示波器的工作原理介绍
示波器的工作原理介绍
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。
一、示波器的工作原理
（一）示波器的组成普通示波器有五个基本组成部分：显示电路、垂直（Y轴）放大电路、水平（X轴）放大电路、扫描与同步电路、电源供给电路。普通示波器的原理功能方框图如图5-1所示。
1．显示电路
显示电路包括示波管及其控制电路两个部分。示波管是一种特殊的电子管，是示波器一个重要组成部分。示波管的基本原理图如图5-2所示。由图可见，示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏3个部分组成。
（1）电子枪
电子枪用于产生并形成高速、聚束的电子流，去轰击荧光屏使之发光。它主要由灯丝F、阴极K、控制极G、第一阳极A1、第二阳极A2组成。除灯丝外，其余电极的结构都为金属圆筒，且它们的轴心都保持在同一轴线上。阴极被加热后，可沿轴向发射电子；控制极相对阴极来说是负电位，改变电位可以改变通过控制极小孔的电子数目，也就是控制荧光屏上光点的亮度。为了提高屏上光点亮度，又不降低对电子束偏转的灵敏度，现代示波管中，在偏转系统和荧光屏之间还加上一个后加速电极A3。
图5-2示波管内部结构示意图
第一阳极对阴极而言加有约几百伏的正电压。在第二阳极上加有一个比第一阳极更高的正电压。穿过控制极小孔的电子束，在第一阳极和第二阳极高电位的作用下，得到加速，向荧光屏方向作高速运动。由于电荷的同性相斥，电子束会逐渐散开。通过第一阳极、第二阳极之间电场的聚焦作用，使电子重新聚集起来并交汇于一点。适当控制第一阳极和第二阳极之间电位差的大小，便能使焦点刚好落在荧光屏上，显现一个光亮细小的圆点。改变第一阳极和第二阳极之间的电位差，可起调节光点聚焦的作用，这就是示波器的“聚焦”和“辅助聚焦”调节的原理。第三阳极是示波管锥体内部涂上一层石墨形成的，通常加有很高的电压，它有三个作用：①使穿过偏转系统以后的电子进一步加速，使电子有足够的能量去轰击荧光屏，以获得足够的亮度；②石墨层涂在整个锥体上，能起到屏蔽作用；③电子束轰击荧光屏会产生二次电子，处于高电位的A3可吸收这些电子。
（2）偏转系统
示波管的偏转系统大都是静电偏转式，它由两对相互垂直的平行金属板组成，分别称为水平偏转板和垂直偏转板。分别控制电子束在水平方向和垂直方向的运动。当电子在偏转板之间运动时，如果偏转板上没有加电压，偏转板之间无电场，离开第二阳极后进入偏转系统的电子将沿轴向运动，射向屏幕的中心。如果偏转板上有电压，偏转板之间则有电场，进入偏转系统的电子会在偏转电场的作用下射向荧光屏的指定位置。
如图5-3所示。如果两块偏转板互相平行，并且它们的电位差等于零，那么通过偏转板空间的，具有速度υ的电子束就会沿着原方向（设为轴线方向）运动，并打在荧光屏的坐标原点上。如果两块偏转板之间存在着恒定的电位差，则偏转板间就形成一个电场，这个电场与电子的运动方向相垂直，于是电子就朝着电位比较高的偏转板偏转。这样，在两偏转板之间的空间，电子就沿着抛物线在这一点上做切线运动。最后，电子降落在荧光屏上的A点，这个A点距离荧光屏原点（0）有一段距离，这段距离称为偏转量，用y表示。偏转量y与偏转板上所加的电压Vy成正比。同理，在水平偏转板上加有直流电压时，也发生类似情况，只是光点在水平方向上偏转。
（3）荧光屏
荧光屏位于示波管的终端，它的作用是将偏转后的电子束显示出来，以便观察。在示波器的荧光屏内壁涂有一层发光物质，因而，荧光屏上受到高速电子冲击的地点就显现出荧光。此时光点的亮度决定于电子束的数目、密度及其速度。改变控制极的电压时，电子束中电子的数目将随之改变，光点亮度也就改变。在使用示波器时，不宜让很亮的光点固定出现在示波管荧光屏一个位置上，否则该点荧光物质将因长期受电子冲击而烧坏，从而失去发光能力。
涂有不同荧光物质的荧光屏，在受电子冲击时将显示出不同的颜色和不同的余辉时间，通常供观察一般信号波形用的是发绿光的，属中余辉示波管，供观察非周期性及低频信号用的是发橙黄色光的，属长余辉示波管；供照相用的示波器中，一般都采用发蓝色的短余辉示波管。
2．垂直（Y轴）放大电路
由于示波管的偏转灵敏度甚低，例如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏转灵敏度为0.86mm/V（约12V电压产生1cm的偏转量），所以一般的被测信号电压都要先经过垂直放大电路的放大，再加到示波管的垂直偏转板上，以得到垂直方向的适当大小的图形。
3．水平（X轴）放大电路
由于示波管水平方向的偏转灵敏度也很低，所以接入示波管水平偏转板的电压（锯齿波电压或其它电压）也要先经过水平放大电路的放大以后，再加到示波管的水平偏转板上，以得到水平方向适当大小的图形。
4．扫描与同步电路
扫描电路产生一个锯齿波电压。该锯齿波电压的频率能在一定的范围内连续可调。锯齿波电压的作用是使示波管阴极发出的电子束在荧光屏上形成周期性的、与时间成正比的水平位移，即形成时间基线。这样，才能把加在垂直方向的被测信号按时间的变化波形展现在荧光屏上。
5．电源供给电路
电源供给电路供给垂直与水平放大电路、扫描与同步电路以及示波管与控制电路所需的负高压、灯丝电压等。
由示波器的原理功能方框图可见，被测信号电压加到示波器的Y轴输入端，经垂直放大电路加于示波管的垂直偏转板。示波管的水平偏转电压，虽然多数情况都采用锯齿电压（用于观察波形时），但有时也采用其它的外加电压（用于测量频率、相位差等时），因此在水平放大电路输入端有一个水平信号选择开关，以便按照需要选用示波器内部的锯齿波电压，或选用外加在X轴输入端上的其它电压来作为水平偏转电压。
此外，为了使荧光屏上显示的图形保持稳定，要求锯齿波电压信号的频率和被测信号的频率保持同步。这样，不仅要求锯齿波电压的频率能连续调节，而且在产生锯齿波的电路上还要输入一个同步信号。这样，对于只能产生连续扫描（即产生周而复始、连续不断的锯齿波）一种状态的简易示波器（如国产SB10型等示波器）而言，需要在其扫描电路上输入一个与被观察信号频率相关的同步信号，以牵制锯齿波的振荡频率。对于具有等待扫描功能（即平时不产生锯齿波，当被测信号来到时才产生一个锯齿波，进行一次扫描）功能的示波器（如国产ST-16型示波器、SR-8型双踪示波器等而言，需要在其扫描电路上输入一个与被测信号相关的触发信号，使扫描过程与被测信号密切配合。为了适应各种需要，同步（或触发）信号可通过同步或触发信号选择开关来选择，通常来源有3个：①从垂直放大电路引来被测信号作为同步（或触发）信号，此信号称为“内同步”（或“内触发”）信号；②引入某种相关的外加信号为同步（或触发）信号，此信号称为“外同步”（或“外触发”）信号，该信号加在外同步（或外触发）输入端；③有些示波器的同步信号选择开关还有一档“电源同步”，是由220V，50Hz电源电压，通过变压器次级降压后作为同步信号。
（二）波形显示的基本原理
由示波管的原理可知，一个直流电压加到一对偏转板上时，将使光点在荧光屏上产生一个固定位移，该位移的大小与所加直流电压成正比。如果分别将两个直流电压同时加到垂直和水平两对偏转板上，则荧光屏上的光点位置就由两个方向的位移所共同决定。
图5-4交流电压与光点位移
如果将一个正弦交流电压加到一对偏转板上时，光点在荧光屏上将随电压的变化而移动。参见图5-4可知，当垂直偏转板上加一个正弦交流电压时，在时间t=0的瞬间，电压为Vo（零值），荧光屏上的光点位置在坐标原点0上，在时间t=1的瞬间，电压为V1（正值），
荧光屏上光点在坐标原点0点上方的1上，位移的大小正比于电压V1；在时间t=2的瞬间，电压为V2（最大正值），荧光屏上的光点在坐标原点0点上方的2点上，位移的距离正比于电压V2；以此类推，在时间t=3，t=4，…，t=8的各个瞬间，荧光屏上光点位置分别为3，4，…，8点。在交流电压的第二个周期、第三个周期……都将重复第一个周期的情况。如果此时加在垂直偏转板上的正弦交流电压之频率很低，仅为lHz～2Hz，那么，在荧光屏上便会看见一个上下移动着的光点。这光点距离坐标原点的瞬时偏转值将与加在垂直偏转板上的电压瞬时值成正比。如果加在垂直偏转板上的交流电压频率在10Hz～20Hz以上，则由于荧光屏的余辉现象和人眼的视觉暂留现象，在荧光屏上看到的就不是一个上下移动的点，而是一根垂直的亮线了。该亮线的长短在示波器的垂直放大增益一定的情况下决定于正弦交流电压峰一峰值的大小。如果在水平偏转板上加一个正弦交流电压，则会产生相类似的情况，只是光点在水平轴上移动罢了。
图5-5锯齿波电压与光点位移
如果将一随时间线性变化的电压（如锯齿波电压）加到一对偏转板上，则光点在荧光屏上又会怎样移动呢？参看图5-5可见，当水平偏转板上有锯齿波电压时，在时间t=0瞬间，电压为Vo（最大负值），荧光屏上光点在坐标原点左侧的起始位置（零点上），位移的距离正比于电压Vo；在时间t=1的瞬间，电压为V1（负值），荧光屏上光点在坐标原点左方的1点上，位移的距离正比于电压V1；以此类推，在时间t=2，t=3，...，t=8的各个瞬间，荧光屏上光点的对应位置是2，3，…，8各点。
在t=8这个瞬间，锯齿波电压由最大正值V8跃变到最大负值Vo，则荧光屏上光点从8点极其迅速地向左移到起始位置零点。如果锯齿波电压是周期性的，则在锯齿波电压的第二个周期、第三个周期、……都将重复第一个周期的情形。如果此时加在水平偏转板上的锯齿波电压频率很低，仅为1Hz～2Hz，在荧光屏上便会看见光点自左边起始位置零点向右边8点处匀速地移动，随后光点又从右边8点处极其迅速地移动到左边起始位置零点。上述这个过程称为扫描。在水平轴加有周期性锯齿波电压时，扫描将周而复始地进行下去。光点距离起始位置零点的瞬时值，将与加在偏转板上的电压瞬时值成正比。如果加在偏转板上的锯齿波电压频率在10Hz～20Hz以上，则由于荧光屏的余辉现象和人眼的视觉暂留现象，就看到一根水平亮线，该水平亮线的长度，在示波器水平放大增益一定的情况下决定于锯齿波电压值，锯齿波电压值是与时间变化成正比的，而荧光屏上光点的位移又是与电压值成正比的，因此荧光屏上的水平亮线可以代表时间轴。在此亮线上的任何相等的线段都代表相等的一段时间。
