物理系200808088楊姝

1、示波器示波原理的研究目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key words 1 引言11 示波管的結(jié)構(gòu)21.1 電子槍21.2 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)21.3 熒光屏32 示波管顯示波形原理的簡(jiǎn)化33 示波器電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律與波形顯示關(guān)系53.1電子運(yùn)動(dòng)與示波器面板上相關(guān)旋鈕的關(guān)系53.2示波管中的電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律63.3示波管中電子的三維運(yùn)動(dòng)規(guī)律64 兩種示波原理分析方法的比較74.1任意波形形成原理的分析84.2 顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系85 LCD液晶屏簡(jiǎn)介86 結(jié)語(yǔ)9參考文獻(xiàn)9致謝9示波器示波原理的研究電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生 楊姝指導(dǎo)教師 馬美娟摘要:本文詳細(xì)地論述了示波管熒光屏上的顯示波形與電子運(yùn)

2、動(dòng)規(guī)律、波形周期與掃描電壓周期間的關(guān)系, 并將示波器顯示波形的原理與單擺運(yùn)動(dòng)相類(lèi)比，討論了示波器中光電子運(yùn)動(dòng)的合成與單擺運(yùn)動(dòng)中沙漏與硬紙板運(yùn)動(dòng)的合成的相通之處，并對(duì)單擺產(chǎn)生不同波形情況的具體分析。利用簡(jiǎn)單易懂的知識(shí)對(duì)示波器的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)化，這種類(lèi)比簡(jiǎn)化的思維對(duì)理解示波器的示波原理具有重要的意義。又通過(guò)對(duì)兩種示波器示波原理分析法的比較，在分別指出其不足之處的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一種分析任意波形形成原理的方法，并舉實(shí)例證明該方法的可行性。關(guān)鍵詞：示波器；沙漏實(shí)驗(yàn)；示波原理；電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律；任意波形The Research Of The Wave Shape Showing Principles Abou

3、t OscilloscopeStudent majoring in Electronic information science and technology Yang Shu Tutor Ma Mei-juanAbstract: This paper discusses the relationship about the wave display and electronic movement rules, waveform cycle and scanning voltage weeks on the Oscilloscope's fluorescent screen. The

4、principle of waveform is similar with the principle of pendulum motion. And the paper discusses the similar both the synthesis of optoelectronic oscilloscope movement and the synthesis of pendulum and cardboard movement. And it analysises the different waveform of the specific situation. Use the sim

5、ple and understandable knowledge to simplify the work principle of oscilloscope. The analogy of the simplified thinking for the understanding of oscilloscope and wave shape principle has the vital significance .And through the comparison of the wave shape showing principles of two types of oscillosc

6、ope. On the basis of pointing out their respective shortcomings, a method for analyzing arbitrary waveform forming principle is concluded, and the feasibility of this method is proved by examples.Key words: oscilloscope; hourglass experiment; wave shape showing principle; electron movement rule; arb

7、itrary wave引言 示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見(jiàn)的電信號(hào)變換成看得見(jiàn)的圖形，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程。利用示波器能觀察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以用它測(cè)試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等1,2。更廣義地說(shuō)，示波器是一種能夠反映任何兩個(gè)參數(shù)相互關(guān)聯(lián)的X-Y 坐標(biāo)圖形的顯示儀器2。示波器不僅應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室，更成為信息時(shí)代不可缺少的輔助工具，利用示波器對(duì)電子產(chǎn)品的電路進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè)和分析，可以大大提高檢修效率。理解并掌握示波器的示波原理是解決這些問(wèn)題的前提。文獻(xiàn)3中利用沙漏的單擺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)對(duì)示波器示波原理進(jìn)行類(lèi)比簡(jiǎn)化，解決

