示波器的基本組成
1 示波器工作原理
示波器是利用電子示波管的特性,將人眼無法直接觀測的交變電信號轉換成圖像,顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。它是觀察數字電路實驗現象、分析實驗中的問題、測量實驗結果必不可少的重要儀器。示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉系統(tǒng)、Y軸偏轉系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標準信號源組成。
1.1 示波管
陰極射線管(CRT)簡稱示波管,是示波器的核心。它將電信號轉換為光信號。正如圖1所示,電子槍、偏轉系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內,構成了一個完整的示波管。
圖1 示波管的內部結構和供電圖示
現在的示波管屏面通常是矩形平面,內表面沉積一層磷光材料構成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜。高速電子穿過鋁膜,撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點。鋁膜具有內反射作用,有利于提高亮點的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。
當電子停止轟擊后,亮點不能立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10%所經過的時間叫做“余輝時間”。余輝時間短于10μs為極短余輝,10μs—1ms為短余輝,1ms—0.1s為中余輝,0.1s-1s為長余輝,大于1s為極長余輝。一般的示波器配備中余輝示波管,高頻示波器選用短余輝,低頻示波器選用長余輝。
由于所用磷光材料不同,熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管,以保護人的眼睛。
2.電子槍及聚焦
電子槍由燈絲(F)、陰極(K)、柵極(G1)、前加速極(G2)(或稱第二柵極)、第一陽極(A1)和第二陽極(A2)組成。它的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束。燈絲通電加熱陰極,陰極受熱發(fā)射電子。柵極是一個頂部有小孔的金屬園筒,套在陰極外面。由于柵極電位比陰極低,對陰極發(fā)射的電子起控制作用,一般只有運動初速度大的少量電子,在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔,奔向熒光屏。初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過低,則全部電子返回陰極,即管子截止。調節(jié)電路中的W1電位器,可以改變柵極電位,控制射向熒光屏的電子流密度,從而達到調節(jié)亮點的輝度。第一陽極、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒。前加速極G2與A2相連,所加電位比A1高。G2的正電位對陰極電子奔向熒光屏起加速作用。
電子束從陰極奔向熒光屏的過程中,經過兩次聚焦過程。第一次聚焦由K、G1、G2完成,K、K、G1、G2叫做示波管的第一電子透鏡。第二次聚焦發(fā)生在G2、A1、A2區(qū)域,調節(jié)第二陽極A2的電位,能使電子束正好會聚于熒光屏上的一點,這是第二次聚焦。A1上的電壓叫做聚焦電壓,A1又被叫做聚焦極。有時調節(jié)A1電壓仍不能滿足良好聚焦,需微調第二陽極A2的電壓,A2又叫做輔助聚焦極。
3.偏轉系統(tǒng)
偏轉系統(tǒng)控制電子射線方向,使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。圖8.1中,Y1、Y2和Xl、X2兩對互相垂直的偏轉板組成偏轉系統(tǒng)。Y軸偏轉板在前,X軸偏轉板在后,因此Y軸靈敏度高(被測信號經處理后加到Y軸)。兩對偏轉板分別加上電壓,使兩對偏轉板間各自形成電場,分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉。
4.示波管的電源
為使示波管正常工作,對電源供給有一定要求。規(guī)定第二陽極與偏轉板之間電位相近,偏轉板的平均電位為零或接近為零。陰極必須工作在負電位上。柵極G1相對陰極為負電位(—30V~—100V),而且可調,以實現輝度調節(jié)。第一陽極為正電位(約+100V~+600V),也應可調,用作聚焦調節(jié)。第二陽極與前加速極相連,對陰極為正高壓(約+1000V),相對于地電位的可調范圍為±50V。由于示波管各電極電流很小,可以用公共高壓經電阻分壓器供電。
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