图5-6正弦信号和锯齿波信号在荧光屏上的合成图形
如果将被测信号电压加到垂直偏转板上，锯齿波扫描电压加到水平偏转板上，而且被测信号电压的频率等于锯齿波扫描电压的频率，则荧光屏上将显示出一个周期的被测信号电压随时间变化的波形曲线（如图5-6所示）。由图5-6所示可见，在时间t=0的瞬间，信号电压为Vo（零值），锯齿波电压为V0′（负值），荧光屏上光点在坐标原点左面，位移的距离正比于电压V0′；在时间t=1的瞬间，交流电压为V1（正值），锯齿波电压为V1′（负值），荧光屏上光点在坐标的第Ⅱ象限中。同理，在时间t=2，t=3，…，t=8的瞬间，荧光屏上光点分别位于2，3，…，8点。在t=8瞬间，锯齿波电压由最大正值V8′跳变到最大负V0′，
因而荧光屏上的光点也从8点极其迅速地向左移到起始位置0点。以后，在被测周期信号的第二个周期、第三个周期……都重复第一个周期的情形，光点在荧光屏上描出的轨迹也都重叠在第一次描出的轨迹上。所以，荧光屏上显示出来的被测信号电压是随时间变化的稳定波形曲线。
若被测信号电压的频率等于锯齿波电压频率整数倍数时，则荧光屏上将显示出周期为整数的被测信号稳定波形。而当被测信号电压的频率与锯齿波电压的频率不成整数倍数时，则荧光屏上不能获得稳定的波形，如图5-7所示。在图5-7中，第一次扫描时，屏上显示的是0～1这段波形曲线；第二次扫描时，屏上显示1～2这段波形曲线；第三次扫描时，屏上显示2～3这段波形曲线；……可见，每次荧光屏上显示的波形曲线都不同，所以图形不稳定。
由上述可见，为使荧光屏上的图形稳定，被测信号电压的频率应与锯齿波电压的频率保持整数比的关系，即同步关系。为了实现这一点，就要求锯齿波电压的频率连续可调，以便适应观察各种不同频率的周期信号。其次，由于被测信号频率和锯齿波振荡信号频率的相对不稳定性，即使把锯齿波电压的频率临时调到与被测信号频率成整倍数关系，也不能使图形一直保持稳定。因此，示波器中都设有同步装置。也就是在锯齿波电路的某部分加上一个同步信号来促使扫描的同步，对于只能产生连续扫描（即产生周而复始连续不断的锯齿波）一种状态的简易示波器（如国产SB-10型示波器等）而言，需要在其扫描电路上输入一个与被观察信号频率相关的同步信号，当所加同步信号的频率接近锯齿波频率的自主振荡频率（或接近其整数倍）时，就可以把锯齿波频率“拖入同步”或“锁住”。
对于具有等待扫描（即平时不产生锯齿波，当被测信号来到时才产生一个锯齿波进行一次扫描）功能的示波器（如国产ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型双踪示波器等等）而言，需要在其扫描电路上输入一个与被测信号相关的触发信号，使扫描过程与被测信号密切配合。这样，只要按照需要来选择适当的同步信号或触发信号，便可使任何欲研究的过程与锯齿波扫描频率保持同步。
（三）双线、双踪示波的显示原理
在电子实践技术过程中，常常需要同时观察两种（或两种以上）信号随时间变化的过程。并对这些不同信号进行电参量的测试和比较。为了达到这个目的，人们在应用普通示波器原理的基础上，采用了以下两种同时显示多个波形的方法：一种是双线（或多线）示波法；另一种是双踪（或多踪）示波法。应用这两种方法制造出来的示波器分别称为双线（或多线）示波器和双踪（或多踪）示波器。
1．双线（或多线）示波
双线（或多线）示波器是采用双枪（或多枪）示波管来实现的。下面以双枪示波管为例加以简单说明。双枪示波管有两个互相独立的电子枪产生两束电子。另有两组互相独立的偏转系统，它们各自控制一束电子作上下、左右的运动。荧光屏是共用的，因而屏上可以同时显示出两种不同的电信号波形，双线示波也可以采用单枪双线示波管来实现。这种示波管只有一个电子枪，在工作时是依靠特殊的电极把电子分成两束。然后，由管内的两组互相独立的偏转系统，分别控制两束电子上下、左右运动。荧光屏是共用的，能同时显示出两种不同的电信号波形。由于双线示波管的制造工艺要求高，成本也高，所以应用并不十分普遍。
2．双踪（或多踪）示波
双踪（或多踪）示波是在单线示波器的基础上，增设一个专用电子开关，用它来实现两种（或多种）波形的分别显示。由于实现双踪（或多踪）示波比实现双线（或多线）示波来得简单，不需要使用结构复杂、价格昂贵的“双腔”或“多腔”示波管，所以双踪（或多踪）示波获得了普遍的应用。
（1）双踪示波的显示原理
图5-8（a）是双踪示波法基本原理的示意图。图中，电子开关K的作用是使加在示波管垂直偏转板上的两种信号电压作周期性转换。例如，在0～1这段时间里，电子开关K与信号通道A接通，这时在荧光屏上显示出信号UA的一段波形；在1～2这段时间里，电子开关K与信号通道B接通，这时在荧光屏上显现出信号UB的一段波形；在2～3这段时间里，荧光屏上再一次显示出信号UA的一段波形；在3～4这段时间里，荧光屏上将再一次显示出UB的一段波形……。这样，两个信号在荧光屏上虽然是交替显示的，但由于人眼的视觉暂留现象和荧光屏的余辉（高速电子在停止冲击荧光屏后，荧光屏上受冲击处仍保留一段发光时间）现象，就可在荧光屏上同时看到两个被测信号波形（图5-8（b）所示）。
图5-8双踪示波器基本原理
为了保持荧光屏显示出来的两种信号波形稳定，则要求被测信号频率、扫描信号频率与电子开关的转换频率三者之间必须满足一定的关系。
首先，两个被测信号频率与扫描信号频率之间应该是成整数比的关系，也就是要求“同步”。
这一点与单线示波器的原理是相同的，只是现在的被测信号是两个，而扫描电压是一个。在实际应用中，需要观察和比较的两个信号常常是互相有内在联系的，所以上述的同步要求一般是容易满足的。
为了使荧光屏上显示的两个被测信号波形都稳定，除满足上述要求外，还必须合理地选择电子开关的转换频率，使得在示波器上所显示的波形个数合适，以便于观察。下面谈谈电子开关的工作方式问题，这个问题与电子开关的转换频率有关。
电子开关的工作方式有“交替”转换和“断续”转换两种。
图5-9是电子开关“交替”转换工作方式的波形示意图。在0～1时间内，电子开关与通道A接通，加在X轴上的扫描信号开始进行第一个正程扫描，此时荧光屏上将显现出信号UA的波形；在完成UA波形显示后，扫描电压迅速回扫；在1～2时间内，电子开关K与通道B接通，X轴上的扫描信号开始进行第二个正程扫描，荧光屏上将显示出信号UB的波形；在2～3时间内，荧光屏上再一次显示出信号UA的波形；在3～4时间内，荧光屏上再一次显示出信号UB的波形……。由此可见，被测信号UA、UB的波形是依次、交替地出现在荧光屏上的，荧光屏上显示的波形如图5-9（b）所示。显然，此时电子开关的转换与X 轴的扫描始终保持着一致的步调，即电子开关的转换频率等于X轴扫描信号的频率。图5-9（b）中的虚线实际上是看不见的。
图5-10采用“断续”转换
图5-9采用“交替”转换方式的波形示意图方式的波形示意图
采用交替转换工作方式的显示的波形与双线示波法所显示的波形非常相似，它们都没有间断点。但由于被测信号UA、UB的波形是依次交替地出现在荧光屏上的，所以，如果交替的间隙时间超过了人眼的视觉暂留时间和荧光屏的余辉时间，则人们所看到的荧光屏上的波形就会有闪烁现象。为了避免这种情况的出现，就要求电子开关有足够高的转换频率。这就是说当被测信号的频率较低时，不宜采用交替转换工作方式，而应采用断续转换工作方式。
当电子开关用断续转换工作方式时，在X轴扫描的每一个过程中，电子开关都以足够高的转换频率，分别对所显示的每个被测信号进行多次取样。这样，即使被测信号频率较低，也可避免出现波形的闪烁现象。同时，由于在一次扫描的过程中，光点在两个图形上交换的次数极多，所以图形上的细小断裂痕迹不显著，并不妨碍对波形细节的观察。图5-10是电于开关采用断续转换方式时的波形示意图。实际上，由于开关的转换频率选得远大于X轴扫描频率，所以荧光屏上显示的图形不会是图5-10所示的断续图形，而是连续的图形。图中垂直方向的细虚线表示了电子开关的转换过程。因在转换过程中示波器电路的设置使电子束截止，所以图中所示的垂直细虚线实际上也是不可见的。
在了解上述用电子开关来实现双踪示波的原理后，就不难联想到用环形计数器来实现多踪示波的原理。由于两者的显示原理相似，这里就不再赘述。
（2）双踪示波器的基本组成
图5-11是双踪示波器的原理功能方框图。由图可见，它主要是由两个通道的Y轴前置放大电路、门控电路、电子开关、混合电路、延迟电路、Y轴后置放大电路、触发电路、扫描电路、X轴放大电路、Z轴放大电路、校准信号电路、示波管和高低压电源供给电路等组成。
观察信号波形时，被测信号uA，uB通过YA，YB两个输入端输入示波器，先分别送到Y轴前置放大电路YA和YB进行放大。因通道YA和通道YB都受电子开关的控制，所以uA，uB 两信号轮换着输送到后面的混合电路，加到示波管的垂直偏转板上。
为了适应各种不同的测试需要，电子开关可有五种不同的工作状态，即交替、YA、YB、YA+YB、断续等。这5种工作状态由显示方式开关来控制。
当显示方式开关置于交替位置时，电子开关为一双稳态电路。它受由扫描电路来的闸门信号控制，使得Y轴两个前置通道随着扫描电路门信号的变化而交替地工作。每秒钟交替转换次数与由扫描电路产生的扫描信号的重复频率有关。交替工作状态适用于观察频率不太低的被测信号。
图5-11双踪示波器的原理功能方框图
当显示方式开关置于YA或YB位置时，电子开关为一单稳态电路。前置放大电路YA或YB可单独工作，此时，双踪示波器可作为普通单线示波器使用。
当显示方式开关置于YA+YB位置时，电子开关处于不工作状态。此时，YA、YB两通道同时工作，因而可得到两信号相加或两信号相减的显示。然而，两信号究竟是相加还是相减，这要通过YA通道的极性作用开关来选择。这个开关有两个位置，在第一个位置时，荧光屏上的图形为两信号之和；在第二个位置（-YA）时，荧光屏上的图形为两信号之差。
为了观察被测信号随时间变化的波形，示波管的水平偏转板上必须加以线性扫描电压（锯齿波电压）。这个扫描电压是由扫描电路产生的。当触发信号加到触发电路时，触发了扫描电路，扫描电路就产生相应的扫描信号；当不加触发信号时，扫描电路就不产生扫描信号。