8、了正弦波電壓的顯示原理問(wèn)題；文獻(xiàn)4論述了示波管熒光屏上的顯示波形與電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律、波形周期與掃描電壓周期的關(guān)系，但這兩種方法都存在不足，需加以改進(jìn)。1 示波管的結(jié)構(gòu) 示波管是示波器的核心部件，其由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成如圖1-1所示。電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束；偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由水平( x ) 方向和垂直( y ) 方向兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板組成，它的作用是決定電子束怎樣偏轉(zhuǎn)；熒光屏的作用則是顯示偏轉(zhuǎn)電信號(hào)的波形?？梢杂靡粋€(gè)形象的比喻來(lái)說(shuō)明示波管的示波原理，即將電子槍比作畫(huà)圖的筆，筆尖就是高速電子束，將電子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)比作握筆的手，將熒光屏比作畫(huà)圖的紙，那么將示波原理可比作用手握著筆在紙上

9、作畫(huà)。11 電子槍電子槍由燈絲（h）、陰極(K)、柵極(G1)、前加速極(G2)、第一陽(yáng)極(A1)和第二陽(yáng)極(A2)組成。燈絲h用于對(duì)陰極K加熱，加熱后的陰極發(fā)射電子。柵極G1電位比陰極K低，對(duì)電子形成排斥力，使電子朝軸向運(yùn)動(dòng)，形成交叉點(diǎn)F1，并且只有初速度較高的電子能夠穿過(guò)柵極奔向熒光屏，初速度較低的電子則返回陰極，被陰極吸收。因此，調(diào)節(jié)柵極G1的電位可控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏亮點(diǎn)的輝度。+RW3RW1-ERW2F1KG1G2A1A2X2Y2X2Y1圖1-1示波管及電子束控制電路12 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由水平偏轉(zhuǎn)板X(qián)1、X2和垂直偏轉(zhuǎn)板Y1、Y2這兩對(duì)相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成。

10、垂直偏轉(zhuǎn)板Y在前，水平偏轉(zhuǎn)板X(qián)在后，如果僅在Y1、Y2偏轉(zhuǎn)板間加電壓，則電子束將根據(jù)所形成的電場(chǎng)強(qiáng)弱與極性在垂直方向上運(yùn)動(dòng)。 如果Y1為正，Y2為負(fù)，則電子束向上運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)距離大，電場(chǎng)弱，運(yùn)動(dòng)距離??；若Y1為負(fù)，Y2為正，則電子束向下運(yùn)動(dòng)。同理，在X1、X2間加電壓，電子束將根據(jù)電場(chǎng)的強(qiáng)弱與極性在水平方向上運(yùn)動(dòng)，電子束最終的運(yùn)動(dòng)情況取決于水平方向和垂直方向電壓的合成作用，當(dāng)X、Y偏轉(zhuǎn)板加不同電壓時(shí)，熒光屏上的亮點(diǎn)可以移動(dòng)到平面上的任意位置。信號(hào)輸入Y放大Y2Y1X2X1鋸齒波掃描電壓圖1-2 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)13 熒光屏 在熒光屏的玻殼內(nèi)側(cè)涂上熒光粉，就形成了熒光屏，它不是導(dǎo)電體。當(dāng)電子束轟擊

11、熒光粉時(shí)，激發(fā)產(chǎn)生熒光形成亮點(diǎn)。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(shí)的瞬間亮度下降到該亮度的10%所經(jīng)過(guò)的時(shí)間稱(chēng)為余輝時(shí)間。熒光粉的成分不同，余輝時(shí)間也不同，為適應(yīng)不同需要，將余輝時(shí)間分為長(zhǎng)余輝（100ms-1s）、中余輝（1-100ms）和短余輝（10us-10ms）等不同規(guī)格。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(zhǎng)余輝示波管。2 示波管顯示波形原理的簡(jiǎn)化兩個(gè)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)分別加上不同的電壓后，在不同的電壓頻率下，顯示出來(lái)的波形是不盡相同的。適當(dāng)調(diào)節(jié)電壓頻率，屏幕上有時(shí)會(huì)顯示出1個(gè)完整的正弦波形，有時(shí)會(huì)顯示出幾個(gè)完整的波形，

