【正文】 回程”。此時光點水平移動形成的水平亮線稱為“時間基線”。 圖 37 水平和垂直偏轉板同時加同頻率的正弦波時顯示的李薩育圖形 掃描的概念 如上所述，如果在 X偏轉板上加上一個鋸齒波電壓 ux=kt（ k為常數(shù)），垂直偏轉板不加電壓，那么光點在 X方向做勻速運動，光點在水平方向的偏移距離為 （ cm/s） （ 34） 式中， x為 X方向的偏轉距離； Sx為比例系數(shù)，稱為示波管的 X軸偏轉靈敏度（單位為 cm/s）； hx為比例系數(shù)，即光點移動的速度。 以后，在被測信號的第二個周期、第三個周期等都將重復第一個周期的情形，光點在熒光屏上描出的軌跡也將重疊在第一次描出的軌跡上，因此，熒光屏顯示的是被測信號隨時間變化的穩(wěn)定波形。 （ 4）當時間 t=t3時， Uy = Uy Ux=Ux3，正弦波的負半周與正半周類似，此時正弦波電壓為負半周到負的最大值， Uy3=Uym、光點出現(xiàn)在屏幕第Ⅳ 象限的最低點，如圖中“ 3”點所示。 （ 2）當時間 t=t1時， Uy = Uy Ux=Ux1，光點同時受到水平和垂直偏轉板的作用；光點出現(xiàn)在屏幕第 Ⅱ 象限的最高點“ 1”點。光點出現(xiàn)在熒光屏上最左側的“ 0”點，偏離屏幕中心的距離正比于 Uxm。 （ 2）設 Ux=kt， Uy=0，由于 Y偏轉板不加電壓，光點在垂直方向是不移動的，則光點在熒光屏的水平方向上來回移動，出現(xiàn)的也是一條水平線段，如圖 35（ b）所示。 （ a） Ux= Uy =0 （ b） Ux=0、 Uy =常量 （ c） Ux=常量、 Uy =0 （ d） Ux=常量、 Uy =常量 圖 34 水平和垂直偏轉板上加固定電壓時顯示為一個光點 2． X、 Y偏轉板上分別加變化電壓 （ 1）設 Ux=0， Uy=Umsinωt。若 Ux為正電壓，則光點從熒光屏的中心往水平方向右移，若 Ux為負電壓，則光點從熒光屏的中心往水平方向左移，如圖 34（ c）。設 Uy為正電壓，則光點從熒光屏的中心往垂直方向上移，若 Uy為負電壓，則光點從熒光屏的中心往垂直方向下移，如圖 34（ b）。 1． Ux、 Uy為固定電壓的情況 （ 1）設 Ux=Uy=0，則光點在垂直和水平方向都不偏轉，出現(xiàn)在熒光屏的中心位置，如圖 34（ a）。根據(jù)這個原理，示波器可顯示隨時間變化的信號波形和顯示任意兩個變量 X與Y的關系圖形。 ? 在使用示波器時，應避免電子束長時間的停留在熒光屏的一個位置，否則將使熒光屏受損，因此在示波器開啟后不使用的時間內，可將“輝度”調暗。熒光粉的成分不同，余輝時間也不同，為適應不同需要，將余輝時間分為長余輝（ 100 ms~1s）、中余輝（ 1~100ms）和短余輝（ 10μs~1ms）等不同規(guī)格。當電子束停止轟擊熒光屏時，光點仍能保持一定的時間，這種現(xiàn)象稱為“余輝效應”。當電子束轟擊熒光粉時，激發(fā)產(chǎn)生熒光形成亮點。偏轉靈敏度是示波管的重要參數(shù)，它越小，示波管越靈敏，觀察微弱信號的能力超強，在一定范圍內，熒光屏上光點偏移的距離與偏轉板上所加電壓成正比，這是用示波管觀測波形的理論根據(jù)。 + + + + yUyUaLSb熒光屏圖 33 電子束的偏轉 2021 mveVa ?yaVbVlSy 2?上式表明，偏轉距離與偏轉板上所加電壓和偏轉板結構的多個參數(shù)有關，其物理意義可解釋如下：若外加電壓越大，則偏轉電場越強，偏轉距離就越大；若偏轉板長度 l越長，偏轉電場的作用距離就越長，因而偏轉距離越大；若偏轉板到熒光屏的距離 S越長，則電子在垂直方向上的速度作用下，使偏轉距離增大；若偏轉板間距 b越大，偏轉電場將減弱，使偏轉距離減?。