触发有内触发、外触发两种，由触发选择开关来选择。当该开关置于内的位置时，触发信号来自经Y轴通道送入的被测信号。当该开关置于外的位置时，触发信号是由外部送入的。这个信号应与被测信号的频率成整数比的关系。示波器在使用中，多数采用内触发工作方式。
所谓内触发也分为两种情况，并由内触发选择开关控制。当开关置于常态的位置时，触发电路的触发信号来自YA，YB通道。此时，两个通道即可同时稳定地显示出各自的被测信号。当用双踪显示来作时间比较分析时，就应该将内触发选择开关置于YB的位置。在这个位置时，触发电路的触发信号只取自YB通道的输入信号。此时只有当uA，uB的频率成整数比时，荧光屏上才能同时稳定地显示两个波形。
扫描电路产生的扫描信号（锯齿波信号），通过X轴选择开关接到X轴放大电路，经放大后送到示波管的X轴偏转板。这就是通常在观察信号随时间变化的波形时，开关选扫描档的情况。除上述情况外，用示波器进行其它测试（比如观察李沙育图形）时，开关置X外接档，此时可将X轴输入端输入的信号，加到X轴放大电路进行放大，随后再送至X轴偏转板。
Z轴放大电路对荧光屏上光点辉度起着调节的作用，抹去不必要显示的光点轨迹。当扫描电路闸门信号来到Z轴放大电路，Z轴放大电路便输出正向的增辉脉冲信号，加至示波管的控制极。
这就是说，在扫描信号的过程中，荧光屏上的光点得以增辉；在电子开关的转换过程中，电子开关电路将输出脉冲信号也加至Z轴放大电路，此时Z轴放大电路便输出负向脉冲信号，加至示波管的控制极。这样，在电子开关的转换过程中，就消去了两个通道交替工作时的过渡光点，以提高显示波形的清晰度。
校正信号电路产生一个一定频率、一定幅度的矩形信号（如国产SR-8型两踪示波器的校正信号是频率为lkHz、幅度为1V）。它是作校正Y轴放大电路的灵敏度和X轴的扫描速度之用的。
高、低压电源供给电路中的低压是供给示波器各级所需的低压电源的，高压是供给示波
管显示系统电源的。
二、示波器的使用方法
示波器虽然分成好几类，各类又有许多种型号，但是一般的示波器除频带宽度、输入灵敏度等不完全相同外，在使用方法的基本方面都是相同的。本章以SR-8型双踪示波器为例介绍。
（一）面板装置
SR-8型双踪示波器的面板图如图5-12所示。其面板装置按其位置和功能通常可划分为3大部分：显示、垂直（Y轴）、水平（X轴）。现分别介绍这3个部分控制装置的作用。
1．显示部分主要控制件为：
（1）电源开关。
（2）电源指示灯。
（3）辉度调整光点亮度。
（4）聚焦调整光点或波形清晰度。
（5）辅助聚焦配合“聚焦”旋钮调节清晰度。
（6）标尺亮度调节坐标片上刻度线亮度。
（7）寻迹当按键向下按时，使偏离荧光屏的光点回到显示区域，而寻到光点位置。
（8）标准信号输出1kHz、1V方波校准信号由此引出。加到Y轴输入端，用以校准Y 轴输入灵敏度和X轴扫描速度。
2．Y轴插件部分
（1）显示方式选择开关用以转换两个Y轴前置放大器YA与YB工作状态的控制件，具有五种不同作用的显示方式：
“交替”：当显示方式开关置于“交替”时，电子开关受扫描信号控制转换，每次扫描都轮流接通YA或YB信号。当被测信号的频率越高，扫描信号频率也越高。电
子开关转换速率也越快，不会有闪烁现象。这种工作状态适用于观察两个工作频率较高的信号。
“断续”：当显示方式开关置于“断续”时，电子开关不受扫描信号控制，产生频率固
定为200kHz方波信号，使电子开关快速交替接通YA和YB。由于开关动作频率高于被测信号频率，因此屏幕上显示的两个通道信号波形是断续的。当被测信号频率较高时，断续现象十分明显，甚至无法观测；当被测信号频率较低时，断续现象被掩盖。
因此，这种工作状态适合于观察两个工作频率较低的信号。
“YA”、“YB”：显示方式开关置于“YA”或者“YB”时，表示示波器处于单通道工作，此时示波器的工作方式相当于单踪示波器，即只能单独显示“YA”或“YB”通道的信号波形。
“YA+YB”：显示方式开关置于“YA+YB”时，电子开关不工作，YA与YB两路信号均通过放大器和门电路，示波器将显示出两路信号叠加的波形。
（2）“DC-⊥-AC”Y轴输入选择开关，用以选择被测信号接至输入端的耦合方式。置于“DC”是直接耦合，能输入含有直流分量的交流信号；置于“AC”位置，实现交流耦合，只能输入交流分量；置于“⊥”位置时，Y轴输入端接地，这时显示的时基线一般用来作为测试直流电压零电平的参考基准线。
（3）“微调V/div”灵敏度选择开关及微调装置。灵敏度选择开关系套轴结构，黑色旋钮是Y轴灵敏度粗调装置，自10mv/div～20v/div分11档。红色旋钮为细调装置，顺时针方向增加到满度时为校准位置，可按粗调旋钮所指示的数值，读取被测信号的幅度。当此旋钮反时针转到满度时，其变化范围应大于2.5倍，连续调节“微调”电位器，可实现各档级之间的灵敏度覆盖，在作定量测量时，此旋钮应置于顺时针满度的“校准”位置。
（4）“平衡”当Y轴放大器输入电路出现不平衡时，显示的光点或波形就会随“V/div”开关的“微调”旋转而出现Y轴方向的位移，调节“平衡”电位器能将这种位移减至最小。
（5）“↑↓”Y轴位移电位器，用以调节波形的垂直位置。
（6）“极性、拉YA”YA通道的极性转换按拉式开关。拉出时YA通道信号倒相显示，即显示方式（YA+YB）时，显示图像为YB-YA。
（7）“内触发、拉YB”触发源选择开关。在按的位置上（常态)扫描触发信号分别取自YA及YB通道的输入信号，适应于单踪或双踪显示，但不能够对双踪波形作时间比较。当把开关拉出时，扫描的触发信号只取自于YB通道的输入信号，因而它适合于双踪显示时对比两个波形的时间和相位差。
（8）Y轴输入插座采用BNC型插座，被测信号由此直接或经探头输入。
3．X轴插件部分
（1）“t/div”扫描速度选择开关及微调旋钮。X轴的光点移动速度由其决定，从0.2μs～1s共分21档级。当该开关“微调”电位器顺时针方向旋转到底并接上开关后，即为“校准”位置，此时“t/div”的指示值，即为扫描速度的实际值。
（2）“扩展、拉×10”扫描速度扩展装置。是按拉式开关，在按的状态作正常使用，拉
的位置扫描速度增加10倍。“t/div”的指示值，也应相应计取。采用“扩展拉×10”适于观察波形细节。
（3）“→←”X轴位置调节旋钮。系X轴光迹的水平位置调节电位器，是套轴结构。外圈旋钮为粗调装置，顺时针方向旋转基线右移，反时针方向旋转则基线左移。
置于套轴上的小旋钮为细调装置，适用于经扩展后信号的调节。
（4）“外触发、X外接”插座采用BNC型插座。在使用外触发时，作为连接外触发信号的插座。也可以作为X轴放大器外接时信号输入插座。其输入阻抗约为1MΩ。外接使用时，输入信号的峰值应小于12V。
（5）“触发电平”旋钮触发电平调节电位器旋钮。用于选择输入信号波形的触发点。具体地说，就是调节开始扫描的时间，决定扫描在触发信号波形的哪一点上被触发。顺时针方向旋动时，触发点趋向信号波形的正向部分，逆时针方向旋动时，触发点趋向信号波形的负向部分。
（6）“稳定性”触发稳定性微调旋钮。用以改变扫描电路的工作状态，一般应处于待触发状态。调整方法是将Y轴输入耦合方式选择（AC-地-DC）开关置于地档，将V/div开关置于最高灵敏度的档级，在电平旋钮调离自激状态的情况下，用小螺丝刀将稳定度电位器顺时针方向旋到底，则扫描电路产生自激扫描，此时屏幕上出现扫描线；然后逆时针方向慢慢旋动，使扫描线刚消失。此时扫描电路即处于待触发状态。在这种状态下，用示波器进行测量时，只要调节电平旋钮，即能在屏幕上获得稳定的波形，并能随意调节选择屏幕上波形的起始点位置。少数示波器，当稳定度电位器逆时针方向旋到底时，屏幕上出现扫描线；然后顺时针方向慢慢旋动，使屏幕上扫描线刚消失，此时扫描电路即处于待触发状态。
（7）“内、外”触发源选择开关。置于“内”位置时，扫描触发信号取自Y轴通道的被测信号；置于“外”位置时，触发信号取自“外触发X外接”输入端引入的外触发信号。
（8）“AC”“AC（H）”“DC”触发耦合方式开关。“DC”档，是直流藕合状态，适合于变化缓慢或频率甚低（如低于100Hz）的触发信号。“AC”档，是交流藕合状态，由于隔断了触发中的直流分量，因此触发性能不受直流分量影响。“AC（H）”档，是低频抑制的交流耦合状态，在观察包含低频分量的高频复合波时，触发信号通过高通滤波器进行耦合，抑制了低频噪声和低频触发信号（2MHz以下的低频分量），免除因误触发而造成的波形幌动。
（9）“高频、常态、自动”触发方式开关。用以选择不同的触发方式，以适应不同的被测信号与测试目的。“高频”档，频率甚高时（如高于5MHz），且无足够的幅度使触发稳定时，选该档。此时扫描处于高频触发状态，由示波器自身产生的高频信号（200kHz信号），对被测信号进行同步。不必经常调整电平旋钮，屏幕上即能显示稳定的波形，操作方便，有利于观察高频信号波形。“常态”档，采用来自Y轴或外接触发源的输入信号进行触发扫描，是常用的触发扫描方式。“自动”挡，扫描处于自动状态（与高频触发方式相仿），但不必调整电平旋钮，也能观察到稳定的波形，操作方便，有利于观察较低频率的信号。
（10）“＋、－”触发极性开关。在“＋”位置时选用触发信号的上升部分，在“－”位置时选用触发信号的下降部分对扫描电路进行触发。
（二）使用前的检查、调整和校准
示波器初次使用前或久藏复用时，有必要进行一次能否工作的简单检查和进行扫描电路稳定度、垂直放大电路直流平衡的调整。
示波器在进行电压和时间的定量测试时，还必须进行垂直放大电路增益和水平扫描速度的校准。示波器能否正常工作的检查方法、垂直放大电路增益和水平扫描速度的校准方法，由于各种型号示波器的校准信号的幅度、频率等参数不一样，因而检查、校准方法略有差异。
（三）使用步骤
用示波器能观察各种不同电信号幅度随时间变化的波形曲线，在这个基础上示波器可以应用于测量电压、时间、频率、相位差和调幅度等电参数。下面介绍用示波器观察电信号波形的使用步骤。
1．选择Y轴耦合方式
根据被测信号频率的高低，将Y轴输入耦合方式选择“AC-地-DC”开关置于AC或DC。
2．选择Y轴灵敏度
根据被测信号的大约峰-峰值（如果采用衰减探头，应除以衰减倍数；在耦合方式取DC 档时，还要考虑叠加的直流电压值），将Y轴灵敏度选择V/div开关（或Y轴衰减开关）置于适当档级。实际使用中如不需读测电压值，则可适当调节Y轴灵敏度微调（或Y轴增益）旋钮，使屏幕上显现所需要高度的波形。