12、有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)波形的移動(dòng)和重疊現(xiàn)象8。如此復(fù)雜的波形現(xiàn)象是如何形成的，為什么改變電壓的頻率波形會(huì)發(fā)生如此變化，兩者之間有什么必然的聯(lián)系?對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，如果按部就班的用靜電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)原理和數(shù)學(xué)方法來(lái)解釋?zhuān)呛茈y理解的。因此，如何簡(jiǎn)化示波器顯示波形的原理便成為學(xué)習(xí)示波器使用的重要環(huán)節(jié)。仔細(xì)觀察示波器顯示屏上顯示的正弦波形，不難發(fā)現(xiàn)，它與沙漏在模擬單擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，在硬紙板上所描繪出來(lái)的正弦曲線十分相像。沙漏作單擺運(yùn)動(dòng)時(shí)之所以會(huì)在硬紙板上形成正弦曲線，是下述兩種互相垂直的運(yùn)動(dòng)合成的原因：一是沙漏作的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，即單擺運(yùn)動(dòng)；二是硬紙板在垂直于沙漏擺動(dòng)方向上所作的勻速直線運(yùn)動(dòng)。這與電子束在熒光屏上形成正弦波形的原理相

13、同。因此，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)無(wú)論在實(shí)驗(yàn)結(jié)果(波形)還是實(shí)驗(yàn)原理上，都是相通的8。對(duì)于沙漏作單擺運(yùn)動(dòng)形成波形的情況，可以很直觀的從實(shí)驗(yàn)上觀察到，由于其貼近現(xiàn)實(shí)，也很容易從空間角度去想象。因此這里把沙漏的單擺運(yùn)動(dòng)與示波器顯示波形的原理相結(jié)合，進(jìn)行類(lèi)比，以期幫助理解示波器的工作原理。 電子束在熒光屏上形成的波形有下列5種情況，分別將之與單擺實(shí)驗(yàn)相類(lèi)比如下。1)如果只在Y板上加周期為正的正弦電壓，而X板上不加電壓，則電子束只受到y(tǒng)方向正弦電壓的作用，在豎直方向作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，由于視覺(jué)暫留效應(yīng)和磷光材料的余輝效應(yīng)，將在熒光屏上形成l條豎直的直線。這如同在沙漏單擺實(shí)驗(yàn)中，只是讓沙漏在豎直方向作單擺運(yùn)動(dòng)，而下方的硬紙板

14、靜止不動(dòng)，此時(shí)在硬紙板上只會(huì)留下1條垂直于紙板軸線的直線，如圖2-1所示。2)如果只在X板上加鋸齒波電壓，而Y板上不加電壓，則電子束只受到x方向線性電壓的作用，在水平方向作勻速直線運(yùn)動(dòng)，由于視覺(jué)暫留效應(yīng)和磷光材料的余輝效應(yīng)，將在熒光屏上形成1條水平的直線。這如同在沙漏單擺實(shí)驗(yàn)中，沙漏靜止不動(dòng)，只以均勻的速度拉動(dòng)硬紙板，讓硬紙板在水平方向上作勻速直線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，從沙漏中落下的細(xì)沙會(huì)隨著紙板的抽動(dòng)在紙板上形成1條沿紙板軸線的直線，如圖2-2所示。圖2-1 Y板加正弦電壓X板不加電壓時(shí)，熒光屏 圖 2-2 Y板不加電壓X板加鋸齒波電壓時(shí)，熒光屏上波形與單擺實(shí)驗(yàn)形成的波形的比較 上波形與單擺實(shí)驗(yàn)形成的