蝗絷枠O A2的電壓 Va越大，電子在軸線方向的速度越大，穿過偏轉板到熒光屏的時間越小，因而偏轉距離減小。 電子束在偏轉電場作用下的偏轉距離與外加偏轉電壓成正比。 當偏轉板上沒有外加電壓時，電子束打向熒光屏的中心點；如果有外加電壓，則在偏轉電場作用下，電子束打向由 X、Y偏轉板共同決定的熒光屏上的某個坐標位置。 ? G G A A2的電位關系為： VG1VK、VG2VG VA1VG VA2VA1，因此，電子從 G1至 G A1至 A2將得到匯聚并加速，而從 G2至 A1將發(fā)散。 A1和A2與 G1對電子束進行聚焦并加速，使到達熒光屏的電子形成很細的一束并具有很高速度。通過調節(jié) G1對 K的負電位可調節(jié)光點的亮度，即進行“輝度”控制。當電流流過燈絲后對陰極加熱，陰極產(chǎn)生大量電子，并在后續(xù)電場作用下轟擊熒光屏發(fā)光。 CRT顯示原理 陰極射線示波管 CRT 圖 31 陰極射線管內部結構圖 1．電子槍 ? 電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束。由于其具有存儲信號的功能，又稱為數(shù)字存貯示波器（ DSO， Digital Storage Oscilloscope）。 2．數(shù)字示波器 數(shù)字示波器將輸入信號數(shù)字化（時域取樣和幅度量化）后，經(jīng)由 D/A轉換器再重建波形。 記憶示波器采用有記憶功能的示波管，實現(xiàn)模擬信號的存儲、記憶和反復顯示。這是最為經(jīng)典而傳統(tǒng)的一類示波器，因此，也常稱為通用示波器。多束示波器采用多束示波管，熒光屏上顯示的每個波形都由單獨的電子束掃描產(chǎn)生。 1．模擬示波器 模擬示波器可分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶示波器和專用示波器等。 模擬示波器的 X、 Y通道對時間信號的處理均由模擬電路完成，即 X通道提供連續(xù)的鋸齒波電壓， Y通道提供連續(xù)的被測信號，而 CRT屏上的圖形顯示也是光點連續(xù)運動的結果，即顯示方式是模擬的。 （ 3）輸入阻抗高（兆歐級），對被測電路的影響小。 （ 1）具有良好的直觀性，可直接顯示信號的波形，也可以測量信號的瞬時值。因此示波器是一種用途極廣的電子測量儀器，廣泛地應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、物理、通信、國防、學校和科研等眾多領域。如電壓、電流、周期、頻率、時間、相位差、調幅度、脈沖寬度、上升及下降時間等的測量。第 3章 電子示波器 概述 CRT顯示原理 波形顯示的基本原理 通用示波器 取樣示波器 數(shù)字存儲示波器 示波器的基本測試技術 概述 電子示波器簡稱為示波器，是電子測量中一種常用的儀器，它可以把人的肉眼無法直接觀察到的電信號轉換成人眼能夠看到的波形，并顯示在示波器的熒光屏上，供人們觀察分析。示波器除了可以對電信號進行定性的觀察外，還可以用它來進行一些定量的測量。其它如溫度、壓力、聲、光、熱等諸多非電物理量亦可經(jīng)轉換成為電量，使用示波器進行觀測。 示波器的特點 作為廣泛使用的電子測量儀器，電子示波器具有如下特點。 （ 2）靈敏度高、工作頻帶寬、速度快，對觀測瞬變信號的細節(jié)帶來了很大的便利。 示波器的分類 示波器的分類方法有很多，如果從示波器對信號的處理方式出發(fā)，可將示波器分為模擬、數(shù)字兩大類。 