3．选择触发（或同步）信号来源与极性
通常将触发（或同步）信号极性开关置于“+”或“-”档。
4．选择扫描速度
根据被测信号周期（或频率）的大约值，将X轴扫描速度t/div（或扫描范围）开关置于适当档级。实际使用中如不需读测时间值，则可适当调节扫速t/div微调（或扫描微调）旋钮，使屏幕上显示测试所需周期数的波形。如果需要观察的是信号的边沿部分，则扫速t/div开关应置于最快扫速档。
5．输入被测信号
被测信号由探头衰减后（或由同轴电缆不衰减直接输入，但此时的输入阻抗降低、输入电容增大），通过Y轴输入端输入示波器。
现象
原因
一、没有光点或波形
电源未接通。
辉度旋钮未调节好。
X，Y轴移位旋钮位置调偏。
Y轴平衡电位器调整不当，造成直流放大电路严重失衡。
二、水平方向展不开
触发源选择开关置于外档，且无外触发信号输入，则无锯齿波产生。
电平旋钮调节不当。
稳定度电位器没有调整在使扫描电路处于待触发的临界状态。
X轴选择误置于X外接位置，且外接插座上又无信号输入。
两踪示波器如果只使用A通道（B通道无输入信号），而内触发开关置于拉YB位置，则无锯齿波产生。
三、垂直方向无展示
输入耦合方式DC-接地-AC开关误置于接地位置。
输入端的高、低电位端与被测电路的高、低电位端接反。
输入信号较小，而V/div误置于低灵敏度档。
四、波形不稳定。
稳定度电位器顺时针旋转过度，致使扫描电路处于自激扫描状态（未处于待触发的临界状态）。
触发耦合方式AC、AC（H）、DC开关未能按照不同触发信号频率正确选择相应档级。
选择高频触发状态时，触发源选择开关误置于外档（应置于内档。）
部分示波器扫描处于自动档（连续扫描）时，波形不稳定。
五、垂直线条密集或呈现一矩形
t/div开关选择不当，致使f扫描＜＜f信号。
六、水平线条密集或呈一条倾斜水平线
t/div关选择不当，致使f扫描＞＞f信号。
七、垂直方向的电压读数不准
未进行垂直方向的偏转灵敏度（v/div）校准。
进行v/div校准时，v/div微调旋钮未置于校正位置（即顺时针方向未旋足）。
进行测试时，v/div微调旋钮调离了校正位置（即调离了顺时针方向旋足的位置）。
使用l0：1衰减探头，计算电压时未乘以10倍。
被测信号频率超过示波器的最高使用频率，示波器读数比实际值偏小。
测得的是峰-峰值，正弦有效值需换算求得。
八、水平方向的读数不准
未进行水平方向的偏转灵敏度（t/div）校准。
进行t/div校准时，t/div微调旋钮未置于校准位置（即顺时针方向未旋足）。
进行测试时，t/div微调旋钮调离了校正位置（即调离了顺时针方向旋足的位置）。
扫速扩展开关置于拉（×10）位置时，测试未按t/div开关指示值提高灵敏度10倍计算。
九、交直流叠加信号的直流电压值分辨不清
Y轴输入耦合选择DC-接地-AC开关误置于AC档（应置于DC档）。
测试前未将DC-接地-AC开关置于接地档进行直流电平参考点校正。
Y轴平衡电位器未调整好。
十、测不出两个信号间的相位差（波形显示法）
双踪示波器误把内触发（拉YB）开关置于按（常态）位置应把该开关置于拉YB位置。
双踪示波器没有正确选择显示方式开关的交替和断续档。
单线示波器触发选择开关误置于内档。
单线示波器触发选择开关虽置于外档，但两次外触发未采用同一信号。
十一、调幅波形失常
t/div开关选择不当，扫描频率误按调幅波载波频率选择（应按音频调幅信号频率选择）。
十二、波形调不到要求的起始时间和部位
稳定度电位器未调整在待触发的临界触发点上。
触发极性（+、-）与触发电平（+、-）配合不当。
触发方式开关误置于自动档（应置于常态档）。
6．触发（或同步）扫描
缓缓调节触发电平（或同步）旋钮，屏幕上显现稳定的波形，根据观察需要，适当调节电平旋钮，以显示相应起始位置的波形。
如果用双踪示波器观察波形，作单踪显示时，显示方式开关置于YA或YB。被测信号通过YA或YB输入端输入示波器。Y轴的触发源选择“内触发一拉YB”开关置于按（常态）位置。若示波器作两踪显示时，显示方式开关置于交替档（适用于观察频率不太低的信号），或断续档（适用于观察频率不太高的信号），此时Y轴的触发源选择“内触发-拉YB”开关置“拉YB”档。
（四）使用不当造成的异常现象
示波器在使用过程中，往往由于操作者对于示波原理不甚理解和对示波器面板控制装置的作用不熟悉，会出现由于调节不当而造成异常现象。现把示波器使用过程中，常见的由于使用不当而造成的异常现象及其原因罗列于表5-1中，供示波器使用者参考。
三、示波器的测试应用
（一）电压的测量
利用示波器所做的任何测量，都是归结为对电压的测量。示波器可以测量各种波形的电压幅度，既可以测量直流电压和正弦电压，又可以测量脉冲或非正弦电压的幅度。更有用的是它可以测量一个脉冲电压波形各部分的电压幅值，如上冲量或顶部下降量等。这是其他任何电压测量仪器都不能比拟的。
1．直接测量法
所谓直接测量法，就是直接从屏幕上量出被测电压波形的高度，然后换算成电压值。定量测试电压时，一般把Y轴灵敏度开关的微调旋钮转至“校准”位置上，这样，就可以从“V/div”的指示值和被测信号占取的纵轴坐标值直接计算被测电压值。所以，直接测量法又称为标尺法。
（1）交流电压的测量
将Y轴输入耦合开关置于“AC”位置，显示出输入波形的交流成分。
如交流信号的频率很低时，则应将Y轴输入耦合开关置于“DC”位置。
将被测波形移至示波管屏幕的中心位置，用“V/div”开关将被测波形控制在屏幕有效工作面积的范围内，按坐标刻度片的分度读取整个波形所占Y轴方向的度数H，则被测电压的峰-峰值VP-P可等于“V/div”开关指示值与H的乘积。如果使用探头测量时，应把探头的衰减量计算在内，即把上述计算数值乘10。
例如示波器的Y轴灵敏度开关“V/div”位于0.2档级，被测波形占Y轴的坐标幅度H为5div，则此信号电压的峰-峰值为1V。如是经探头测量，仍指示上述数值，则被测信号电压的峰-峰值就为10V。
（2）直流电压的测量
将Y轴输入耦合开关置于“地”位置，触发方式开关置“自动”位置，使屏幕显示一水平扫描线，此扫描线便为零电平线。
将Y轴输入耦合开关置“DC”位置，加入被测电压，此时，扫描线在Y轴方向产生跳变位移H，被测电压即为“V/div”开关指示值与H的乘积。
直接测量法简单易行，但误差较大。产生误差的因素有读数误差、视差和示波器的系统误差（衰减器、偏转系统、示波管边缘效应）等。
2．比较测量法
比较测量法就是用一已知的标准电压波形与被测电压波形进行比较求得被测电压值。
将被测电压Vx输入示波器的Y轴通道，调节Y轴灵敏度选择开关“V/div”及其微调旋钮，使荧光屏显示出便于测量的高度Hx并做好记录，且“V/div”开关及微调旋钮位置保持不变。去掉被测电压，把一个已知的可调标准电压Ｖs输入Ｙ轴，调节标准电压的输出幅度，使它显示与被测电压相同的幅度。此时，标准电压的输出幅度等于被测电压的幅度。比较法测量电压可避免垂直系统引起和误差，因而提高了测量精度。
（二）时间的测量
示波器时基能产生与时间呈线性关系的扫描线，因而可以用荧光屏的水平刻度来测量波形的时间参数，如周期性信号的重复周期、脉冲信号的宽度、时间间隔、上升时间（前沿）和下降时间（后沿）、两个信号的时间差等等。
将示波器的扫速开关“t/div”的“微调”装置转至校准位置时，显示的波形在水平方向刻度所代表的时间可按“t/div”开关的指示值直读计算，从而较准确地求出被测信号的时间参数。
（三）相位的测量
利用示波器测量两个正弦电压之间的相位差具有实用意义，用计数器可以测量频率和时间，但不能直接测量正弦电压之间的相位关系。利用示波器测量相位的方法很多，下面，仅介绍几种常用的简单方法。
1．双踪法
双踪法是用双踪示波器在荧光屏上直接比较两个被测电压的波形来测量其相位关系。测量时，将相位超前的信号接入YB通道，另一个信号接入YA通道。选用YB触发。
调节“t/div”开关，使被测波形的一个周期在水平标尺上准确地占满8div，这样，一个周期的相角360°被8等分，每1div相当于45°。读出超前波与滞后波在水平轴的差距T，按下式计算相位差φ：
φ=45°/div×T（div）
如T==1.5div，则φ=45°/div×1.5div=67.5°
2．李沙育图形法测相位
将示波器的X轴选择置于X轴输入位置，将信号u1接入示波器的Y轴输入端，信号u2接入示波器的X轴输入端。适当调节示波器面板上相关旋钮，使荧光屏上显现一个大小适宜的椭圆（在特殊情况下，可能是一个正圆或一根斜线）。
形成椭圆的原理如图5-13所示。
由图可见，设Y轴偏转板上的信号u1导前于X轴偏转板上的信号u21/8周期，设u2的初相为零，即φ2=0，因此当u2为零时，u1为一个较大的值。如图中的“0”点。此时，荧光屏上的光点也相应地位于“0”点。随着时间的变化，u1上升，u2也上升，则荧光屏上的光点向右上方移动。当经1/8周期后，u1、u2分别到达“1”点，此时u1到达最大值，u2为一个较大的值，荧光屏上的光点位于相应的“1”。如此继续下去，荧光屏上的光点将描出一个顺时针旋转的椭圆。如果u1滞后于u2则形成一个逆时针旋转的椭圆。当然，这只有在信号频率很低时（如几赫兹），且在短余辉的荧光屏上便会清楚地看到荧光屏上的光点顺时针或逆时针旋转的现象。由上述可见椭圆的形状是随两个正弦信号电压u1、u2相位差的不同而不同。因此可以根据椭圆的形状确定两个正弦信号之间的相位差Δφ。在图5-13中设A是椭圆与Y轴交点的纵坐标，B是椭圆上各点坐标的最大值。由图可见，A是对应于t=0
时u1的瞬时电压，即
A=Um1sinφ1
B是对应于u1的幅值，即
B=Um1
于是A/B=（Um1sinφ1）/Um1=sinφ1
且由于假设φ2=0，所以
Δφ=φ1-φ2=φ1
由此可得
Δφ=φ1=arcsin（A/B）
同理，相位差Δφ也可用式
Δφ=φ1=arcsin（C/D）
来表示。在实际测试中为读数方便，常读取2A，2B（或2C，2D），按式
Δφ=arcsin（2A/2B）或Δφ=arcsin（2C/2D）
来计算相位差。