15、波形的比較3)如果在Y板接人周期為的正弦交流電壓，在X板接人周期為的鋸齒波電壓，且時(shí)，則熒光屏上會(huì)顯示1個(gè)完整周期的穩(wěn)定正弦波形。與沙漏單擺實(shí)驗(yàn)類(lèi)比，沙漏在豎直方向作周期為的單擺運(yùn)動(dòng)，同時(shí)垂直于擺動(dòng)方向勻速拉動(dòng)其下方的硬紙板，并保證每經(jīng)過(guò)時(shí)間，將紙板放回起始位置以同樣方式重新抽動(dòng)。這樣將紙板放回起始位置重新拉動(dòng)時(shí)，紙板上已經(jīng)有了1個(gè)完整的正弦圖形，再拉動(dòng)紙板時(shí)，落下的細(xì)沙會(huì)嚴(yán)格地堆積在上1次的正弦圖形上，這樣盡管多次抽拉硬紙板，細(xì)沙在紙板上留下的也只是1條完整的正弦曲線，如圖2-3所示。圖2-3 Y板加正弦電壓X板加鋸齒波電壓，且時(shí)， 圖2-4 Y板加正弦電壓X板加鋸齒波電壓，且（為熒光屏上波

16、形與單擺實(shí)驗(yàn)形成的波形的比較 整數(shù)）時(shí)，熒光屏上波形與單擺實(shí)驗(yàn)形成的波形的比較 4)如果在Y板接入周期為的正弦交流電壓，在X板接人周期為的鋸齒波電壓，且(n為整數(shù))時(shí)，則熒光屏上會(huì)顯示出個(gè)完整周期的穩(wěn)定波形。與沙漏單擺實(shí)驗(yàn)類(lèi)比，沙漏在豎直方向作周期為的單擺運(yùn)動(dòng)，同時(shí)垂直于擺動(dòng)方向勻速拉動(dòng)其下方的硬紙板，并保證每經(jīng)過(guò)時(shí)間，將紙板放回起始位置以同樣方式重新抽動(dòng)。這樣將紙板放回起始位置重新拉動(dòng)時(shí)，紙板上已經(jīng)有了個(gè)完整的正弦圖形，再拉動(dòng)紙板時(shí)，落下的細(xì)沙也會(huì)嚴(yán)格地堆積在上1次的圖形(個(gè)完整的正弦圖形)上，這樣細(xì)沙在紙板上留下的就是條完整的正弦曲線。如圖2-4所示，時(shí)，得到了2條正弦曲線。5) 如果在Y

17、板接入周期為的正弦交流電壓，在X板接入周期為的鋸齒波電壓，且 (不為整數(shù))時(shí)，則熒光屏上的波形將出現(xiàn)水平方向的移動(dòng)和重疊現(xiàn)象。這如同在沙漏單擺實(shí)驗(yàn)中，沙漏在豎直方向作周期為的單擺運(yùn)動(dòng)，同時(shí)垂直于擺動(dòng)方向勻速拉動(dòng)其下方的硬紙板，每經(jīng)過(guò)時(shí)間，將紙板放回起始位置以同樣方式重新抽動(dòng)。這樣將紙板放回起始位置重新拉動(dòng)時(shí)。紙板上最后1個(gè)正弦圖形不是完整的正弦圖形，再拉動(dòng)紙板時(shí)，上方的漏斗仍繼續(xù)其未完成的周期運(yùn)動(dòng)，而落下的細(xì)沙也將從紙板的起始線與不完整正弦圖形的末點(diǎn)并平行于紙板軸線的直線的交點(diǎn)處繼續(xù)描繪其未完成的正弦圖形，因此重新拉動(dòng)紙板時(shí)，新落下的細(xì)沙不再?lài)?yán)格地堆積在上次的圖形上，新形成的圖形與上次的圖形發(fā)

