设计成绩课程设计说明书题 目 普通示波器设计 姓 名 学 号 专业年级 指导教师 年 月日目 录 一、前言 ------------------------------------------------------1 二、普通示波器的设计 -------------------------------------2三、总结 ------------------------------------------------------10 参考文献 -----------------------------------------------------11 1、 前言 示波器是电子示波器的简称，是一种基本的应用最广泛且使用相对复杂的时域测量仪器示波器是一种全息测量仪器，能让我们观察到信号波形的全貌，能测量信号的幅度、频率、周期等基本参量，能测量脉冲信号的脉宽、占空比、上升时间、下降时间、上冲、振铃等参数，还能测量两个信号的时间和相位关系这些功能是其他的电子仪器都难以胜任的。
由于电子技术的进步，示波器从早期的定性观测，已经发展到可以进行精确测量其他非电物理量也可以转换成电量，使用示波器进行观测因此，示波器除了用来对电信号进行分析、测量，还广泛应用于国防、科研及工农业等各领域同时，我们知道示波器是其他图示式仪器的基础而通用示波器是示波器中应用最广泛的一种，它通常泛指采用单束示波管，除取样示波管及专用或特殊示波器以外的各种示波器它主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分组成通用示波器中还常附有校准信号发生器，产生幅度或周期非常稳定的校准信号，用它直接或间接与被测信号比较，可以确定被观测信号中任意两点间的电压或时间关系2、 普通示波器的设计1 普通示波器的组成 示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器示波器一般由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成而通用示波器主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分组成 示波器的基本组成框图如图1所示图1 示波器基本组成框图1．1 示波管 阴极射线管(CRT)简称示波管，是示波器的核心它将电信号转换为光信号。
正如图1所示，电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内，构成了一个完整的示波管阴极射线管的简图如图2，内部结构图见图3图2 阴极射线管简图图3 示波管的内部结构和供电图示1．2 电子枪及聚焦 电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束灯丝通电加热阴极，阴极受热发射电子栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面由于栅极电位比阴极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏初速度小的电子仍返回阴极如果栅极电位过低，则全部电子返回阴极，即管子截止调节电路中的W1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒前加速极G2与A2相连，所加电位比A1高G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用 电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。
第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域，调节第二阳极A2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦A1上的电压叫做聚焦电压，A1又被叫做聚焦极有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦，需微调第二阳极A2的电压，A2又叫做辅助聚焦极1．3 偏转系统 偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统Y轴偏转板在前，X轴偏转板在后，因此Y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y轴)两对偏转板分别加上电压，使两对偏转板间各自形成电场，分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转1．4 荧光屏 荧光屏是示波管的显示部分屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系水平方向指示时间，垂直方向指示电压水平方向分为10格，垂直方向分为8格，每格又分为5份垂直方向标有0％，10％，90％，100％等标志，水平方向标有10％，90％标志，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V／DIV，TIME／DIV)能得出电压值与时间值 现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。
在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度铝膜还有散热等其他作用当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间亮点辉度下降到原始值的10％所经过的时间叫做“余辉时间”余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0．1s为中余辉，0．1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛1．5 示波管的电源为使示波管正常工作，对电源供给有一定要求规定第二阳极与偏转板之间电位相近，偏转板的平均电位为零或接近为零阴极必须工作在负电位上栅极G1相对阴极为负电位(—30V~—100V)，而且可调，以实现辉度调节第一阳极为正电位(约+100V~+600V)，也应可调，用作聚焦调节第二阳极与前加速极相连，对阴极为正高压(约+1000V)，相对于地电位的可调范围为±50V由于示波管各电极电流很小，可以用公共高压经电阻分压器供电2 示波器的基本原理 示波器工作时，被测信号①接到“Y"输入端，经Y轴衰减器适当衰减后送至Y1放大器(前置放大)，推挽输出信号②和③。
经延迟级延迟Г1时间，到Y2放大器放大后产生足够大的信号④和⑤，加到示波管的Y轴偏转板上为了在屏幕上显示出完整的稳定波形，将Y轴的被测信号③引入X轴系统的触发电路，在引入信号的正(或者负)极性的某一电平值产生触发脉冲⑥，启动锯齿波扫描电路(时基发生器)，产生扫描电压⑦由于从触发到启动扫描有一时间延迟Г2，为保证Y轴信号到达荧光屏之前X轴开始扫描，Y轴的延迟时间Г1应稍大于X轴的延迟时间Г2扫描电压⑦经X轴放大器放大，产生推挽输出⑨和⑩，加到示波管的X轴偏转板上z轴系统用于放大扫描电压正程，并且变成正向矩形波，送到示波管栅极这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度，而在扫描回程进行抹迹以上是示波器的基本工作原理双踪显示则是利用电子开关将Y轴输入的两个不同的被测信号分别显示在荧光屏上由于人眼的视觉暂留作用，当转换频率高到一定程度后，看到的是两个稳定的、清晰的信号波形3 示波器使用3．1 示波管和电源系统1．电源(Power) 示波器主电源开关当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接通2．辉度(Intensity) 旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度观察低频信号时可小些，高频信号时大些。
一般不应太亮，以保护荧光屏3．聚焦(Focus) 聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态4．标尺亮度(Illuminance) 此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度正常室内光线下，照明灯暗一些好室内光线不足的环境中，可适当调亮照明灯3．2 垂直偏转因数和水平偏转因数1．垂直偏转因数选择(VOLTS／DIV)和微调 在单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X轴和Y轴都适用灵敏度的倒数称为偏转因数垂直灵敏度的单位是为cm/V，cm／mV或者DIV／mV，DIV／V，垂直偏转因数的单位是V／cm，mV／cm或者V／DIV，mV／DIV实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度 踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关一般按1，2，5方式从 5mV／DIV到5V／DIV分为10档波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值例如波段开关置于1V／DIV档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化1V每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。
逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致，这点应引起注意许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍例如，如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用×5扩展状态时，垂直偏转因数是0．2V／DIV2．时基选择(TIME／DIV)和微调时基选择也通过一个波段开关实现，按1、2、5方式把时基分为若干档波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值微调”旋钮用于时基校准和微调沿顺时针方向旋到底处于校准位置时，屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致逆时针旋转旋钮，则对时基微调旋钮拔出后处于扫描扩展状态通常为×10扩展，即水平灵敏度扩大10倍，时基缩小到1／10示波器前面板上的位移(Position)旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置旋转水平位移旋钮左右移动信号波形，旋转垂直位移旋钮上下移动信号波形3.3 输入通道和输入耦合选择1．输入通道选择 输入通道至少有三种选择方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号选择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号。
测试信号时，首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上，示波器探头上的地与被测电路的地连接在一起，示波器探头接触被测点示波器探头上有一双位开关此开关拨到“×1”位置时，被测信号无衰减送到示波器，从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值此开关拨到“×10"位置时，被测信号衰减为1／10，然后送往示波器，从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值2．输入耦合方式 输入耦合方式有三种选择：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号在数字电路实验中，一般选择“直流”方式，以便观测信号的绝对电压值3.4 触发1．触发源(Source)选择通常有三种触发源：内触发、电源触发、外触发内触发使用被测信号作为触发信号，是经常使用的一种触发方式由于触发信号本身是被测信号的一部分，在屏幕上可以显示出非常稳定的波形双踪示波器中通道1或者通。