示波器的原理

1、實(shí)驗(yàn)八 示波器的原理和使用示波器是一種用途廣泛的基本電子測(cè)量?jī)x器，用它能觀察電信號(hào)的波形、幅 度和頻率等電參數(shù)。用雙蹤示波器還可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的時(shí)間差，一些性 能較好的示波器甚至可以將輸入的電信號(hào)存儲(chǔ)起來(lái)以備分析和比較。在實(shí)際應(yīng) 用中凡是能轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的電學(xué)量和非電學(xué)量都可以用示波器來(lái)觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)原理示波器都包括了如圖1所示的幾個(gè)基本組成部分：示波器、垂直放大電路 （Y放大）、水平放大電路（X放大）、掃描信號(hào)發(fā)生電路（鋸齒波發(fā)生器、白 檢標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生電路（白檢信號(hào)上觸發(fā)同步電路、電源等。1 rti（Y11-1X軸電壓放大星190 R109 R,衰減器一 IK軸輸入，12190 R109 R

2、,衰減器一 IK軸輸入，12地示波管的基本結(jié)構(gòu)如圖 2所示。主要由電子槍、偏 轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組 成，全都密封在玻璃殼體內(nèi)， 里面抽成高真空。內(nèi)廠1 .鋸齒波一K1J電 壓t發(fā)生器外部輸入I JI衰;減器圖4 在水平偏轉(zhuǎn)板 外部輸入I JI衰;減器圖4 在水平偏轉(zhuǎn)板 地 加一正弦交變器基本組成框圖一掃描（鋸齒）電壓圖3在垂直偏轉(zhuǎn)板R1熒光屏圖2示波管結(jié)構(gòu)圖HR1熒光屏圖2示波管結(jié)構(gòu)圖H-燈絲K-陰極G，G-控制柵極A- 121第一陽(yáng)極A -第二陽(yáng)極Y-豎直偏轉(zhuǎn)板X-水平偏轉(zhuǎn)板2（2）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：它由兩對(duì)互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成，一對(duì)豎直偏轉(zhuǎn)板，一對(duì) 水平偏轉(zhuǎn)板。在偏轉(zhuǎn)板上加以適當(dāng)電壓，電子束通過

3、時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 從而使電子束在熒光屏上產(chǎn)生的光斑位置也發(fā)生改變。（3）熒光屏：熒光屏上涂有熒光粉，電子打上去它就發(fā)光，形成光斑。不同 材料的熒光粉發(fā)光的顏色不同，發(fā)光過程的延續(xù)時(shí)間（一般稱為余輝時(shí)間）也 不同。熒光屏前有一塊透明的、帶刻度的坐標(biāo)板，供測(cè)定光點(diǎn)的位置用。在性 能較好的示波管中，將刻度線直接刻在熒光屏玻璃內(nèi)表面上，使之與熒光粉緊 貼在一起以消除視差，光點(diǎn)位置可測(cè)得更準(zhǔn)。波形顯示原理（1）僅在垂直偏轉(zhuǎn)板（Y偏轉(zhuǎn)板）加一正弦交變電壓：如果僅在Y偏轉(zhuǎn)板加 一正弦交變電壓，則電子束所產(chǎn)生的亮點(diǎn)隨電壓的變化在y方向來(lái)回運(yùn)動(dòng)，如果電壓頻率較高，由于人眼的視覺暫留現(xiàn) 象，則看到的是一條

4、豎直亮線，其長(zhǎng)度與 正弦信號(hào)電壓的峰-峰值成正比，如圖3所 示。（2）僅在水平偏轉(zhuǎn)板加一掃描（鋸齒） 電壓：為了能使y方向所加的隨時(shí)間t變 化的信號(hào)電壓U（t）在空間展開，需在水平 方向形成一時(shí)間軸。這一 t軸可通過在水 平偏轉(zhuǎn)板加一如圖26-4所示的鋸齒電壓 U （t），由于該電壓在01時(shí)間內(nèi)電壓隨時(shí) 向成線性關(guān)系達(dá)到最大值，使電子束在熒 光屏上產(chǎn)生的亮點(diǎn)隨時(shí)間線性水平移動(dòng)， 最后到達(dá)熒光屏的最右端。在12時(shí)間內(nèi)（最理想情況是該時(shí)間為零）U（t） 突然回到起點(diǎn)（即亮點(diǎn)回到熒光屏的最左端）如此重復(fù)變化，若頻率足夠高的 話，則在熒光屏上形成了一條如圖4所示的水平亮線，即t軸。常規(guī)顯示波形：如果在

5、Y偏轉(zhuǎn)板加一正電壓（實(shí)際上任何所想觀察的波形 均可）同時(shí)在X偏轉(zhuǎn)板加一鋸齒電壓，電子束受豎直、水平兩個(gè)方向的力的作 用下，電子的運(yùn)動(dòng)是兩相互垂直運(yùn)動(dòng)的合成。當(dāng)兩電壓周期具有合適的關(guān)系時(shí)， 在熒光屏上將能顯示出所加正弦電壓完整周期的波形圖。如圖5所示。3 .同步原理（1）同步的概念：為了顯示如圖5所示的穩(wěn)定圖形，只有保證正弦波到IV點(diǎn)時(shí)，鋸齒波正好到i點(diǎn)，從而亮點(diǎn)掃完了一個(gè)周期的正弦曲線。由于鋸齒波 這時(shí)馬上復(fù)原，所以亮點(diǎn)又回到A點(diǎn)，再次重復(fù)這一過程。光點(diǎn)所畫的軌跡和 第一周期的完全重合，所以在熒光屏上顯示出一個(gè)穩(wěn)定的波形，這就是所謂的 同步。由此可知同步的一般條件為：T = nT， = 1，2