數(shù)字示波器則對 X、 Y方向的信號進行數(shù)字化處理，即把 X軸方向的時間離散化， Y軸方向的幅值量化，獲得被測信號波形上的一個個的離散點的數(shù)據(jù)。 通用示波器采用單束示波管，它又可分為單蹤、雙蹤、多蹤示波器。 將要觀測的信號經(jīng)衰減、放大后送入示波器的垂直通道，同時用該信號驅動觸發(fā)電路，產(chǎn)生觸發(fā)信號送入水平通道，最后在示波管上顯示出信號波形。 取樣示波器 是采用時域采樣技術將高頻周期信號轉換為低頻離散時間信號顯示的，從而可以用較低頻率的示波器測量高頻信號。 專用示波器是能夠滿足特殊用途的示波器，又稱特種示波器。它具有記憶、存貯被觀察信號功能，可以用來觀測和比較單次過程和非周期現(xiàn)象、低頻和慢速信號。根據(jù)取樣方式不同，又可分為實時取樣、隨機取樣和順序取樣三大類。它由燈絲 F、陰極 K、柵極 G1和 G2和陽極 A A2組成。 ? 控制柵極 G1呈圓筒狀，包圍著陰極，只在面向熒光屏的方向開一個小孔，使電子束從小孔中穿過。 ? 第一陽極 A1使電子匯聚；第二陽極 A2使電子加速。調節(jié) A1的電位，即可調節(jié) G2與 A1和 A1與 A2之間的電位，調節(jié) A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕；調節(jié) A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。 （ a）電子穿越電場時的加速與減速 （ b）電子在電子槍中的運動軌跡 圖 32 電子束的聚焦原理示意圖 V1V2EV2V11?2?21?? ?聚攏并加速V1 V 2E1?2?發(fā)散并減速21?? ?V2V1KG1G2A1A22．偏轉系統(tǒng) 示波管的偏轉系統(tǒng)由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為垂直（ Y）偏轉板和水平（ X）偏轉板，偏轉板在外加電壓信號的作用下使電子槍發(fā)出的電子束產(chǎn)生偏轉。通常，為了示波器有較高的測量靈敏度， Y偏轉板置于靠近電子槍的部位，而 X偏轉板在 Y的右邊。 如圖 33，電子在離開第二陽極 A2（設電壓為 Va）時速度為 vo，設電子質量為 m，則有： （ 31） 電子將以 vo為初速度進入偏轉板，電子經(jīng)過偏轉板后偏轉距離 y如下式 （ 32） 式中， l為偏轉板的長度； S為偏轉板中心到屏幕中心的距離； b為偏轉板間距； Va為陽極 A2上的電壓。 對于設計定型的示波器偏轉系統(tǒng)， L、 b、 S、 Va可視為常數(shù)，所以 y方向的偏轉距離 y正比于偏轉板上的電壓 ，即 （ 33） 式中 （ cm/V） 比例系數(shù) 稱為示波管的偏轉因數(shù)，單位為 cm/V，它的倒數(shù) 稱為示波管的垂直偏轉靈敏度，單位為 V/cm。 yVyyVhy ?ay bVlSh2?yy hD /1?yh 熒光屏 ? 在熒光屏的玻殼內側涂上熒光粉，就形成了熒光屏，它不是導電體。不同成分的熒光粉，發(fā)光的顏色不盡相同，一般示波器選用人眼最為敏感的黃綠色。熒光粉從電子激發(fā)停止時的瞬間亮度下降到該亮度 10%所經(jīng)過的時間稱為余輝時間。普通示波器需采用中余輝示波管，而慢掃描示波器則采用長余輝示波管。 波形顯示的基本原理 電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點在屏幕上移動的軌跡，是加到偏轉