图5-14所示的各种图形分别表示正弦信号电压在不同相位差时的情况。不难看出，如果椭圆的主轴在第1和第3象限内，则相位差在0°～90°或270°～360°之间；如果主轴在第2和第4象限内，相位差在90°～180°或180°～270°之间。
图5-14不同相位差时的图形
（四）频率的测量
用示波器测量信号频率的方法很多，下面介绍常用的两种基本方法。
1．周期法
对于任何周期信号，可用前述的时间间隔的测量方法，先测定其每个周期的时间T，再用下式求出频率f：f=1/T
例如示波器上显示的被测波形，一周期为8div，“t/div”开关置“1μs”位置，其“微
调”置“校准”位置。则其周期和频率计算如下：
T=1us/div×8div=8us
f=1/8us=125kHz
所以，被测波形的频率为125kHz。
2．李沙育图形法测频率
将示波器置X-Y工作方式，被测信号输入Y轴，标准频率信号输入“X外接”，慢慢改变标准频率，使这两个信号频率成整数倍时，例如fx:
fy=1:2，则在荧光屏上会形成稳定的李沙育图形。
李沙育图形的形状不但与两个偏转电压的相位有关，而且与两个偏转电压的频率也有关。用描迹法可以画出ux与uy的各种频率比、不同相位差时的李沙育图形，几种不同频率比的李沙育图形如图5-15所示。
利用李沙育图形与频率的关系，可进行准确的频率比较来测定被测信号的频率。其方法是分别通过李沙育图形引水平线和垂直线，所引的水平线垂直线不要通过图形的交叉点或与其相切。若水平线与图形的交点数为m，垂直线与图形的交点数n，则
fy/fx=m/n
当标准频率fx（或fy）为已知时，由上式可以求出被测信号频率fy（或fx）。显然，在实际测试工作中，用李沙育图形进行频率测试时，为了使测试简便正确，在条件许可的情况下，通常尽可能调节已知频率信号的频率，使荧光屏上显示的图形为圆或椭圆。这时被测信号频率等于已知信号频率。
图5-16常用频率比的李沙育图形
由于加到示波器上的两个电压相位不同，荧光屏上图形会有不同的形状，但这对确定未知频率并无影响。
李沙育图形法测量频率是相当准确的，但操作较费时。同时，它只适用于测量频率较低的信号。
示波器原理及其应用分析解析
示波器原理及其应用 示波器介绍 示波器的作用 示波器属于通用的仪器，任一个硬件工程师都应该了解示波器的工作原理并能够熟练使用示波器，掌握示波器是对每个硬件工程师的基本要求。 示波器是用来显示波形的仪器，显示的是信号电压随时间的变化。因此，示波器可以用来测量信号的频率，周期，信号的上升沿/下降沿，信号的过冲，信号的噪声，信号间的时序关系等等。 在示波器显示屏上，横坐标（X）代表时间，纵坐标（Y）代表电压，（注，如果示波器有测量电流的功能，纵坐标还代表电流。）还有就是比较少被关注的-亮度（Z），在TEK的DPO示波器中，亮度还表示了出现概率（它用16阶灰度来表示出现概率）。 1．1．示波器的分类 示波器一般分为模拟示波器和数字示波器；在很多情况下，模拟示波器和数字示波器都可以用来测试，不过我们一般使用模拟示波器测试那些要求实时显示并且变化很快的信号，或者很复杂的信号。而使用数字示波器来显示周期性相对来说比较强的信号，另外由于是数字信号，数字示波器内置的CPU或者专门的数字信号处理器可以处理分析信号，并可以保存波形等，对分析处理有很大的方便。
1.2.1 模拟示波器 模拟示波器使用电子枪扫描示波器的屏幕，偏转电压使电子束从上到下均匀扫描，将波形显示到屏幕上，它的优点在于实时显示图像。 模拟示波器的原理框图如下： 见上图所示，被测试信号经过垂直系统处理（比如衰减或放大，即我们拧垂直按钮－volts/div），然后送到垂直偏转控制中去。而触发系统会根据触发设置情况，控制产生水平扫描电压（锯齿波），送到水平偏转控制中。 信号到达触发系统，开始或者触发“水平扫描”，水平扫描是一个是锯齿波，使亮点在水平方向扫描。触发水平系统产生一个水平时基，使亮点在一个精确的时间内从屏幕的左边扫描到右边。在快速扫描过程中，将会使亮点的运动看起来
模拟示波器的基本工作原理
模拟示波器的基本工作原理 1． 回顾中学的沙漏实验——随时间变化的信号如何在平面展示 物理学理论可以证明，一端通过细绳固定的重物在作摆动时，与中心垂线的距离满足正弦波规律。沙漏实验可以清晰地显示这个随时间变化的波形：用沙漏充当重物，并且在沙漏底下的桌面上平铺一张纸，当沙漏开始摆动时，让纸匀速移动。这样，沙漏中流出的细沙，就在纸上留下了一个正弦波痕迹，如图所示。利用这种设计思想，可以完成波形在平面上（对应于时间的流动）的展开。这种设计思想在波形记录、显示中被广泛采用，比如心电图机，就是用原地摆动的电热针，在匀速移动的记录纸带上描记出心电波形。 利用心电图机的结构，已经可以记录电压信号，但是，示波器在大量的应用中，并不需要通过消耗纸张来记录波形，而仅仅是观察波形。因此，可以重复使用的荧光屏，被应用到示波器的设计中。 在示波器上描绘一条曲线——电子枪和荧光屏 在一个封闭玻璃管显示屏的内壁涂上荧光粉，当荧光粉被大量电子形成的电子束轰击时，会发出荧光。可以发出电子束的设备称为电子枪，它可以连续地发出集束性很强的电子。这些电子束在飞行过程中，如果遇到电场的作用，会因电场形成的力而改变运行方向，导致最终电子束落到荧光屏上的位置发生改变，也就是光点改变。根据这个原理制造的示波管，其结构如图所示。图中电子枪发出的电子束，经过两个偏转板的作用，会在X 、Y 两个方向上发生偏转。 当在Y 偏转板上加入被测信号，而在X 偏转板上不加电压，可以在示波管的荧光屏上看到光点随着被测电压的变化而发生位置变化——电压越大，光点位置越靠上方。 当在X 偏转板上加入一个锯齿波，而在Y 偏转板上不加电压，可以看到光点从荧光屏左边出现，匀速移动到右边，然后又迅速在左边重复出现。 当在X 偏转板上加入一个锯齿波，而在Y 偏转板上加入一个正弦波，则可以看到，光点在匀速左移的同时，其Y 方向位置出现了正弦变化的规律，也就是说，光点的移动轨迹是一个正弦波。 怎样将周期性电压信号稳定地显示于荧光屏 图 沙漏摆动留下的正弦波 图 示波管的结构示意图
数字示波器及其简单原理图
数字示波器及其简单原理图 数字示波器可以分为数字存储示波器（DSOs）、数字荧光示波器（DPOs）、混合信号示波器（MSOs）和采样示波器。 数字式存储示波器与传统的模拟示波器相比，其利用数字电路和微处理器来增强对信号的处理能力、显示能力以及模拟示波器没有的存储能力。数字示波器的基本工作原理如上图所示当信号通过垂直输入衰减和放大器后，到达模-数转换器（ADC）。ADC 将模拟输入信号的电平转换成数字量，并将其放到存贮器中。存储该值得速度由触发电路和石英晶振时基信号来决定。数字处理器可以在固定的时间间隔内进行离散信号的幅值采样。接下来，数字示波器的微处理器将存储的信号读出并同时对其进行数字信号处理，并将处理过的信号送到数-模转换器（DAC），然后DAC的输出信号去驱动垂直偏转放大器。DAC也需要一个数字信号存储的时钟，并用此驱动水平偏转放大器。与模拟示波器类似的，在垂直放大器和水平放大器两个信号的共同驱动下，完成待测波形的测量结果显示。数字存储示波器显示的是上一次触发后采集的存储在示波器内存中的波形，这种示波器不能实时显示波形信息。其他几种数字示波器的特点，请参考相关书籍。
Agilent DSO-X 2002A 型数字示波器面板介绍
该示波器有两个输入通道CH1和CH2，可同时观测两路输入波形。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。 荧光屏（液晶屏幕）是显示部分。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。 操作面板上的各个按钮按下后，相应参数设置会显示在荧光屏上。 开机后，荧光屏显示如下： 测试信号时，首先要将示波器的地（示波器探笔的黑夹子）与被测电路的地连接在一起。根据输入通道的选择，将示波器探头接触被测点（信号端）。按下Auto Scale，示波器会自动将扫描到的信号显示在荧光屏上。 输入耦合方式：模拟示波器输入耦合方式有三种选择：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)；部分数字示波器则没有ＧＮＤ耦合这种方式，其通过在屏幕上直接标注零电平线的位置的方法来实现ＧＮＤ耦合（用来确定零电平线）的功能。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
示波器的基础学习知识原理和使用
示波器的原理和使用 示波器是一种用途广泛的基本电子测量仪器，用它能观察电信号的波形、幅度和频率等电参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。在实际应用中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。 【实验目的】 1．了解示波器的基本结构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。2．学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值以及频率。 3．学会使用示波器观察李萨如图并测频率。 图1-1 示波器结构图 【实验原理】 不论何种型号和规格的示波器都包括了如图1-1所示的几个基本组成部分：示波管（又称阴极射线管，cathode ray tube，简称CRT）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X放大）、扫描信号发生电路（锯齿波发生器）、自检标准信号发生电路（自检信号）、触发同步电路、电源等。 1．示波管的基本结构
