示波器原理

　　雙線示波的顯示原理

　　在電子實(shí)踐技術(shù)過(guò)程中，常常需要同時(shí)觀察兩種（或兩種以上）信號(hào)隨時(shí)間變化的過(guò)程。并對(duì)這些不同信號(hào)進(jìn)行電參量的測(cè)試和比較。為了達(dá)到這個(gè)目的，人們?cè)趹?yīng)用普通示波器原理的基礎(chǔ)上，采用了以下兩種同時(shí)顯示多個(gè)波形的方法：一種是雙線（或多線）示波法;另一種是雙蹤（或多蹤）示波法。應(yīng)用這兩種方法制造出來(lái)的示波器分別稱為雙線（或多線）示波器和雙蹤（或多蹤）示波器。

雙線（或多線）示波器是采用雙槍（或多槍）示波管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下面以雙槍示波管為例加以簡(jiǎn)單說(shuō)明。雙槍示波管有兩個(gè)互相獨(dú)立的電子槍產(chǎn)生兩束電子。另有兩組互相獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，它們各自控制一束電子作上下、左右的運(yùn)動(dòng)。熒光屏是共用的，因而屏上可以同時(shí)顯示出兩種不同的電信號(hào)波形，雙線示波也可以采用單槍雙線示波管來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種示波管只有一個(gè)電子槍，在工作時(shí)是依靠特殊的電極把電子分成兩束。然后，由管內(nèi)的兩組互相獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，分別控制兩束電子上下、左右運(yùn)動(dòng)。熒光屏是共用的，能同時(shí)顯示出兩種不同的電信號(hào)波形。由于雙線示波管的制造工藝要求高，成本也高，所以應(yīng)用并不十分普遍?！?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" height=1 src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20140718/252881_2_0.jpg" width=1 border=0>

　　雙蹤示波的顯示原理

　　雙蹤（或多蹤）示波是在單線示波器的基礎(chǔ)上，增設(shè)一個(gè)專用電子開(kāi)關(guān)，用它來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種（或多種）波形的分別顯示。由于實(shí)現(xiàn)雙蹤（或多蹤）示波比實(shí)現(xiàn)雙線（或多線）示波來(lái)得簡(jiǎn)單，不需要使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的“雙腔”或“多腔”示波管，所以雙蹤（或多蹤）示波獲得了普遍的應(yīng)用。

　?。?）雙蹤示波的顯示原理

　　圖5-8（a）是雙蹤示波法基本原理的示意圖。圖中，電子開(kāi)關(guān)K的作用是使加在示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上的兩種信號(hào)電壓作周期性轉(zhuǎn)換。例如，在0～1這段時(shí)間里，電子開(kāi)關(guān)K與信號(hào)通道A接通，這時(shí)在熒光屏上顯示出信號(hào)UA的一段波形;在1～2這段時(shí)間里，電子開(kāi)關(guān)K與信號(hào)通道B接通，這時(shí)在熒光屏上顯現(xiàn)出信號(hào)UB的一段波形;在2～3這段時(shí)間里，熒光屏上再一次顯示出信號(hào)UA的一段波形;在3～4這段時(shí)間里，熒光屏上將再一次顯示出UB的一段波形……。這樣，兩個(gè)信號(hào)在熒光屏上雖然是交替顯示的，但由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象和熒光屏的余輝（高速電子在停止沖擊熒光屏后，熒光屏上受沖擊處仍保留一段發(fā)光時(shí)間）現(xiàn)象，就可在熒光屏上同時(shí)看到兩個(gè)被測(cè)信號(hào)波形 （圖5-8（b）所示）。

　　為了保持熒光屏顯示出來(lái)的兩種信號(hào)波形穩(wěn)定，則要求被測(cè)信號(hào)頻率、掃描信號(hào)頻率與電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率三者之間必須滿足一定的關(guān)系。

　　首先，兩個(gè)被測(cè)信號(hào)頻率與掃描信號(hào)頻率之間應(yīng)該是成整數(shù)比的關(guān)系，也就是要求“同步”。這一點(diǎn)與單線示波器的原理是相同的，只是現(xiàn)在的被測(cè)信號(hào)是兩個(gè)，而掃描電壓是一個(gè)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要觀察和比較的兩個(gè)信號(hào)常常是互相有內(nèi)在聯(lián)系的，所以上述的同步要求一般是容易滿足的。

