本文章介紹了示波器的基本工作原理勃刨，示波器的內(nèi)部工作模塊波材。示波器是物理實驗室中非常常見的實驗測量儀器朵你，利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線各聘，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓抡医、電流躲因、頻率早敬、相位差大脉、調(diào)幅度等等搞监。
示波器的基本工作原理
示波器是物理實驗室中非常常見的實驗測量儀器，利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線镰矿，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓秤标、電流绝淡、頻率、相位差苍姜、調(diào)幅度等等牢酵。
一般示波器的結(jié)構(gòu)組成大概分為五組：①顯示電路衙猪、②垂直（Y軸）放大電路馍乙、③水平（X軸）放大電路、④掃描與同步電路垫释、⑤電源供給電路丝格。
其方框圖大致如下圖：
圖1：示波器的原理功能示意圖
示波器工作原理：
以下針對圖1中所示的五個工作部分分別介紹棵譬。
1.顯示電路
顯示電路包括示波管及其控制電路兩個部分显蝌。示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個重要組成部分茫船。示波管的基本原理圖如圖5-2所示琅束。由圖可見算谈，示波管由電子槍涩禀、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏3個部分組成。
1.1電子槍
電子槍用于產(chǎn)生并形成高速然眼、聚束的電子流艾船，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。它主要由燈絲F屿岂、陰極K、控制極G鲸匿、第一陽極A1爷怀、第二陽極A2組成。除燈絲外带欢，其余電極的結(jié)構(gòu)都為金屬圓筒烤惊，且它們的軸心都保持在同一軸線上。陰極被加熱后吁朦，可沿軸向發(fā)射電子柒室；控制極相對陰極來說是負電位，改變電位可以改變通過控制極小孔的電子數(shù)目雄右，也就是控制熒光屏上光點的亮度。為了提高屏上光點亮度纺讲，又不降低對電子束偏轉(zhuǎn)的靈敏度擂仍，現(xiàn)代示波管中，在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏之間還加上一個后加速電極A3刻诊。
圖2：示波管內(nèi)部示意圖
第一陽極對陰極而言加有約幾百伏的正電壓。在第二陽極上加有一個比第一陽極更高的正電壓则涯。穿過控制極小孔的電子束，在第一陽極和第二陽極高電位的作用下冲簿，得到加速粟判，向熒光屏方向作高速運動峦剔。由于電荷的同性相斥档礁，電子束會逐漸散開。通過第一陽極吝沫、第二陽極之間電場的聚焦作用呻澜，使電子重新聚集起來并交匯于一點惨险。適當控制第一陽極和第二陽極之間電位差的大小羹幸，便能使焦點剛好落在熒光屏上，顯現(xiàn)一個光亮細小的圓點辫愉。改變第一陽極和第二陽極之間的電位差栅受，可起調(diào)節(jié)光點聚焦的作用恭朗，這就是示波器的“聚焦”和“輔助聚焦”調(diào)節(jié)的原理屏镊。第三陽極是示波管錐體內(nèi)部涂上一層石墨形成的，通常加有很高的電壓痰腮，它有三個作用：①使穿過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)以后的電子進一步加速而芥，使電子有足夠的能量去轟擊熒光屏膀值，以獲得足夠的亮度棍丐；②石墨層涂在整個錐體上误辑，能起到屏蔽作用；③電子束轟擊熒光屏?xí)a(chǎn)生二次電子骄酗，處于高電位的A3可吸收這些電子。
2.2 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)大都是靜電偏轉(zhuǎn)式趋翻，它由兩對相互垂直的平行金屬板組成睛琳，分別稱為水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板。分別控制電子束在水平方向和垂直方向的運動踏烙。當電子在偏轉(zhuǎn)板之間運動時师骗，如果偏轉(zhuǎn)板上沒有加電壓，偏轉(zhuǎn)板之間無電場辟癌，離開第二陽極后進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子將沿軸向運動，射向屏幕的中心荐捻。如果偏轉(zhuǎn)板上有電壓黍少，偏轉(zhuǎn)板之間則有電場，進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子會在偏轉(zhuǎn)電場的作用下射向熒光屏的指定位置处面。
如圖3所示。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板互相平行魂角，并且它們的電位差等于零昵济，那么通過偏轉(zhuǎn)板空間的，具有速度υ的電子束就會沿著原方向（設(shè)為軸線方向）運動野揪，并打在熒光屏的坐標原點上访忿。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板之間存在著恒定的電位差斯稳，則偏轉(zhuǎn)板間就形成一個電場海铆，這個電場與電子的運動方向相垂直，于是電子就朝著電位比較高的偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)平挑。這樣游添，在兩偏轉(zhuǎn)板之間的空間通熄，電子就沿著拋物線在這一點上做切線運動唆涝。最后，電子降落在熒光屏上的A點唇辨，這個A點距離熒光屏原點（即0點）有一段距離廊酣，這段距離稱為偏轉(zhuǎn)量赏枚，用y表示亡驰。偏轉(zhuǎn)量y與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓Vy成正比晓猛。同理，在水平偏轉(zhuǎn)板上加有直流電壓時凡辱，也發(fā)生類似情況，只是光點在水平方向上偏轉(zhuǎn)透乾。