示波管的基本结构如图1-2所示。主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，全都密封在玻璃壳体内，里面抽成高真空。 (1)电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“辉度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极电位之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚集作用，所以， H-灯丝；K-阴极；G1，G2- 控制栅极；A1-第一阳极；A2-第二阳极；Y-竖直偏转板；X-水平偏转板 图1-2 示波管结构图 第一阳极也称聚集阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚集”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚集”，实际是调节第二阳极电位。 (2)偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，一对水平偏转板。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。 (3)荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间（一般称为余辉时间）也不同。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测定光点的位置用。在性能较好的示波管中，将刻度线直接刻在荧光屏玻璃内表面上，使之与荧光粉紧贴在一起以消除视差，光点位置可测得更准。2．波形显示原理
数字示波器原理及使用
数字示波器的原理及使用 【摘要】示波器就是以直角坐标为参数系,以时间扫描为时基两维地显示物理量——电量瞬时变化的仪器,它不但能观测低频信号(包括单次信号),同时也能观测高频信号与快速脉冲信号 ,并能对其表征的参量进行分析与测量。随着数字集成电路技术的发展而出现的数字存储示波器,不但能对波形进行显示,还能对波形进行存储、分析、计算,并能组成自动测试系统,使之成为了电子测量领域的基础测试仪器之一。 关键词:示波器,信号,数字集成电路,数字存储 【Abstract】Oscilloscope is an instrument that can display electrical signals in rectangular coordinates system based on amplitude and time、It can not only observe the low-frequency signal (including single signal), but also the high-frequency signal and pulse signal, and parameters on the characterization of the analysis and measurement、The digital storage oscilloscope was invented with the development of digital integrated circuit technology, which can not only display the waveform but also can store, analysis, calculate the Parameters of the signal and can form an automatic testing system、The digital storage oscilloscope have become one of the basic testing instrument for electronic measurement 、 Keywords: oscilloscope,signal,digital integrated circuit, digital storage oscilloscope 1、前言 随着数字集成电路技术的发展,数字式示波器的出现以其存储波形及多种信号分析、计算、处理等优良的性能逐步取代模拟示波器。与模拟示波器相比,数字示波器可以实现高带宽及方便地实现对模拟信号波形进行长期存储并能利用机内微处理器系统对存储的信号做进一步的处理,例如对被测波形的频率、幅值、前后沿时间、平均值等参数的自动测量以及多种复杂的处理。 2、数字示波器的基本原理 2、1数字存储示波器的组成原理 典型的数字示波器原理框图如图2、1所示,它分为实时与存储两种工作状态,当其以实时状态工作时,其电路组成原理与模拟示波器相同。当其以存储状态工作时,它的工作过程一般分为存储与显示两个阶段,在存储工作阶段,模拟输入信号先经过适当的放大或衰减,然后经过采样与量化两个过程的数字化处理,将模拟信号转化成数字信号后,在逻辑控制电路的控制下将数字信号写入到存储器中。量化过程就就是将采样获得的离散值通过 A/D转换器转换成二进制数字。采样,量化及写入过程都就是在同一时钟频率下进行的。在显示工作阶段,将数字信号从存储器中读出来,并经D/A转换器转换成模拟信号,经垂直放大器放大加到CRT 的Y偏转板。与此同时,CPU的读地址计数脉冲加之D/A转换器,得到一个阶梯波的扫描电压,加到水平放大器放大,驱动CRT的X偏转板,从而实现在CRT上以稠密的光点包络重现模拟信号。
模拟示波器的基本工作原理
模拟示波器的基本工作原理 1．回顾中学的沙漏实验——随时间变化的信号如何在平面展示 利用心电图机的结构，已经可以记录电压信号，但是，示波器在大量的应用中，并不需要通过消耗纸张来记录波形，而仅仅是观察波形。因此，可以重复使 用的荧光屏，被应用到示波器的设计中。 2．在示波器上描绘一条曲线——电子枪 和 荧光屏 当在Y 偏转板上加入被测信号，而在X 偏转板上不加电压，可以在示波管的荧光屏上看到光点随着被 测电压的变化而发生位置变化——电压越大，光点位 置越靠上方。 当在X 偏转板上加入一个锯齿波，而在Y 偏转板上不加电压，可以看到光点从荧光屏左边出现，匀速移动到右边，然后又迅速在左边重复出现。 当在X 偏转板上加入一个锯齿波，而在Y 偏转板上加入一个正弦波，则可以看到，光点在匀速左移的同时，其Y 方向位置出现了正弦变化的规律，也就是说，光点的移动轨迹是一个正弦波。 3 ．怎样将周期性电压信号稳定地显示于荧光屏？ ○ 1～○6时刻，具有相同的特征：都是以上升的方式经过0V 电压。示波器内部，用微分电路可以区分被测信号上升或者下降，用比较器配合外部的电压设置，可以判断被测信号是否经过这个比较电压（比如图中的0V ）。这样，再经过一套逻辑电路，可以在被测信号具有相同初相角的时刻，控制X 轴偏转板，发 出一个锯齿 波。这种利用被测信号的周期性，在相 同 初相角时刻，触发X 轴锯齿波扫描信号，使得波形被重叠、稳定地显示于示波器荧光屏的技术，称为同步触发扫描。图中， 锯齿波在○ 1～○6时刻满足触发条件，但仅在○1、○3、○5时刻被触发，是因为在○2、○4、○6时刻，此前的锯齿波尚未扫描结束。 因此，在 示波器外部面板上，有控制被测信号在电压多大时触发锯 齿波产生的电 平旋钮，英文标识为Level ，这个电压称为触发电平。有控制被测信号是上升或者下降经过Level 电压的选择开关，英文标识为Slope 图1.1.3 沙漏摆动留下的正弦波 图1.1.4 示波管的结构示意图 Y 轴偏转板 被测信号 X 轴偏转板 锯齿波 Y 轴偏转板 被测信号 X 轴偏转板 锯齿波
示波器的原理和使用
示波器的原理和使用 实验目的 (1) 了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理； (2) 掌握模拟示波器和函数信号发生器的使用方法； (3) 观察正弦、矩形、三角波等信号发生器的使用方法； (4) 通过示波器观察李萨如图形，学会一种测量正弦振动频率的方法，并加深对互相垂直振动合成理论的理解。 实验方法原理 (1) 模拟示波器的基本构造 示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描信号放大器、触发同步等几个基本部分组成。 (2) 示波器显示波形原理 如果只在垂直偏转板上加一交变正弦电压，则电子束的亮点随电压的变化在竖直方向上按正弦规律变化。要想显示波形，必须同时在水平偏转板上加一扫描电压，使电子束所产生的亮点沿水平方向拉开。 (3) 扫描同步 当扫描电压的周期T x 是被观察周期信号的整数倍时，扫描的后一个周期扫绘的波形与前一个周期完全一样，荧光屏上得到清晰而稳定的波形，这叫做信号与扫描电压同步。 (4) 多踪显示 根据开关信号的转换频率不同，有两种不同的时间分割方式，即“交替”和“断续”方式。 (5) 观察李萨如图形并测频率 x y y x f f N Y N X =数方向切线对图形的切点数方向切线对图形的切点 实验步骤 (1) 熟悉示波器各控制开关的作用，进行使用前的检查和校准。 (2) 将信号发生器的输出信号连接到示波器的CH1或CH2，观察信号波形。 (3) 用示波器测量信号的周期T 、频率f 、幅值U 、峰－峰值Up-p 、有效值Urms,频率和幅值任选。 (4) 观察李萨如图形和“拍”。 (5) 利用多波形显示法和李萨如图形判别法观测两信号的相位差 ① 多波形显示法观测相位差。 ② 李萨如图形判别法观测相位差。 数据处理 0p p u p p =-= --显显U U U E 000=-=T T T E T π 2 4 44 2 4 π2 0 频率相同位相不同时的李萨如图形
示波器基本原理
目录 第一章示波器基本原理 (2) 1、1 模拟示波器 (2) 1、1、1示波管 (2) 1、1、2模拟示波器方框图 (3) 1、2 数字存储示波器（DSO） (4) 第二章示波器的使用 (5) 2、1示波器的各个系统和控制 (5) 2、2示波器的正确使用 (7) 第三章模拟示波器的校准 (9) 第四章数字存储示波器的使用和校准 (13) 4、1 TDS220的结构 (13) 4、2 TDS220的常规检查 (14) 4、3 TDS220的校准过程 (16)
