示波器波形顯示的基本原理

如果將一個(gè)正弦交流電壓加到一對偏轉板上時(shí)，光點(diǎn)在熒光屏上將隨電壓的變化而移動(dòng)。當垂直偏轉板上加一個(gè)正弦交流電壓時(shí)，在時(shí)間t=0的瞬間，電壓為Vo(零值)，熒光屏上的光點(diǎn)位置在坐標原點(diǎn)0上，在時(shí)間t=1的瞬間，電壓為V1(正值)，熒光屏上光點(diǎn)在坐標原點(diǎn)0點(diǎn)上方的1上，位移的大小正比于電壓V1;在時(shí)間t=2的瞬間，電壓為V2(最大正值)，熒光屏上的光點(diǎn)在坐標原點(diǎn)0點(diǎn)上方的2點(diǎn)上，位移的距離正比于電壓V2;以此類(lèi)推，在時(shí)間t=3，t=4，…，t=8的各個(gè)瞬間，熒光屏上光點(diǎn)位置分別為3、4、…、8點(diǎn)。在交流電壓的第二個(gè)周期、第三個(gè)周期……都將重復第一個(gè)周期的情況。如果此時(shí)加在垂直偏轉板上的正弦交流電壓之頻率很低，僅為lHz～2Hz，那么，在熒光屏上便會(huì )看見(jiàn)一個(gè)上下移動(dòng)著(zhù)的光點(diǎn)。這光點(diǎn)距離坐標原點(diǎn)的瞬時(shí)偏轉值將與加在垂直偏轉板上的電壓瞬時(shí)值成正比。如果加在垂直偏轉板上的交流電壓頻率在10Hz～20Hz以上，則由于熒光屏的余輝現象和人眼的視覺(jué)暫留現象，在熒光屏上看到的就不是一個(gè)上下移動(dòng)的點(diǎn)，而是一根垂直的亮線(xiàn)了。該亮線(xiàn)的長(cháng)短在示波器的垂直放大增益一定的情況下決定于正弦交流電壓峰一峰值的大小。如果在水平偏轉板上加一個(gè)正弦交流電壓，則會(huì )產(chǎn)生相類(lèi)似的情況，只是光點(diǎn)在水平軸上移動(dòng)罷了。

如果將一隨時(shí)間線(xiàn)性變化的電壓(如鋸齒波電壓)加到一對偏轉板上，則光點(diǎn)在熒光屏上又會(huì )怎樣移動(dòng)呢?當水平偏轉板上有鋸齒波電壓時(shí)，在時(shí)間t=0瞬間，電壓為Vo(最大負值)，熒光屏上光點(diǎn)在坐標原點(diǎn)左側的起始位置(零點(diǎn)上)，位移的距離正比于電壓Vo;在時(shí)間t=1的瞬間，電壓為V1(負值)，熒光屏上光點(diǎn)在坐標原點(diǎn)左方的1點(diǎn)上，位移的距離正比于電壓V1;以此類(lèi)推，在時(shí)間t=2，t=3，...,t=8的各個(gè)瞬間，熒光屏上光點(diǎn)的對應位置是2、3、…、8各點(diǎn)。在t=8這個(gè)瞬間，鋸齒波電壓由最大正值V8躍變到最大負值Vo，則熒光屏上光點(diǎn)從8點(diǎn)極其迅速地向左移到起始位置零點(diǎn)。如果鋸齒波電壓是周期性的，則在鋸齒波電壓的第二個(gè)周期、第三個(gè)周期、……都將重復第一個(gè)周期的情形。如果此時(shí)加在水平偏轉板上的鋸齒波電壓頻率很低，僅為1Hz ～2Hz，在熒光屏上便會(huì )看見(jiàn)光點(diǎn)自左邊起始位置零點(diǎn)向右邊8點(diǎn)處勻速地移動(dòng)，隨后光點(diǎn)又從右邊8點(diǎn)處極其迅速地移動(dòng)到左邊起始位置零點(diǎn)。上述這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為掃描。在水平軸加有周期性鋸齒波電壓時(shí)，掃描將周而復始地進(jìn)行下去。光點(diǎn)距離起始位置零點(diǎn)的瞬時(shí)值，將與加在偏轉板上的電壓瞬時(shí)值成正比。如果加在偏轉板上的鋸齒波電壓頻率在10Hz～20Hz以上，則由于熒光屏的余輝現象和人眼的視覺(jué)暫留現象，就看到一根水平亮線(xiàn)，該水平亮線(xiàn)的長(cháng)度，在示波器水平放大增益一定的情況下決定于鋸齒波電壓值，鋸齒波電壓值是與時(shí)間變化成正比的，而熒光屏上光點(diǎn)的位移又是與電壓值成正比的，因此熒光屏上的水平亮線(xiàn)可以代表時(shí)間軸。在此亮線(xiàn)上的任何相等的線(xiàn)段都代表相等的一段時(shí)間。