18、生交疊現(xiàn)象。如圖2-5所示，圖中灰線為第1次細(xì)沙在紙板上留下的圖形，虛點(diǎn)線為第2次細(xì)沙在紙板上留下的圖形，2個(gè)正弦圖形不重合發(fā)生交疊現(xiàn)象。圖2-5 Y板加正弦電壓X板加鋸齒波電壓，且（不為整數(shù)）時(shí)，熒光屏上波形與單擺實(shí)驗(yàn)形成的波形的比較3 示波器電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律與波形顯示關(guān)系31 電子運(yùn)動(dòng)與示波器面板上相關(guān)旋鈕的關(guān)系示波管燈絲發(fā)出的電子，打到熒光屏上電子個(gè)數(shù)多少是由控制柵極來(lái)控制的，源源不斷的電子被陽(yáng)極加速和電子透鏡聚焦于一條直線上，當(dāng)垂直、水平偏轉(zhuǎn)板未加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子將以速度打在熒光屏上的某一點(diǎn)，光點(diǎn)亮度與電子速密度成正比，調(diào)節(jié)輝度旋鈕來(lái)改變控制柵極電壓，以改變光點(diǎn)亮度。旋轉(zhuǎn)聚焦旋鈕改變電子透

19、鏡電壓，就可以確定電子束的聚焦程度，光點(diǎn)直徑變小，信號(hào)波形就顯得更加清晰7。當(dāng)只在水平偏轉(zhuǎn)板加上直流電壓，電子束通過(guò)偏轉(zhuǎn)板，受兩板間電場(chǎng)力作用而發(fā)生偏移，于是光點(diǎn)就視所加電壓的極性決定左移或右移，如圖3-1、點(diǎn)。同理，在垂直偏轉(zhuǎn)板加上直流電壓時(shí)，光點(diǎn)就在豎直方向上上、下移動(dòng)，如圖3-1、點(diǎn)。如果兩偏轉(zhuǎn)板同時(shí)加電壓，光點(diǎn)就按合成力的方向移動(dòng)，電子束就圍繞中心對(duì)稱(chēng)軸線圖3-2來(lái)回?cái)[動(dòng)。偏移距離與所加電壓大小成正比。因此，調(diào)節(jié)兩偏轉(zhuǎn)板上的電壓，就能調(diào)節(jié)光點(diǎn)的位置。即調(diào)節(jié)面板上的“X軸位置”和“Y軸位置”。如果將被測(cè)的交流信號(hào)單獨(dú)加在垂直或水平偏轉(zhuǎn)板上，由于電場(chǎng)力的大小和方向隨時(shí)間而變，因而電子束就圍

20、繞中心對(duì)稱(chēng)軸線來(lái)回?cái)[動(dòng)，使之熒光屏上顯示出一條垂直或水平直線。 D1P2H2D2P1H1AOBC圖3-1 熒光屏上光點(diǎn)與偏轉(zhuǎn)板上電壓的關(guān)系 圖3-2 某電子通過(guò)偏轉(zhuǎn)板軌跡32 示波管中的電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律若在Y軸上加一電壓，垂直兩極板間距，電子運(yùn)動(dòng)方向電場(chǎng)有效寬度，離開(kāi)電場(chǎng)到熒光屏間若電子束進(jìn)入Y極板間的初始時(shí)刻為坐標(biāo)原點(diǎn)，則其間電子的加速度和速度分別為 (3.1) （） (3.2)則電子束離開(kāi)Y極板偏離水平方向距離為 (3.3)隨后，該電子將以合速度沿AB方向運(yùn)動(dòng)，打在熒光屏B點(diǎn)，距原電子運(yùn)動(dòng)方向位移，由于電子束在平行極板間加速度依據(jù)正弦規(guī)律 變化，如圖3-1所示，打在熒光屏、亮線上的是試驗(yàn)信號(hào)不

