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示波器測試原理

   2012年02月06日 13:42  
  一、示波管的結(jié)構(gòu)
  
  示波器是依靠示波管直觀將被測信號顯示出來的,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,陰極的氧化層會發(fā)射電子。
  
  (3)控制柵極G:又稱調(diào)制柵極,簡稱柵極,它是一個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)動方向是低點(diǎn)位向高電位運(yùn)動,如果電子由高電位向低點(diǎn)位運(yùn)動會受到阻礙,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)*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。這兩個陽極的作用是對陰極發(fā)射出來并通過柵極的電子進(jìn)行加速,同時進(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)*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)給這兩個金屬板加有一定的電壓時,電子束就會在垂直方向做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動。
  
  (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)給這兩個金屬板加有一定的電壓時,電子束就會在水平方向做偏轉(zhuǎn)運(yùn)動。
  
  (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就會發(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*陽極和第二陽*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,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)生的電場變化,電子束運(yùn)動軌跡也發(fā)生變化,這種運(yùn)動軌跡變化的電子束轟擊熒光屏,就會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波形的。示波管顯示信號波形的過程是: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)并對熒光屏進(jìn)行掃描,這樣就會在熒光屏上顯示信號波形。下面從幾個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,陰極發(fā)射的電子束不會發(fā)生偏轉(zhuǎn),而是做直線運(yùn)動轟擊熒光屏中心。在屏幕中心會出現(xiàn)一個亮點(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力作用而會產(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,偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生電場,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,偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生電場,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,偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生電場,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,偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生電場,讓電子束由熒光屏右端掃到中心。
  
  t4是可以后,下一個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)生的電場力作用,會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,電子束在垂直和水平方向都受電場力作用,電子束就會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,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,電子束在這兩個電場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,電子束在這兩個電場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,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,故不會產(chǎn)生亮線。
  
  講過上述四個過程,電子束就在熒光屏上掃出一個周期的正弦波信號波形,如果正弦波頻率提高一倍,那么在熒光屏上就會出現(xiàn)兩個周期的正弦波信號波形。
  
  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)板加某個信號電壓時,通過電子束的掃描,在屏幕上就會顯示出Y軸偏轉(zhuǎn)板上的信號波形。
  
  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,然后將被測信號送到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板,在X、Y軸偏轉(zhuǎn)板產(chǎn)生的電場作用下,電子束就會在熒光屏上掃出被測信號的波形。

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