电子示波器工作原理与使用

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1、电子示波器的原理和使用示波器是一种用途广泛的电子测量仪器，用它能直接观察电信号的 波形，也能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。用双踪示波器 还可以测量两个信号之间的时间差或相位差。凡是能转化为电压信号 的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。借助示波器我们可以直 观地“看到”电路各点的状态。示波器的扫描方式是一个可以看到波 形的“电压表”；X Y方式可以观察两个电子信号的垂直方向的合 成，因此示波器是电子工作者的重要工具。一实验目的1. 了解示波器的原理。2. 学会使用示波器的扫描应用和X Y方式应用。二. 实验仪器示波器、信号源、甲电池等三. 实验原理电子示波器(简称示波器)是一种能将随

2、时间变化的电压信号直 观的显示在荧光屏上的仪器。示波器由示波管、Y轴系统、X轴系统 等组成。图3-23-1是示波器的原理框图。(1)示波器的聚焦和偏转原理高压电源图3-23-2示波管结构示意图示波器中用于显示波形的真空玻璃管叫阴极射线管，简称示波管。 如图3-23-2所示。示波管的正面是一个涂有荧光物质的园形屏，当 管中的高速运动电子打上去时，就会发出荧光。一般的示波器都是热 阴极：阴极由灯丝通电后加热后，阴极上的电子由于热运动而脱离出 阴极，称为热激发。由于示波器中的第二阳极电压比阴极高上千伏特。 因此，电子被加速后轰击到荧光屏上，使该处的荧光物质发光。1. 辉度2112mV - 2mV =

3、 eU且V0V2,所以电子到达第二阳极（也是到式中m是电子的质量， 达荧光屏）上的速度V2为:.2eU Im设电子由阴极热激发时的速度为V ，电子到达第二阴极的速度为 V ,阴极和阳极之间的电压为U，则有0：V = I2 V为了控制电子束轰击荧光屏上的强度，也就是控制单位时间轰击 荧光屏的电子数目，在阳极前面加一个零到几十伏特的调制极，其形 状是一个开有小孔的金属罩，由于调制极电位比阴极要低，而且调制 极的电位越低，穿过金属罩小孔的电子越少，亮度越弱。调节调制极 的电位，就能够改变荧光屏上光斑的亮度，这就是面板上“辉度”旋 钮的作用。2. 电聚焦在两个第二阳极A之间设有一个特殊形状的第一阳极，

4、给第一阳 极加上比第二阳极低的电位（例如第二阳极1200V，第一阳极255V）， 由于第一阳极和第二阳极之间有电位差，其特殊形状的电极构成电子透镜，如光学透镜能会聚光一样，电子透镜能会聚射向荧光屏的电子 束。电子透镜聚焦条件由第二阳极A上的电位U和第一阳极A上的 电位U之比决定，调节聚焦U和辅助聚焦U就是调节两电位之比， 这就是1 示波器的电聚焦原理。13、电偏转（厂由阴极热激发的电子经第二阴I J1 f极加速后，在到达荧光屏之前，还I要经过由水平偏转极板和垂直偏&*转极板所围成的空间。在偏转极板I 氐上加上几十伏特的偏转电压。当电krA |子穿过偏转极中间时，由于受电场力的作用而使电子束偏离

5、直线。偏转电压越大，电场力越大，荧光屏L上的亮点偏离荧光屏中心越远，这 图3-23-4锯齿波波形图图孕3 冠器豆示正弦波就是电偏转原理。（2）示波器的扫描原理如果只在竖偏转板（Y轴）上加一正弦波电压，则电子束将随电 压的变化只在竖直方向上往复运动，由荧光屏上看到的是一条竖直亮 线。如图3-23-3所示。要能显示波形，必须同时在水平偏转板加一扫描电压，使电子束 的亮点沿水平方向拉开。这种扫描电压的特点应是：电压随时间成线 性关系增加到最大值，然后突然回到最小，此后再重复变化。这种扫 描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”，故称为“锯齿波电压”，如图3-23-4所示。如果只在水平转板（X轴）加上这

6、样的锯齿波iuy电压，则电子束随电压的变化只 八 八 八 厂、 在水平方向上往复运动，由荧光。/广（）屏上看到的是一条水平亮线。如v v图3-23-4所示为只在水平转板图3-跄只在Y1眦如一正吏波电压的上加一锯齿波电压的情形。如果在竖直偏转板上（Y轴）加正弦波电压，同时在水平偏转板 上（X轴）加锯齿波电压，电子束同时受竖直和水平两个方向电场力 的作用，电子的运动是两互相垂直运动的合成。当锯齿波电压比正弦 电压变化周期相等时，在荧光屏上能显示完整周期的正弦波电压的波 形图，如图3-23-5所示为示波器显示正弦波形的原理图。1. 连续扫描如果正弦波和锯齿波电压的周期稍有不同，屏上出现的是移动着的不