21、同電壓對(duì)應(yīng)的電子。33 示波管中電子的三維運(yùn)動(dòng)規(guī)律 若僅在水平極板上加鋸齒波電壓，電子束通過(guò)偏轉(zhuǎn)板，在熒光屏上僅能觀察到幅度最大的，亮線，電子束依次沿水平方向位移增大，這就需要在水平極板上施加鋸齒波信號(hào)電壓，可表示為 （） (3.4) （） (3.5)為水平極板間距，由此，可以看出各電子所受到的電場(chǎng)力依次增大，水平方向的加速度為 （） (3.6)電子離開(kāi)電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度 （） (3.7)為通過(guò)x產(chǎn)生電場(chǎng)各處的時(shí)間，即，電子在離開(kāi)水平方向電場(chǎng)時(shí)，電子偏離原運(yùn)動(dòng)方向的距離為 （） (3.8)其中,為與x極板垂直的分速度,為通過(guò)x極板至熒光屏電子的運(yùn)動(dòng)速度。事實(shí)上，打在熒光屏上的電子是由三個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合

22、成結(jié)果，其合速度為對(duì)應(yīng)相互垂直電子運(yùn)動(dòng)速度的合成。即 (3.9)要在示波器熒光屏上顯示信號(hào)電壓波形，就應(yīng)該在水平方向極板施加鋸齒波掃描電壓，掃描電壓分別采用(2T)、(T)、(12T)鋸齒波電壓掃描周期時(shí)，就可在熒光屏上分別觀察到兩個(gè)、一個(gè)和半個(gè)周期的正弦信號(hào)電壓波形。4 兩種示波原理分析方法的比較 文獻(xiàn)3利用沙漏的單擺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)對(duì)示波器的示波原理進(jìn)行類(lèi)比簡(jiǎn)化，當(dāng)示波管熒光屏上顯示正弦波形時(shí)，電子束轟擊熒光屏上的熒光粉而形成正弦波；沙漏在模擬單擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，在硬紙板上也能描繪出正弦曲線。這兩種情況無(wú)論在波形還是原理上，都是相通的。這種分析法對(duì)于分析用示波器顯示正弦波原理時(shí)有效，并且易于理解，但對(duì)于分

23、析顯示非正弦波形時(shí)無(wú)效，而實(shí)際上用示波器顯示的不僅是正弦波，故還需要有其他的分析方法。文獻(xiàn)4論述了示波管熒光屏上的顯示波形與電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律、波形周期與掃描電壓周期的關(guān)系，應(yīng)用物理上力與運(yùn)動(dòng)的知識(shí)來(lái)分析示波原理。這種方法雖然較難理解，但它能分析所有波形的示波原理。但是，文中沒(méi)有指出該種方法的關(guān)鍵之處，即電子的數(shù)目很多，不同的時(shí)刻所研究的電子(實(shí)際上是電子束)是不同的；再就是電子的速度很快，穿過(guò)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的時(shí)間很短，每個(gè)電子穿過(guò)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的瞬間可將偏轉(zhuǎn)電壓看作恒定。只有指出這兩點(diǎn)，當(dāng)選用電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)分析顯示波形時(shí)，才不會(huì)只對(duì)某一個(gè)電子分析其運(yùn)動(dòng)軌跡。這樣，更易于理解電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：電子束中電子偏離軸的

24、距離 (4.1) 其中是一個(gè)與偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)，為偏轉(zhuǎn)板兩端的電壓，為電子槍中加速極的加速電壓。因此，一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)電壓越大，電子的偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)電壓成正比6；也更易于理解由電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律得出的示波管示波原理。41 任意波形形成原理的分析 示波管中的電子有著三維運(yùn)動(dòng)，即由水平偏轉(zhuǎn)板上的電壓而引起的水平方向上的運(yùn)動(dòng)(x方向)，由垂直偏轉(zhuǎn)板上的電壓而引起的垂直方向上的運(yùn)動(dòng)(y方向)，垂直于熒光屏的運(yùn)動(dòng)(z方向)。事實(shí)上，打在熒光屏上的電子是由三個(gè)分運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果。由于分析的是熒光屏上圖形，即平面上的圖形，則沿著z方向的運(yùn)動(dòng)可不分析。又由于不同的時(shí)刻所研究的電子是不同的，并且每個(gè)電子穿過(guò)偏轉(zhuǎn)

