示波器的組成--示波器由哪幾個(gè)部分組成的

示波器的組成--示波器由哪幾個(gè)部分組成的？

在數字電路實(shí)驗中，需要使用若干儀器、儀表觀(guān)察實(shí)驗現象和結果。常用的電子測量?jì)x器有萬(wàn)用表、邏輯筆、普通示波器、存儲示波器、邏輯分析儀等。萬(wàn)用表和邏輯筆使用方法比較簡(jiǎn)單，而邏輯分析儀和存儲示波器目前在數字電路教學(xué)實(shí)驗中應用還不十分普遍。示波器是一種使用非常廣泛，且使用相對復雜的儀器。本章從使用的角度介紹一下示波器的原理和使用方法。

示波器工作原理

　　示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無(wú)法直接觀(guān)測的交變電信號轉換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量?jì)x器。它是觀(guān)察數字電路實(shí)驗現象、分析實(shí)驗中的問(wèn)題、測量實(shí)驗結果必不可少的重要儀器。示波器由示波管和電源系統、同步系統、X軸偏轉系統、Y軸偏轉系統、延遲掃描系統、標準信號源組成。
　　1．1 示波管
　　陰極射線(xiàn)管(CRT)簡(jiǎn)稱(chēng)示波管，是示波器的核心。它將電信號轉換為光信號。正如圖1所示，電子槍、偏轉系統和熒光屏三部分密封在一個(gè)真空玻璃殼內，構成了一個(gè)完整的示波管。


　　1．熒光屏
　　現在的示波管屏面通常是矩形平面，內表面沉積一層磷光材料構成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜。高速電子穿過(guò)鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點(diǎn)。鋁膜具有內反射作用，有利于提高亮點(diǎn)的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。
　　當電子停止轟擊后，亮點(diǎn)不能立即消失而要保留一段時(shí)間。{TodayHot}亮點(diǎn)輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過(guò)的時(shí)間叫做“余輝時(shí)間”。余輝時(shí)間短于10μs為極短余輝，10μs—1ms為短余輝，1ms—0．1s為中余輝，0．1s-1s為長(cháng)余輝，大于1s為極長(cháng)余輝。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長(cháng)余輝。
　　由于所用磷光材料不同，熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管，以保護人的眼睛。
　　2．電子槍及聚焦
　　電子槍由燈絲(F)、陰極(K)、柵極(G1)、前加速極(G2)(或稱(chēng)第二柵極)、第一陽(yáng)極(A1)和第二陽(yáng)極(A2)組成。它的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束。燈絲通電加熱陰極，陰極受熱發(fā)射電子。柵極是一個(gè)頂部有小孔的金屬園筒，套在陰極外面。由于柵極電位比陰極低，對陰極發(fā)射的電子起控制作用，一般只有運動(dòng)初速度大的少量電子，在陽(yáng)極電壓的作用下能穿過(guò)柵極小孔，奔向熒光屏。初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過(guò)低，則全部電子返回陰極，即管子截止。調節電路中的W1電位器，可以改變柵極電位，控制射向熒光屏的電子流密度，從而達到調節亮點(diǎn)的輝度。第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極和前加速極都是與陰極在同一條軸線(xiàn)上的三個(gè)金屬圓筒。前加速極G2與A2相連，所加電位比A1高。G2的正電位對陰極電子奔向熒光屏起加速作用。
　　電子束從陰極奔向熒光屏的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)兩次聚焦過(guò)程。第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一電子透鏡。第二次聚焦發(fā)生在G2、A1、A2區域，調節第二陽(yáng)極A2的電位，能使電子束正好會(huì )聚于熒光屏上的一點(diǎn)，這是第二次聚焦。A1上的電壓叫做聚焦電壓，A1又被叫做聚焦極。{HotTag}有時(shí)調節A1電壓仍不能滿(mǎn)足良好聚焦，需微調第二陽(yáng)極A2的電壓，A2又叫做輔助聚焦極。
　　3．偏轉系統
　　偏轉系統控制電子射線(xiàn)方向，使熒光屏上的光點(diǎn)隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。圖8．1中，Y1、Y2和Xl、X2兩對互相垂直的偏轉板組成偏轉系統。Y軸偏轉板在前，X軸偏轉板在后，因此Y軸靈敏度高(被測信號經(jīng)處理后加到Y軸)。兩對偏轉板分別加上電壓，使兩對偏轉板間各自形成電場(chǎng)，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉。
　　4．示波管的電源
　　為使示波管正常工作，對電源供給有一定要求。規定第二陽(yáng)極與偏轉板之間電位相近，偏轉板的平均電位為零或接近為零。陰極必須工作在負電位上。柵極G1相對陰極為負電位(—30V~—100V)，而且可調，以實(shí)現輝度調節。第一陽(yáng)極為正電位(約+100V~+600V)，也應可調，用作聚焦調節。第二陽(yáng)極與前加速極相連，對陰極為正高壓(約+1000V)，相對于地電位的可調范圍為±50V。由于示波管各電極電流很小，可以用公共高壓經(jīng)電阻分壓器供電。
　　1.2 示波器的基本組成
　　從上一小節可以看出，只要控制X軸偏轉板和Y軸偏轉板上的電壓，就能控制示波管顯示的圖形形狀。我們知道，一個(gè)電子信號是時(shí)間的函數f(t)，它隨時(shí)間的變化而變化。因此，只要在示波管的X軸偏轉板上加一個(gè)與時(shí)間變量成正比的電壓，在y軸加上被測信號(經(jīng)過(guò)比例放大或者縮小)，示波管屏幕上就會(huì )顯示出被測信號隨時(shí)間變化的圖形。電信號中，在一段時(shí)間內與時(shí)間變量成正比的信號是鋸齒波。
　　示波器的基本組成框圖如圖2所示。它由示波管、Y軸系統、X軸系統、Z軸系統和電源等五部分組成。