7、稳定图形。这种情况可以用图3- 23-6说明：设X轴加的锯齿波 电压的周期T比Y偏转板上的 正弦波电压周期ty稍小。比如 Tx/Ty=7/8,在第一扫描周期（第 一个锯齿波）内，屏上显示正弦信 号0-4点之间的曲线段；在第二 周期（第二个锯齿波）内，显示4- 8点之间的曲线段；在第三周 期（第三个锯齿波）内，显示8-11 点之间的曲线断段。其中第一个 曲线段的结束和第二个曲线段的起点对应相同的Y偏转电压。第二 曲线断的尾部和第三曲线段的起点对应相同的Y偏转板电压。这样， 在屏上显示的波形不重迭，好象波形在向右移动。如果T和T差别 稍大一些，一个一个的波形由于荧光屏的余辉和人眼的视觉暂留，看 到

8、的是多个波形在屏上的迭加结果。其原因是扫描电压的周期T与 被测信号的周期T不相等或不成整数倍关系，以致于每次扫描的起 点在Y轴上不相同。为了获得稳定波形（单一波形），每次扫描在Y轴上应有相同的起 点。在连续扫描中，锯齿波的周期称为扫描周期，扫描周期T和Y 轴上被测信号周期T之间应满足X丫（曰敕数）在示波器上设有扫描范围和扫描微调以及整步调节，用来调节T，X 使之满足nT=nT。从而在示波器上得到完全重迭的波形，看到的是 单一稳定的波形。称之为同步扫描。上面所述的X轴锯齿波是一个紧接一个产生的，称为连续扫描方 式。2. 触发扫描方式为了获得稳定波形（单一波形），Uy |. A每次扫描在Y轴上应有

9、相同的起 / / / f M点。在示波器的扫描方式中，另一A V V v V种称为触发扫描方式：在触发扫描uk I . :/方式中，X轴所加的锯齿波U和Yt轴待测电压u之间的关索如图r /3-23-7所示。在触发扫描中。锯齿!人 !入波的起点由被测信号的某一斜率和j 八，,电平点触发产生，一个锯齿波显示| V V V V图3-23-7 触发扫描波形一屏，一个锯齿波结束后，等候待测信号U相同的斜率和电平点再 次触发产生下一个锯齿波。由于每屏波形起点对应待测信号U相同 的斜率和电平（每屏有相同的起点），所以波形自然稳定（各屏重迭）。（3）X-Y方式：李萨如图形图3-23-8李萨如图形如果示波器的X

10、轴和Y轴输入是频率相同或成整数比的两个正弦 电压，则屏上将呈现特殊形状的光点的轨迹，这种轨迹称为李萨如图 形。图3-23-8所示为f : f=2 : 1的李萨如图形。频率比不同时， 将形成不同的李萨如图形。图3-23-8所示的是频率比成简单整数比 的几组李萨如图形。从图形 中可总结出如下规律：f : 一一 一 X 一f=n: n，其中n为水平线 与轨迹相切的切点数，nY为 竖直线与轨迹相切的切点 数。利用李萨如图形能方便 准确地比较两交变信号的频 率。（4）示波器的测量原理示波器除了能直观地显 示之外，其测量内容可归结 为两类：电压和时间的测量， 而电压和间的测量最后都归 结为屏上波形长度的测

11、量。1. 电压的测量示波器屏上光点Y轴偏转距离Dy正比于输入电压Uy，比例系数 ky称为电压偏转因数，有dy=kyuy ,y轴电压偏转因数kJ的单位为： V/DIVoYY2. 时间的测量在触发扫描方式的示波器中，每个锯齿波的长度是确定的（在连 续扫描方式中锯齿波的长度不确定），也就是说，在触发扫描方式的 示波器中，每一屏的时间是确定的。利用波形在X轴上的长度，可以 测量屏上波形两点之间的时间间隔。在扫描方式时，示波器屏上光点 X轴偏转距离Dx正比于时间t，比例系数KS称为时基因数，有DX=Kst， 时基因数K的单位为：S/DIV。SX S在触发扫描方式的示波器中，一般在出厂时Y轴的电压偏转因数 和X轴扫描的时基因数都已标定了。四.实验内容1. 示波器的光点调节调节亮度和聚焦。2. Y轴系统调节把待测信号接到Y轴，选择Y轴输入方式为交流耦合或直流耦合 方式。调节Y轴电压偏转因数（或Y轴衰减），使信号在屏内大小适 中。3. 扫描方式的X轴系统调节选择扫描方式为“内”方式。（如果是连续扫描示波器，选择合适 的扫描范围，调节扫描微调或同步调节，应能显示出稳定波形。）选择触发斜率的正负，调节触发电平，即可显示出波形。4. 观测李萨如图形观测李萨如图形时，示波器应设在X-Y方式。