圖3：偏轉(zhuǎn)板電場對電子書偏轉(zhuǎn)示意圖
1.2熒光屏
熒光屏位于示波管的終端洪燥，它的作用是將偏轉(zhuǎn)后的電子束顯示出來，以便觀察乳乌。在示波器的熒光屏內(nèi)壁涂有一層發(fā)光物質(zhì)，因而汉操，熒光屏上受到高速電子沖擊的地點就顯現(xiàn)出熒光再来。此時光點的亮度決定于電子束的數(shù)目、密度及其速度磷瘤。改變控制極的電壓時芒篷，電子束中電子的數(shù)目將隨之改變，光點亮度也就改變梭伐。在使用示波器時，不宜讓很亮的光點固定出現(xiàn)在示波管熒光屏一個位置上仰担，否則該點熒光物質(zhì)將因長期受電子沖擊而燒壞，從而失去發(fā)光能力绩社。
涂有不同熒光物質(zhì)的熒光屏摔蓝，在受電子沖擊時將顯示出不同的顏色和不同的余輝時間，通常供觀察一般信號波形用的是發(fā)綠光的贮尉，屬中余輝示波管，供觀察非周期性及低頻信號用的是發(fā)橙黃色光的朴沿，屬長余輝示波管猜谚；供照相用的示波器中赌渣，一般都采用發(fā)藍色的短余輝示波管魏铅。
2.垂直(Y軸)放大電路
由于示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度甚低，所以一般的被測信號電壓都要先經(jīng)過垂直放大電路的放大坚芜，再加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上览芳，以得到垂直方向的適當大小的圖形。
3.水平(X軸)放大電路
由于示波管水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度也很低沧竟，所以接入示波管水平偏轉(zhuǎn)板的電壓（鋸齒波電壓或其它電壓）也要先經(jīng)過水平放大電路的放大以后铸敏，再加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，以得到水平方向適當大小的圖形悟泵。
4.掃描與同步電路
掃描電路產(chǎn)生一個鋸齒波電壓杈笔，該鋸齒波電壓的頻率能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，鋸齒波電壓的作用是使示波管陰極發(fā)出的電子束在熒光屏上形成周期性蒙具、與時間成正比的水平位移，即形成時間基線峰弹，這樣才能把加在垂直方向的被測信號按時間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上店量。
5.電源供給電路
電源供給電路供給垂直與水平放大電路、掃描與同步電路以及示波管與控制電路所需的負高壓鞠呈、燈絲電壓等。
由示波器的原理功能方框圖可見蚁吝，被測信號電壓加到示波器的Y軸輸入端旱爆，經(jīng)垂直放大電路加于示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板。示波管的水平偏轉(zhuǎn)電壓窘茁，雖然多數(shù)情況都采用鋸齒電壓（用于觀察波形時），但有時也采用其它的外加電壓（用于測量頻率山林、相位差等時）房待，因此在水平放大電路輸入端有一個水平信號選擇開關(guān)，以便按照需要選用示波器內(nèi)部的鋸齒波電壓驼抹，或選用外加在X軸輸入端上的其它電壓來作為水平偏轉(zhuǎn)電壓。
此外框冀，為了使熒光屏上顯示的圖形保持穩(wěn)定流椒，要求鋸齒波電壓信號的頻率和被測信號的頻率保持同步。這樣明也，不僅要求鋸齒波電壓的頻率能連續(xù)調(diào)節(jié)宣虾，而且在產(chǎn)生鋸齒波的電路上還要輸入一個同步信號温数。這樣绣硝，對于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始、連續(xù)不斷的鋸齒波）一種狀態(tài)的簡易示波器而言帆吻，需要在其掃描電路上輸入一個與被觀察信號頻率相關(guān)的同步信號域那，以牽制鋸齒波的振蕩頻率。對于具有等待掃描功能（即平時不產(chǎn)生鋸齒波次员，當被測信號來到時才產(chǎn)生一個鋸齒波败许，進行一次掃描）的示波器而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被測信號相關(guān)的觸發(fā)信號淑蔚，使掃描過程與被測信號密切配合。為了適應(yīng)各種需要刹衫，同步（或觸發(fā)）信號可通過同步或觸發(fā)信號選擇開關(guān)來選擇醋寝，通常來源有3個：①從垂直放大電路引來被測信號作為同步（或觸發(fā)）信號，此信號稱為“內(nèi)同步”（或“內(nèi)觸發(fā)”）信號带迟；②引入某種相關(guān)的外加信號為同步（或觸發(fā)）信號，此信號稱為“外同步”（或“外觸發(fā)”）信號仓犬，該信號加在外同步（或外觸發(fā)）輸入端嗅绰；③有些示波器的同步信號選擇開關(guān)還有一檔“電源同步”，是由220V搀继，50Hz電源電壓，通過變壓器次級降壓后作為同步信號叽躯。
簡介波器的內(nèi)部工作模塊和信號顯示過程财边，結(jié)合示波器的五個工作模分別對其原理進行分析。
相關(guān)文獻：
[1] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1701897347498599114&wfr=spider&for=pc
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