　　被測信號①接到“Y"輸入端，經(jīng)Y軸衰減器適當衰減后送至Y1放大器(前置放大)，推挽輸出信號②和③。經(jīng)延遲級延遲Г1時(shí)間，到Y2放大器。放大后產(chǎn)生足夠大的信號④和⑤，加到示波管的Y軸偏轉板上。為了在屏幕上顯示出完整的穩定波形，將Y軸的被測信號③引入X軸系統的觸發(fā)電路，在引入信號的正(或者負)極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥，啟動(dòng)鋸齒波掃描電路(時(shí)基發(fā)生器)，產(chǎn)生掃描電壓⑦。由于從觸發(fā)到啟動(dòng)掃描有一時(shí)間延遲Г2，為保證Y軸信號到達熒光屏之前X軸開(kāi)始掃描，Y軸的延遲時(shí)間Г1應稍大于X軸的延遲時(shí)間Г2。掃描電壓⑦經(jīng)X軸放大器放大，產(chǎn)生推挽輸出⑨和⑩，加到示波管的X軸偏轉板上。z軸系統用于放大掃描電壓正程，并且變成正向矩形波，送到示波管柵極。這使得在掃描正程顯示的波形有某一固定輝度，而在掃描回程進(jìn)行抹跡。
　　以上是示波器的基本工作原理。雙蹤顯示則是利用電子開(kāi)關(guān)將Y軸輸入的兩個(gè)不同的被測信號分別顯示在熒光屏上。由于人眼的視覺(jué)暫留作用，當轉換頻率高到一定程度后，看到的是兩個(gè)穩定的、清晰的信號波形。
　　示波器中往往有一個(gè)精確穩定的方波信號發(fā)生器，供校驗示波器用。

2 示波器使用

　　本節介紹示波器的使用方法。示波器種類(lèi)、型號很多，功能也不同。數字電路實(shí)驗中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器。這些示波器用法大同小異。本節不針對某一型號的示波器，只是從概念上介紹示波器在數字電路實(shí)驗中的常用功能。
　　2.1 熒光屏
　　熒光屏是示波管的顯示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線(xiàn)，指示出信號波形的電壓和時(shí)間之間的關(guān)系。水平方向指示時(shí)間，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格，垂直方向分為8格，每格又分為5份。垂直方向標有0％，10％，90％，100％等標志，水平方向標有10％，90％標志，供測直流電平、交流信號幅度、延遲時(shí)間等參數使用。根據被測信號在屏幕上占的格數乘以適當的比例常數(V／DIV，TIME／DIV)能得出電壓值與時(shí)間值。
　　2．2 示波管和電源系統
　　1．電源(Power)
　　示波器主電源開(kāi)關(guān)。當此開(kāi)關(guān)按下時(shí)，電源指示燈亮，表示電源接通。
　　2．輝度(Intensity)
　　旋轉此旋鈕能改變光點(diǎn)和掃描線(xiàn)的亮度。觀(guān)察低頻信號時(shí)可小些，高頻信號時(shí)大些。
　　一般不應太亮，以保護熒光屏。
　　3．聚焦(Focus)
　　聚焦旋鈕調節電子束截面大小，將掃描線(xiàn)聚焦成最清晰狀態(tài)。
　　4．標尺亮度(Illuminance)
　　此旋鈕調節熒光屏后面的照明燈亮度。正常室內光線(xiàn)下，照明燈暗一些好。室內光線(xiàn)不足的環(huán)境中，可適當調亮照明燈。
　　2．3 垂直偏轉因數和水平偏轉因數
　　1．垂直偏轉因數選擇(VOLTS／DIV)和微調
　　在單位輸入信號作用下，光點(diǎn)在屏幕上偏移的距離稱(chēng)為偏移靈敏度，這