25、系統(tǒng)的瞬間可將偏轉(zhuǎn)電壓看作恒定，再由公式(4.1)，可得到任意波形形成原理的分析法如下： (1)調(diào)節(jié)示波器旋鈕，使Y偏轉(zhuǎn)板及X偏轉(zhuǎn)板上的電壓均為零時(shí)，光點(diǎn)在熒光屏中心位置； (2)依據(jù)Y偏轉(zhuǎn)板上的電壓波形特點(diǎn)，將Y偏轉(zhuǎn)板及X偏轉(zhuǎn)板上的電壓波形按時(shí)間取多個(gè)特殊點(diǎn)； (3)確定在某時(shí)刻Y偏轉(zhuǎn)板及X偏轉(zhuǎn)板上的電壓； (4)由公式 (為定值)確定Y方向及X方向的偏轉(zhuǎn)距離，并合成得到此刻光點(diǎn)在熒光屏上的位置； (5)按同樣的方法確定各個(gè)特殊點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻光點(diǎn)在熒光屏的位置； (6)用描點(diǎn)(光點(diǎn))法把波形畫(huà)出。42 波形形成原理的應(yīng)用：李沙育圖形 示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦波電壓時(shí)顯示的圖形稱(chēng)為李沙育(L

26、issajous )圖形，這種圖形的形狀取決于不同的頻率比和初始相位差1。例如，若兩正弦信號(hào)的頻率比為1，初相相同，且在x、y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫(huà)出一條與水平軸呈45°角的直線；若初相相差90°，且在x 、y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫(huà)出的圖形為圓1。同樣，根據(jù)文獻(xiàn)4中的方法可以分析李沙育圖形中任意一個(gè)波形的形成原理。5 LCD液晶屏簡(jiǎn)介 TD、STN、DSTN這三種液晶屏都屬于無(wú)源矩陣LCD，它們的原理基本相同，不同之處只是各個(gè)液晶分子的扭曲角度略有差異，其中DSTN（Dual-Scan Twisted Nematic）LCD，即雙掃描液晶顯示屏（俗稱(chēng)“偽

27、彩”），必須借用外界光源來(lái)顯像，這些反射性單色或彩色沒(méi)有背光設(shè)計(jì)的LCD可以做得更薄、更輕和更省電。固緯的GDS-800系列示波器就是單色和彩色LCD顯示器。TFT（Thin Film Transistor）LCD，又稱(chēng)為主動(dòng)式點(diǎn)晶薄膜晶體管液晶顯示屏，是目前液晶顯示器的應(yīng)用主流，它具有屏幕反應(yīng)速度快、對(duì)比度好、亮度高、可視角度大、色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)。固緯的GDS-2000系列，1000系列，1000A系列數(shù)字示波器都是TFT LCD。將涂有透明導(dǎo)電層的兩片玻璃基板間夾上一層正介電異向性液晶，液晶分子沿玻璃表面平行排列，排列方向在上下玻璃之間連續(xù)扭轉(zhuǎn)90°。然后上下各加一偏光片，底面加上反光片，基本就構(gòu)成了TN型液晶。將非偏極光（一般光線）過(guò)濾成偏振光。當(dāng)非偏極光通過(guò)a方向的偏光片時(shí)，光線被過(guò)濾成與a方向平行的線性偏極光。偏振方向相同，線性偏極光繼續(xù)前進(jìn)，通過(guò)第二片偏光片時(shí)，光線通過(guò)。偏振方向不同，通過(guò)第二片時(shí)，光線被完全阻擋。TFT上下各有一片偏振方向垂直的偏光片，背光板發(fā)出的光經(jīng)背光模組散射后，先通過(guò)下層偏光片形成偏振光之后通過(guò)液晶分子，并由液晶