示波器測試原理

一、示波管的結構

示波器是依靠示波管直觀(guān)將被測信號顯示出來(lái)的，示波管又叫陰極射線(xiàn)管（CRT），其結構圖如下圖：

1.示波管各部分說(shuō)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(gè)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(huì )發(fā)射電子。

（3）控制柵極G：又稱(chēng)調制柵極，簡(jiǎn)稱(chēng)柵極，它是一個(gè)前段開(kāi)孔的金屬圓筒，該極上加有比陰極更低的電壓。電子自由運動(dòng)方向是低點(diǎn)位向高電位運動(dòng)，如果電子由高電位向低點(diǎn)位運動(dòng)會(huì )受到阻礙，而陰極電位較柵極電位高，故陰極發(fā)射出來(lái)的電子通過(guò)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(guò)柵極的電子越少，到達熒光屏的電子越少，熒光屏光線(xiàn)越暗。

W1成為輝度電位器，調節它能夠改變柵極電壓，來(lái)控制到達熒光屏的電子數目，從而調節熒光屏的亮度。

（4）第一陽(yáng)極A1和第二陽(yáng)極A2：它們中間都開(kāi)有小孔，電子從小孔中通過(guò)。這兩個(gè)陽(yáng)極的作用是對陰極發(fā)射出來(lái)并通過(guò)柵極的電子進(jìn)行加速，同時(shí)進(jìn)行聚焦，將很粗的電子束聚焦成很細的電子束，這樣電子束在熒光屏上掃出來(lái)的波形更清晰。

W2稱(chēng)為聚焦電位器，它可以調節第一陽(yáng)極的電壓；W3稱(chēng)為輔助聚焦電位器，它可以調節第二陽(yáng)極的電壓。調節它們可以使顯示的波形更清晰。

（5）垂直偏轉板：又稱(chēng)Y軸偏轉板，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(guò)，當給這兩個(gè)金屬板加有一定的電壓時(shí)，電子束就會(huì )在垂直方向做偏轉運動(dòng)。

（6）水平偏轉板：又稱(chēng)X軸偏轉板，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(guò)，當給這兩個(gè)金屬板加有一定的電壓時(shí)，電子束就會(huì )在水平方向做偏轉運動(dòng)。

（7）熒光屏：它是在熒光管正面的內層壁上涂上一層熒光粉而構成。當電子束轟擊熒光屏上的熒光粉時(shí)就會(huì )發(fā)光，電子數目越多，速度越快，熒光粉越亮。

2.示波管的工作過(guò)程

首先給燈絲通電，燈絲開(kāi)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(guò)柵極，穿過(guò)柵極的電子受到第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極高電壓的加速和聚焦后，形成密集、高速的電子束往熒光屏運動(dòng)，電子束再經(jīng)過(guò)垂直偏轉板和水平偏轉板，偏轉板產(chǎn)生的電場(chǎng)變化，電子束運動(dòng)軌跡也發(fā)生變化，這種運動(dòng)軌跡變化的電子束轟擊熒光屏，就會(huì )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(lái)顯示各種信號波形的。示波管顯示信號波形的過(guò)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板加一定的電壓，讓電子束產(chǎn)生偏轉并對熒光屏進(jìn)行掃描，這樣就會(huì )在熒光屏上顯示信號波形。下面從幾個(gè)方面來(lái)說(shuō)明示波器的波形顯示原理。

1.X軸和Y軸偏轉板都不加電壓

如圖（a）所示，X軸和Y軸偏轉板都不加電壓時(shí)，陰極發(fā)射的電子束不會(huì )發(fā)生偏轉，而是做直線(xiàn)運動(dòng)轟擊熒光屏中心。在屏幕中心會(huì )出現一個(gè)亮點(diǎn)。

2. X軸偏轉板加鋸齒波電壓，Y軸不加電壓

由于Y軸偏轉板不加電壓，所以電子束在垂直方向不受電場(chǎng)力，而X軸偏轉板加鋸齒波電壓，電子束在水平方向受到電場(chǎng)力作用而會(huì )產(chǎn)生偏轉，在屏幕上掃出水平一條亮線(xiàn)，如圖（b）所示。

具體過(guò)程說(shuō)明如下：

當0~t1期間的鋸齒波電壓加到X軸偏轉板時(shí)，偏轉板產(chǎn)生電場(chǎng)，讓電子束由熒光屏的中心掃到熒光屏的左端。

當t1~t2期間的鋸齒波電壓加到X軸偏轉板時(shí)，偏轉板產(chǎn)生電場(chǎng)，讓電子束由熒光屏左端掃到中心。

當t2~t3期間的鋸齒波電壓加到X軸偏轉板時(shí)，偏轉板產(chǎn)生電場(chǎng)，讓電子束由熒光屏中心掃到右端。

當t3~t4期間的鋸齒波電壓加到X軸偏轉板時(shí)，偏轉板產(chǎn)生電場(chǎng)，讓電子束由熒光屏右端掃到中心。

t4是可以后，下一個(gè)周期的鋸齒波電壓到來(lái)，電子束又重復上述掃描過(guò)程，結果在熒光屏上出現一條亮線(xiàn)。

同樣的道理，如果Y軸偏轉板加鋸齒波電壓，X軸偏轉板不加電壓，電子束只受Y軸偏轉板產(chǎn)生的電場(chǎng)力作用，會(huì )在熒光屏上掃出垂直的一條亮線(xiàn)。

3.Y軸偏轉板加正弦波電壓，X軸偏轉板加鋸齒波電壓

當Y軸偏轉板加正弦波電壓，X軸偏轉板加鋸齒波電壓時(shí)，電子束在垂直和水平方向都受電場(chǎng)力作用，電子束就會(huì )在熒光屏上掃出正弦波。如圖（c）所示。

具體過(guò)程說(shuō)明如下：

在0~t1期間，鋸齒波電壓加到X軸偏轉板，Y軸偏轉板無(wú)電壓，X軸偏轉板產(chǎn)生電場(chǎng)，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(huì )出現亮線(xiàn)。

在t1~t2期間，逐漸下降的鋸齒波電壓加到X軸偏轉板，先上升后下降的正弦波電壓加到Y軸偏轉板，電子束在這兩個(gè)電場(chǎng)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軸偏轉板，反方向先上升后下降的正弦波電壓加到Y軸偏轉板，電子束在這兩個(gè)電場(chǎng)力的作用下在熒光屏上掃出正弦波的負半周。

在t3~t4期間，反方向逐漸增大的鋸齒波電壓加到X軸偏轉板，Y軸偏轉板無(wú)電壓，X軸偏轉板產(chǎn)生電場(chǎng)，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(huì )產(chǎn)生亮線(xiàn)。

講過(guò)上述四個(gè)過(guò)程，電子束就在熒光屏上掃出一個(gè)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(huì )出現兩個(gè)周期的正弦波信號波形。

從上面的分析可以得到結論：當給示波管的X軸偏轉板加鋸齒波電壓、Y軸偏轉板加某個(gè)信號電壓時(shí)，通過(guò)電子束的掃描，在屏幕上就會(huì )顯示出Y軸偏轉板上的信號波形。

示波器的波形顯示原理是這樣的：由示波器內部的掃描電路產(chǎn)生鋸齒波電壓送到X軸偏轉板，然后將被測信號送到Y軸偏轉板，在X、Y軸偏轉板產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，電子束就會(huì )在熒光屏上掃出被測信號的波形。