如果加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的交流電壓頻率在10Hz～20Hz以上，則由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，在熒光屏上看到的就不是一個上下移動的點(diǎn)，而是一根垂直的亮線了。該亮線的長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)板上加一個正弦交流電壓，則會產(chǎn)生相類似的情況，只是光點(diǎn)在水平軸上移動罷了。

　　如果將一隨時間線性變化的電壓（如鋸齒波電壓）加到一對偏轉(zhuǎn)板上，則光點(diǎn)在熒光屏上又會怎樣移動呢？參看圖5-5可見，當(dāng)水平偏轉(zhuǎn)板上有鋸齒波電壓時，在時間t=0瞬間，電壓為Vo（最大負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左側(cè)的起始位置（零點(diǎn)上），位移的距離正比于電壓Vo;在時間t=1的瞬間，電壓為V1（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左方的1點(diǎn)上，位移的距離正比于電壓V1;以此類推，在時間t=2，t=3，。..，t=8的各個瞬間，熒光屏上光點(diǎn)的對應(yīng)位置是2，3，…，8各點(diǎn)。在t=8這個瞬間，鋸齒波電壓由最大正值V8躍變到最大負(fù)值Vo，則熒光屏上光點(diǎn)從8點(diǎn)極其迅速地向左移到起始位置零點(diǎn)。如果鋸齒波電壓是周期性的，則在鋸齒波電壓的第二個周期、第三個周期、……都將重復(fù)第一個周期的情形。如果此時加在水平偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波電壓頻率很低，僅為1Hz ～2Hz，在熒光屏上便會看見光點(diǎn)自左邊起始位置零點(diǎn)向右邊8點(diǎn)處勻速地移動，隨后光點(diǎn)又從右邊8點(diǎn)處極其迅速地移動到左邊起始位置零點(diǎn)。上述這個過程稱為掃描。在水平軸加有周期性鋸齒波電壓時，掃描將周而復(fù)始地進(jìn)行下去。光點(diǎn)距離起始位置零點(diǎn)的瞬時值，將與加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓瞬時值成正比。如果加在偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波電壓頻率在10Hz～20Hz以上，則由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就看到一根水平亮線，該水平亮線的長度，在示波器水平放大增益一定的情況下決定于鋸齒波電壓值，鋸齒波電壓值是與時間變化成正比的，而熒光屏上光點(diǎn)的位移又是與電壓值成正比的，因此熒光屏上的水平亮線可以代表時間軸。在此亮線上的任何相等的線段都代表相等的一段時間。

如果將被測信號電壓加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，鋸齒波掃描電壓加到水平偏轉(zhuǎn)板上，而且被測信號電壓的頻率等于鋸齒波掃描電壓的頻率，則熒光屏上將顯示出一個周期的被測信號電壓隨時間變化的波形曲線（如圖5-6所示）。由圖5-6所示可見，在時間t=0的瞬間，信號電壓為Vo（零值），鋸齒波電壓為V0′（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左面，位移的距離正比于電壓V0′;在時間t=1的瞬間，交流電壓為V1（正值），鋸齒波電壓為V1′（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)的第Ⅱ象限中。同理，在時間t=2，t=3，…，t=8的瞬間，熒光屏上光點(diǎn)分別位于2，3，…，8點(diǎn)。在t=8瞬間，鋸齒波電壓由最大正值V8′跳變到最大負(fù)V0′，因而熒光屏上的光點(diǎn)也從8點(diǎn)極其迅速地向左移到起始位置0點(diǎn)。以后，在被測周期信號的第二個周期、第三個周期……都重復(fù)第一個周期的情形，光點(diǎn)在熒光屏上描出的軌跡也都重疊在第一次描出的軌跡上。所以，熒光屏上顯示出來的被測信號電壓是隨時間變化的穩(wěn)定波形曲線。

　　若被測信號電壓的頻率等于鋸齒波電壓頻率整數(shù)倍數(shù)時，則熒光屏上將顯示出周期為整數(shù)的被測信號穩(wěn)定波形。而當(dāng)被測信號電壓的頻率與鋸齒波電壓的頻率不成整數(shù)倍數(shù)時，則熒光屏上不能獲得穩(wěn)定的波形，如圖5-7所示。在圖5-7中，第一次掃描時，屏上顯示的是0～1這段波形曲線;第二次掃描時，屏上顯示1～2這段波形曲線;第三次掃描時，屏上顯示2～3這段波形曲線;……可見，每次熒光屏上顯示的波形曲線都不同，所以圖形不穩(wěn)定。

　　由上述可見，為使熒光屏上的圖形穩(wěn)定，被測信號電壓的頻率應(yīng)與鋸齒波電壓的頻率保持整數(shù)比的關(guān)系，即同步關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就要求鋸齒波電壓的頻率連續(xù)可調(diào)，以便適應(yīng)觀察各種不同頻率的周期信號。其次，由于被測信號頻率和鋸齒波振蕩信號頻率的相對不穩(wěn)定性，即使把鋸齒波電壓的頻率臨時調(diào)到與被測信號頻率成整倍數(shù)關(guān)系，也不能使圖形一直保持穩(wěn)定。因此，示波器中都設(shè)有同步裝置。也就是在鋸齒波電路的某部分加上一個同步信號來促使掃描的同步，對于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始連續(xù)不斷的鋸齒波）一種狀態(tài)的簡易示波器（如國產(chǎn)SB-10型示波器等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被觀察信號頻率相關(guān)的同步信號，當(dāng)所加同步信號的頻率接近鋸齒波頻率的自主振蕩頻率（或接近其整數(shù)倍）時，就可以把鋸齒波頻率“拖入同步”或“鎖住”。對于具有等待掃描（即平時不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測信號來到時才產(chǎn)生一個鋸齒波進(jìn)行一次掃描）功能的示波器（如國產(chǎn)ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型雙蹤示波器等等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被測信號相關(guān)的觸發(fā)信號，使掃描過程與被測信號密切配合。這樣，只要按照需要來選擇適當(dāng)?shù)耐叫盘柣蛴|發(fā)信號，便可使任何欲研究的過程與鋸齒波掃描頻率保持同步。