如果將被測信號電壓加到垂直偏轉板上，鋸齒波掃描電壓加到水平偏轉板上，而且被測信號電壓的頻率等于鋸齒波掃描電壓的頻率，則熒光屏上將顯示出一個(gè)周期的被測信號電壓隨時(shí)間變化的波形曲線(xiàn)(如圖5-6所示)。由圖5-6所示可見(jiàn)，在時(shí)間t=0的瞬間，信號電壓為Vo(零值)，鋸齒波電壓為V0′(負值)，熒光屏上光點(diǎn)在坐標原點(diǎn)左面，位移的距離正比于電壓V0′;在時(shí)間t=1的瞬間，交流電壓為V1(正值)，鋸齒波電壓為V1′(負值)，熒光屏上光點(diǎn)在坐標的第Ⅱ象限中。同理，在時(shí)間t=2，t=3，…，t=8的瞬間，熒光屏上光點(diǎn)分別位于2，3，…，8點(diǎn)。在t=8瞬間，鋸齒波電壓由最大正值V8′跳變到最大負V0′，因而熒光屏上的光點(diǎn)也從8點(diǎn)極其迅速地向左移到起始位置0點(diǎn)。以后，在被測周期信號的第二個(gè)周期、第三個(gè)周期……都重復第一個(gè)周期的情形，光點(diǎn)在熒光屏上描出的軌跡也都重疊在第一次描出的軌跡上。所以，熒光屏上顯示出來(lái)的被測信號電壓是隨時(shí)間變化的穩定波形曲線(xiàn)。

由上述可見(jiàn)，為使熒光屏上的圖形穩定，被測信號電壓的頻率應與鋸齒波電壓的頻率保持整數比的關(guān)系，即同步關(guān)系。為了實(shí)現這一點(diǎn)，就要求鋸齒波電壓的頻率連續可調，以便適應觀(guān)察各種不同頻率的周期信號。其次，由于被測信號頻率和鋸齒波振蕩信號頻率的相對不穩定性，即使把鋸齒波電壓的頻率臨時(shí)調到與被測信號頻率成整倍數關(guān)系，也不能使圖形一直保持穩定。因此，示波器中都設有同步裝置。也就是在鋸齒波電路的某部分加上一個(gè)同步信號來(lái)促使掃描的同步，對于只能產(chǎn)生連續掃描(即產(chǎn)生周而復始連續不斷的鋸齒波)一種狀態(tài)的簡(jiǎn)易示波器(如國產(chǎn)SB-10型示波器等)而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被觀(guān)察信號頻率相關(guān)的同步信號，當所加同步信號的頻率接近鋸齒波頻率的自主振蕩頻率(或接近其整數倍)時(shí)，就可以把鋸齒波頻率“拖入同步”或“鎖住”。對于具有等待掃描(即平時(shí)不產(chǎn)生鋸齒波，當被測信號來(lái)到時(shí)才產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波進(jìn)行一次掃描)功能的示波器(如國產(chǎn)ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型雙蹤示波器等等)而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被測信號相關(guān)的觸發(fā)信號，使掃描過(guò)程與被測信號密切配合。這樣，只要按照需要來(lái)選擇適當的同步信號或觸發(fā)信號，便可使任何欲研究的過(guò)程與鋸齒波掃描頻率保持同步。