為了使熒光屏上顯示的兩個(gè)被測(cè)信號(hào)波形都穩(wěn)定，除滿足上述要求外，還必須合理地選擇電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率，使得在示波器上所顯示的波形個(gè)數(shù)合適，以便于觀察。下面談?wù)勲娮娱_(kāi)關(guān)的工作方式問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題與電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率有關(guān)。

　　電子開(kāi)關(guān)的工作方式有“交替”轉(zhuǎn)換和“斷續(xù)”轉(zhuǎn)換兩種。

　　圖5-9是電子開(kāi)關(guān)“交替”轉(zhuǎn)換工作方式的波形示意圖。在0～1時(shí)間內(nèi)，電子開(kāi)關(guān)與通道A接通，加在X軸上的掃描信號(hào)開(kāi)始進(jìn)行第一個(gè)正程掃描，此時(shí)熒光屏上將顯現(xiàn)出信號(hào)UA的波形;在完成UA波形顯示后，掃描電壓迅速回掃;在1～2時(shí)間內(nèi)，電子開(kāi)關(guān)K與通道B接通，X軸上的掃描信號(hào)開(kāi)始進(jìn)行第二個(gè)正程掃描，熒光屏上將顯示出信號(hào)UB的波形;在2～3時(shí)間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號(hào)UA的波形;在3～4時(shí)間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號(hào)UB的波形……。由此可見(jiàn)，被測(cè)信號(hào)UA、UB的波形是依次、交替地出現(xiàn)在熒光屏上的，熒光屏上顯示的波形如圖5-9（b）所示。顯然，此時(shí)電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換與X軸的掃描始終保持著一致的步調(diào)，即電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率等于X軸掃描信號(hào)的頻率。圖5-9（b）中的虛線實(shí)際上是看不見(jiàn)的。

　　采用交替轉(zhuǎn)換工作方式的顯示的波形與雙線示波法所顯示的波形非常相似，它們都沒(méi)有間斷點(diǎn)。但由于被測(cè)信號(hào)UA、UB的波形是依次交替地出現(xiàn)在熒光屏上的，所以，如果交替的間隙時(shí)間超過(guò)了人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間和熒光屏的余輝時(shí)間，則人們所看到的熒光屏上的波形就會(huì)有閃爍現(xiàn)象。為了避免這種情況的出現(xiàn)，就要求電子開(kāi)關(guān)有足夠高的轉(zhuǎn)換頻率。這就是說(shuō)當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，不宜采用交替轉(zhuǎn)換工作方式，而應(yīng)采用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式。

　　當(dāng)電子開(kāi)關(guān)用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式時(shí)，在X軸掃描的每一個(gè)過(guò)程中，電子開(kāi)關(guān)都以足夠高的轉(zhuǎn)換頻率，分別對(duì)所顯示的每個(gè)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行多次取樣。這樣，即使被測(cè)信號(hào)頻率較低，也可避免出現(xiàn)波形的閃爍現(xiàn)象。同時(shí)，由于在一次掃描的過(guò)程中，光點(diǎn)在兩個(gè)圖形上交換的次數(shù)極多，所以圖形上的細(xì)小斷裂痕跡不顯著，并不妨礙對(duì)波形細(xì)節(jié)的觀察。圖5-10是電于開(kāi)關(guān)采用斷續(xù)轉(zhuǎn)換方式時(shí)的波形示意圖。實(shí)際上，由于開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率選得遠(yuǎn)大于X軸掃描頻率，所以熒光屏上顯示的圖形不會(huì)是圖5-10所示的斷續(xù)圖形，而是連續(xù)的圖形。圖中垂直方向的細(xì)虛線表示了電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程。因在轉(zhuǎn)換過(guò)程中示波器電路的設(shè)置使電子束截止，所以圖中所示的垂直細(xì)虛線實(shí)際上也是不可見(jiàn)的。

　　在了解上述用電子開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙蹤示波的原理后，就不難聯(lián)想到用環(huán)形計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)多蹤示波的原理。由于兩者的顯示原理相似，這里就不再贅述。