第一章 示波器基本原理 示波器是一种图形显示设备，它能够直接观测和真实显示被测信号，是观察电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器，它可分为模拟和数字类型。下面就分模拟和数字部分对示波器的基本原理进行简单介绍。 1、1 模拟示波器 模拟示波器是第一代示波器产品，拥有极佳的"波形更新率"（约每秒超过二十万次），它仅仅在扫描的回扫时间及闭锁（Hold off ）时间内不显示信号，因此又称为模拟实时示波器（Analog Real Time Oscilloscope ）。由于模拟示波器是数字示波器在的基础，我们先来看模拟示波器的工作原理。 1、1、1示波管 模拟示波器的心脏是阴极射线管（CRT ），示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏组成，它们被密封在真空的玻璃壳内，如图1-1所示。 电子枪向屏幕发射电子，发射的电子经聚焦形成电子束，并打在荧光屏上，荧光屏的内表面涂有荧光物质，这样电子束打中的点就发出光来。 电子在从电子枪到屏幕的途中要经过
偏转系统，在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动。偏转系统由水平（X ）偏转板和垂直（Y ）偏转板组成。这种偏转方式称为静电偏转。 将输入信号加到Y 轴偏转板上，而示波器自己使电子束沿X 轴方向扫描。这样就使得光点在屏幕上描绘出输入信号的波形。这样扫出的信号波形称为波形轨迹 1、1、2模拟示波器方框图 从上一小节可以看出，只要控制X 轴偏转板和Y 轴偏转板上的电压，就能控制示波管显示的图形形状。因此，只要在示波管的X 轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压，在y 轴加上被测信号(经过比例放大或者缩小)，示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。电信号中，在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。因此，往往给X 轴加上锯齿波。 示波器的基本组成框图如图1-2所示，它主要由示波管、Y 轴系统、X 轴系统三部分组成。此外还包括电源电路，它产生电路中需要的多种电源。示波器中还往往有一个精确稳定的方波信号发生器，供校验示波器用。 被测信号通过探头到达示波器的垂直系统，经衰减器适当衰减后送至垂直放大器，放大后产生足够大的信号，加到示波管的Y 轴偏转板上，控制亮点在屏幕中的上下移动。为了在屏幕上显示出完整的稳定波形，将Y 轴的被测信号引入X 轴系统的触发系统，启动或触
模拟示波器的基本工作原理定稿版
模拟示波器的基本工作 原理 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
模拟示波器的基本工作原理 1．回顾中学的沙漏实验——随时间变化的信号如何在平面展示 利用心电图机的结构，已经可以记录电压信号，但是，示波器在大量的应用中，并不需要通过消耗纸张来记录波形，而仅仅是观察波形。因此，可以重复使用的荧光屏，被应用到示波器的 设计中。 2．在示波器上描绘一条曲线——电子枪和荧光屏 当在Y 偏转板上加入被测信号，而在X 偏转板上不加电压，可以在示波管的荧光屏上看到光点随着被测电压的变化而发生位置变化——电压越大，光点位置越靠上方。 当在X 偏转板上加入一个锯齿波，而在Y 偏转板上不加电压，可以看到光点从荧光屏左边出现，匀速移动到右边，然后又迅速在左边重复出现。 当在X 偏转板上加入一个锯齿波，而在Y 偏转板上加入一个正弦波，则可以看到，光点在匀速左移的同时，其Y 方向位置出现了正弦变化的规律，也就是说，光点的移动轨迹是一个正弦波。 3．怎样将周期性电压信号稳定地显示于荧光屏？ 图1.1.3 沙漏摆动留下的正弦
○1～○6时 刻，具有相 同的特征： 都是以上升的方式经过0V电压。示波器内部，用微分电路可以区分被测信号上升或者下降，用比较器配合外部的电压设置，可以判断被测信号是否经过这个比较电压（比如图中的0V）。这样，再经过一套逻辑电路，可以在被测信号具有相同初相角的时刻，控制X轴偏转板，发出一个锯齿波。这种利用被测信号的周期性，在相同初相角时刻，触发X轴锯齿波扫描信号，使得波形被重叠、稳定地显示于示波器荧光屏的技术，称为同步触发扫描。图中，锯齿波在○1～○6时刻满足触发条件，但仅在○1、○3、○5时刻被触发，是因为在○2、○4、○6时刻，此前的锯齿波尚未扫描结束。 因此，在 示波器外部 面板上，有 控制被测信号在电压多大时触发锯齿波产生的电平旋钮，英文标识为Level，这个电压称为触发电平。有控制被测信号是上升或者下降经过Level电压的选择开关，英文标识为Slope Y轴偏转 X轴偏 Y轴偏转 X 轴偏 Y轴偏转 X 轴偏
示波器的工作原理与使用
河南科技大学实验教学教案 课程名称大学物理实验A 指导教师李海生
河南科技大学实验教学教案首页
预习及实验课前提问： 1．示波器中第一阳极和第二阳极的作用分别是什么？ 解答：第二阳极电位比第一阳极高，当第一阳极与第二阳极间电位差调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，使屏上光斑成为明亮、清晰的小圆点，面板上的“聚焦”旋钮是用来调节第一阳极电位的，所以，第一阳极又称为聚焦阳极。第二阳极称为加速阳极。有些示波器还有“辅助聚焦”旋钮，是用来调节第二阳极电位的。 2．锯齿波如何形成？ 解答：如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动，如果电压频率较高，则看到的将是一条竖直亮线。要显示出波形，必须同时在水平偏转板上加一个扫描电压，使电子束的亮点同时沿着水平方向拉开。这种扫描电压的特点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，此后再重复地变化。扫描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”，故称“锯齿波”。 3．扫描图形在荧光屏上显示向左或向右移动的波形，为什么？如何使其稳定？ 解答：要在示波器荧屏上获得稳定的波形，被测信号的频率Y f 必须为扫描电压（锯齿波）频率X f 的整数（N ）倍，即有 X Y Nf f ，如果被测信号与锯齿波两者频率不满足上述整倍数的关系，每次扫描显示的图形就不能重合，结果荧光屏上呈现向左或向右移动的波形，这样就难以对信号进行观察和测量。必须设法调节使两者频率自动保持整数比。 实验原理： 示波器的结构主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步电路等组成。示波管是示波器的心脏部分，它是由电子枪、偏转系统、荧光屏构成。从电子枪发射出的电子束，经过加速电极和聚焦电极打到荧光屏上，形成一亮点。在偏转板上加适当电压，电子束的运动方向将发生偏转。当在y 板上加一交变信号时，在屏上将看到一条竖直亮线。若要观察交变信号的波形，需在x 板上加一锯齿波(扫描)电压，此电压由示波器内部提供。由于采用触发扫描方式，使得每一次扫描的起点位置都相同，因而得到的波形是稳定的。若在x 板和y 板上分别加上正弦信号，当他们的频率比为整数比时，屏上显示的稳定波形称为李萨如图形。频率比不同，李萨如图形的形状也不同。该图形在水平方向的切点数x n 和图形在垂直方向的切点数y n 与频率之间存在下列规律：
示波器的调节与使用
数字示波器的调节与使用 一、实验目的 1.了解示波器的结构与示波原理 2.掌握示波器的使用方法，学会用示波器观测各种电信号的波形 3.学会用示波器测正弦交流信号的电压幅值及频率 4.学会用李萨如图法，测量正弦信号频率 二、实验仪器 RIGOL DS1000E型数字存储示波器，ＤＧ１０２２函数波形发生器 三、实验原理 1、双踪示波器的原理： 双踪示波器控制电路主要包括：电子开关、垂直放大电路、水平放大电路、扫描发生器、同步电路、电源等。 Y CH1 Y CH2 图1. 双踪示波器原理方框图 其中，电子开关使两个待测电压信号YCH1和YCH2周期性地轮流作用在Y偏转板，这样在荧光屏上忽而显示YCH1信号波形，忽而显示YCH2信号波形。由于荧光屏荧光物质的余辉及人眼视觉滞留效应，荧光屏上看到的是两个波形。 如果正弦波与锯齿波电压的周期稍不同，屏上出现的是一移动的不稳定图形，这是因为扫描信号的周期与被测信号的周期不一致或不呈整数倍，以致每次扫描开始时波形曲线上的起点均不一样所造成的。为了获得一定数量的完整周期波形，示波器上设有“time/div”调节旋钮，用来调节锯齿波电压的周期，使之与被测信号的周期呈合适的关系，从而显示出完整周期的正
弦波形。
当扫描信号的周期与被测信号的周期一致或是整数倍，屏上一般会显示出完整周期的正弦波形，但由于环境或其他因素的影响，波形会移动，为此示波器内装有扫描同步电路，同步电路从垂直放大电路中取出部分待测信号，输入到扫描发生器，迫使锯齿波与待测信号同步，此称为“内同步”。如果同步电路信号从仪器外部输入，则称为“外同步”。 2．示波器显示波形原理： 如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的X 偏转板加上示波器内部的锯齿波，当锯齿波电压的变化周期与正弦电压的变化周期相等时，则在荧光屏上将显示出完整周期的正弦波形，如图2所示。如果在示波器的YCH1、YCH2端口同时加上正弦波，在示波器的X 偏转板加上示波器内部的锯齿波，则在荧光屏上将得到两个正弦波。 图2.示波器显示正弦波形的原理 3、数字存储示波器的基本原理 数字存储示波器的基本原理框图如图3所示： AMP A/D Display Input DeMUX Acquistion Memory uP Display Memory 图3.数字存储示波器的基本原理框图
示波器的原理和使用 实验报告-示波器实验报告
示波器的原理和使用实验报告|示波 器实验报告 【--朋友&聚会祝福语】 不少朋友都不会写示波器实验报告，那么，今天，CN 人才公文网给大家介绍的是示波器实验报告，希望对大家有帮助。 示波器实验报告 【实验题目】示波器的原理和使用 【实验目的】 1.了解示波器的基本机构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。