6、, 3其中T為鋸齒波周期，T為正弦周期。若n = 3，則能在熒光屏上顯示出三個(gè)完整周如的波形。V如果正弦波和鋸齒波電壓 的周期稍微不同，熒光屏上出 現(xiàn)的是一移動(dòng)著的不穩(wěn)定圖 形。這情形可用圖6說明。設(shè) 鋸齒波形電壓的周期T比正弦 波電壓周期T稍小，比方說T = nT，n =7/8oy在第一掃描周期 4點(diǎn)之間的曲線段；在第二周 期內(nèi)，顯示48點(diǎn)之間的曲線 段，起點(diǎn)在4處；第三周期內(nèi)， 顯示811點(diǎn)之間曲線段，起 點(diǎn)在8處。這樣，熒光屏上顯 示的波形每次都不重疊，好像波形在向右移動(dòng)。同理，如照 比丁稍大，則好 像在向左移動(dòng)。以上描述的情況在示波器使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)其原因是掃 描電壓的周期與被測(cè)信

7、號(hào)的周期不相等或不成整數(shù)倍，以致每次掃描開始時(shí)波 形曲線上的起點(diǎn)均不一樣所造成的。（2）手動(dòng)同步的調(diào)節(jié)：為了獲得一定數(shù)量的穩(wěn)定波形，示波器設(shè)有“掃描周 期”、“掃描微調(diào)”旋鈕，用來(lái)調(diào)節(jié)鋸齒波電壓的周卿（或頻率f ），使之與被 測(cè)信號(hào)的周期T （或頻率f ）成整數(shù)倍關(guān)系，從而，在示波器熒光屏上得到所 需數(shù)目的完整被測(cè)波形。Y（3）自動(dòng)觸發(fā)同步調(diào)節(jié)：輸入Y軸的被測(cè)信號(hào)與示波器內(nèi)部的鋸齒波電壓是 相互獨(dú)立的。由于環(huán)境或其它因素的影響，它們的周期（或頻率）可能發(fā)生微 小的改變。這時(shí)雖通過調(diào)節(jié)掃描旋鈕使它們之間的周期滿足整數(shù)倍關(guān)系，但過 了一會(huì)可能又會(huì)變，使波形無(wú)法穩(wěn)定下來(lái)。這在觀察高頻信號(hào)時(shí)就尤其明顯

8、。變觸發(fā)電壓大小，當(dāng)待 測(cè)信號(hào)電壓上升到觸 發(fā)電平時(shí)，掃描發(fā)生器 才開始掃描。若同步信 號(hào)是從儀器外部輸入 時(shí)，則稱“外同步”。4.李薩如圖形的原理037(a )f :圖7(d)f 4 變觸發(fā)電壓大小，當(dāng)待 測(cè)信號(hào)電壓上升到觸 發(fā)電平時(shí)，掃描發(fā)生器 才開始掃描。若同步信 號(hào)是從儀器外部輸入 時(shí)，則稱“外同步”。4.李薩如圖形的原理037(a )f :圖7(d)f 4 f 1圖8如果示波器的X和Y輸入是頻率相同或成簡(jiǎn)單整數(shù)比的兩個(gè)正弦電壓，則熒 光屏上將呈現(xiàn)特殊的光點(diǎn)軌跡，這種軌跡圖稱為李薩如圖形。圖7所示的為f : f = 2 ： 1的李薩如圖形。頻率比不同的輸入將形成不同的李薩如圖形。圖8

9、所示的是頻率比成簡(jiǎn)單整數(shù)比值的幾組李薩如圖形。從中可總結(jié)出如下規(guī)律： 如果作一個(gè)限制光點(diǎn)x、y方向變化范圍的假想方框，則圖形與此框相切時(shí)，橫 邊上切點(diǎn)數(shù)n與豎邊上的切點(diǎn)數(shù)n之比恰好等于Y和X輸入的兩正弦信號(hào)的頻 率之比，即f ： f =n : n。但若出現(xiàn)圖（b）或（f）所示的圖形，有端點(diǎn)與假 想邊框相接時(shí)，應(yīng)把一個(gè)端點(diǎn)計(jì)為1/2個(gè)切點(diǎn)。所以利用李薩如圖形能方便地 比較兩正弦信號(hào)的頻率。若已知其中一個(gè)信號(hào)的頻率，數(shù)出圖上的切點(diǎn)數(shù)n和n，便可算出另一待測(cè)信號(hào)的頻率。x5y整流濾波原理整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流。完成這一任務(wù)是靠二極管的單向 導(dǎo)電作用，常見的是半波、全波、橋式整流電路。為簡(jiǎn)單起見，二極管用理想為例分析，交流電壓 , R是要求支流供2 L圖9為例分析，交流電壓 , R是要求支流供2 L圖9橋式整流電路圖I LRlC26-電的負(fù)載 電阻。在 電壓的 正、負(fù)半 周（設(shè)a 端為正，b 端為負(fù)是正半周）內(nèi)電流通路分別用圖26-10中的實(shí)線和 虛線箭頭表示。通過負(fù)載r的電流以及