2.学会使用示波器观测电信号波形和电压副值以及频率。 3.学会使用示波器观察李萨如图并测频率。 【实验原理】 1.示波器都包括几个基本组成部分： 示波管(阴极射线管)、垂直放大电路(Y放大)、水平放大电路(X放大)、扫描信号电路(锯齿波发生器)、同步电路、电源等。 2.李萨如图形的原理：
如果示波器的X和Y输入时频率相同或成简单整数比的两个正弦电压，则荧光屏上将呈现特殊的光点轨迹，这种轨迹图称为李萨如图形。 如果作一个限制光点x、y方向变化范围的假想方框，则图形与此框相切时，横边上的切点数nx与竖边上的切点数ny之比恰好等于Y与X输入的两正弦信号的频率之比，即fy:fx=nx:ny。 【实验仪器】 示波器×1，信号发生器×2，信号线×2。 【实验内容】 1.基础操作：
了解示波器工作原理的基础上阅读所用机器的说明书，了解每个旋钮的作用。其中最主要也是经常使用的旋钮为横向和纵向两个。横向旋钮是控制扫描时间的旋钮，调节时表现为荧光屏上显示波形发生横向的压缩或展开;纵向旋钮是调节垂直放大电路的旋钮，调节时表现为荧光屏上显示波形发生纵向的展开或压缩，次旋钮为两个，分别控制示波器的两个输入信号。 明确操作步骤及注意事项后，接通示波器电源开关。先找到扫描线并调至清晰。 2.观测李萨如图形： 向CH1、CH2分别输入两个信号源的正弦波，"扫描时间的"粗调旋钮置于"X-Y方式(即使两路信号进行合成)。调出不同比值的李萨如图形来，画出草图，并分析图形的特点与两个信号频率之间的关系。绘出所观察到的各种频率比的
示波器的原理和使用实验报告
大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 18 日，第13周，星期 二 第 5-6 节 实验名称 示波器的原理与使用 教师评语 实验目的与要求： （1） 了解示波器的工作原理 （2） 学习使用示波器观察各种信号波形 （3） 用示波器测量信号的电压、频率和相位差 主要仪器设备： YB4320G 双踪示波器， EE1641B 型函数信号发生器 实验原理和内容： 1. 示波器基本结构 示波器主要由示波管、放大和衰减系统、触发扫描系统和电源四部分组成， 其中示波管是核心部分。 示波管的基本结构如下图所示， 主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分组成， 由外部玻璃外壳密封在真空环境中。 成 绩 教师签字
电子枪的作用是释放并加速电子束。 其中第一阳极称为聚焦阳极， 第二阳极称为加速阳极。 通 过调节两者的共同作用， 可以使电子束打到荧光屏上产生明亮清晰的圆点。 偏转系统由X 、Y 两对偏转板组成， 通过在板上加电压来使电子束偏转， 从而对应地改变屏上亮点的位置。 荧光屏上涂有荧光粉， 电子打上去时能够发光形成光斑。 不同荧光粉的发光颜色与余辉时间都不同。 放大和衰减系统用于对不同大小的输入信号进行适当的缩放， 使其幅度适合于观测。 扫描系统的作用是产生锯齿波扫描电压(如左上图所示)， 使电子束在其作用下匀速地在荧光屏周期性地自左向右运动， 这一过程称为扫描。 扫描开始的时间由触发系统控制。 2. 示波器的显示波形的原理 如果只在竖直偏转板加上交变电压而X 偏转板上五点也是， 电子束在竖直方向上来回运动而形成一条亮线， 如左图所示： 如果在Y 偏转板和X 偏转板上同时分别加载正弦电压和锯齿波电压， 电子受水平竖直两个方向的合理作用下， 进行正弦震荡和水平扫描的合成运动， 在两电压周期相等时， 荧光屏上能够显示出完整周期的正弦电压波形， 显像原理如右图所示： 3. 扫描同步 为了完整地显示外界输入信号的周期波形， 需要调节扫描周期使其与外界信号周期相同或成合适的关系。 当某些因素改变致使周期发生变化时，使用扫描同步功能， 能够使扫描起点自动跟踪外界信号变化， 从而稳定地显示波形。 步骤与操作方法： 1. 示波器测量信号的电压和频率 对于一个稳定显示的正弦电压波形， 电压和频率可以由以下方法读出 h a U p p ?=-， 1)(-?=l b f
示波器的工作原理介绍
示波器的工作原理介绍 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。 一、示波器的工作原理 （一）示波器的组成普通示波器有五个基本组成部分：显示电路、垂直（Y轴）放大电路、水平（X轴）放大电路、扫描与同步电路、电源供给电路。普通示波器的原理功能方框图如图5-1所示。 1．显示电路 显示电路包括示波管及其控制电路两个部分。示波管是一种特殊的电子管，是示波器一个重要组成部分。示波管的基本原理图如图5-2所示。由图可见，示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏3个部分组成。 （1）电子枪 电子枪用于产生并形成高速、聚束的电子流，去轰击荧光屏使之发光。它主要由灯丝F、阴极K、控制极G、第一阳极A1、第二阳极A2组成。除灯丝外，其余电极的结构都为金属圆筒，且它们的轴心都保持在同一轴线上。阴极被加热后，可沿轴向发射电子；控制极相对阴极来说是负电位，改变电位可以改变通过控制极小孔的电子数目，也就是控制荧光屏上光点的亮度。为了提高屏上光点亮度，又不降低对电子束偏转的灵敏度，现代示波管中，在偏转系统和荧光屏之间还加上一个后加速电极A3。 图5-2示波管内部结构示意图 第一阳极对阴极而言加有约几百伏的正电压。在第二阳极上加有一个比第一阳极更高的正电压。穿过控制极小孔的电子束，在第一阳极和第二阳极高电位的作用下，得到加速，向荧光屏方向作高速运动。由于电荷的同性相斥，电子束会逐渐散开。通过第一阳极、第二阳极之间电场的聚焦作用，使电子重新聚集起来并交汇于一点。适当控制第一阳极和第二阳极之间电位差的大小，便能使焦点刚好落在荧光屏上，显现一个光亮细小的圆点。改变第一阳极和第二阳极之间的电位差，可起调节光点聚焦的作用，这就是示波器的“聚焦”和“辅助聚焦”调节的原理。第三阳极是示波管锥体内部涂上一层石墨形成的，通常加有很高的电压，它有三个作用：①使穿过偏转系统以后的电子进一步加速，使电子有足够的能量去轰击荧光屏，以获得足够的亮度；②石墨层涂在整个锥体上，能起到屏蔽作用；③电子束轰击荧光屏会产生二次电子，处于高电位的A3可吸收这些电子。
示波器的原理和使用 实验报告
示波器的原理和使用实验报告 在数字电路实验中，需要使用若干仪器、仪表观察实验现象和结果。常用的电子测量仪器有万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。万用表和逻辑笔使用方法比较简单，而逻辑分析仪和存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。示波器是一种使用非常广泛，且使用相对复杂的仪器。本章从使用的角度介绍一下示波器的原理和使用方法。 1、示波器工作原理 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。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器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。 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。 图1示波管的内部结构和供电图示
1.荧光屏 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。 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。
示波器原理使用与声速测量
示波器的原理和使用及声速测量 一．实验目的 （1）了解示波器的基本结构及其工作原理，学习并掌握示波器的基本使用方法 （2）学习电信号有关参数的基本概念，使用示波器观察波形并进行测量 (3)了解声波在空气中传播速度和气体状态参量的关系 (4) 了解超声波产生和接受的原理，学习用相位法测量空气中的声速 二．实验原理 (1)示波器原理框图 示波器按显示方式可分为阴极射线示波管和液晶显示两种。阴极射线示波器一般包括示波管、竖直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步和直流电源等。 (2)示波器基本结构 示波管为示波器的主要部分，包括电子枪、偏转系统和荧光屏三部分，全部密封在真空玻璃外壳内。
电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极及第二阳极组成。灯丝加热表面涂有氧化物的阴极，使其发射电子。因控制栅极电位比阴极低，初速度较大的电子才能通过控制栅极，示波器上的亮度就是通过调整栅极电位来控制的。阳极电位比阴极电位高很多，电子被阴阳极间的电场加速而形成阴极射线。当控制栅极、第一阳极及第二阳极的电位调节合适时，射线收到聚焦。所以第一阳极也称聚焦阳极，而第二阳极电位更高，称为加速阳极。 荧光屏上涂有荧光粉，电子打上去能发出荧光，形成光斑。性能较好的示波管中，荧光屏玻璃内表面直接刻有坐标刻度，荧光粉紧贴坐标刻度以消除视差。 (3)示波器显示波形的原理 竖直偏转板上加交变正弦电压使电子竖直运动，水平偏转板上加锯齿波扫描电压，使电子水平运动。而电子的运动是竖直方向和水平方向的合成，所以当竖直偏转板电压与水平偏转板电压的周期相等时，在荧光屏上能显示出完整周期的波形图
(4)同步触发 (5)李萨如图形的基本原理 如果示波器的X和Y输入是频率相同或成简单整数比的两个正弦电压，则屏 上的光点将呈现特殊形状的轨迹，这种轨迹图称为李萨如图形。如果做一个限制光 点x、y方向变化范围的假想方框，则图形与此框相切时，横边上的切点数nx与竖边上的切点数ny之比恰好等于Y和X输入的两正弦信号的频率之比。即： fy:fx=nx:ny，若有端点与假想边框相接时，应把一个端点记为1/2个切点。利用李萨如图形能方便得比较出两个正弦信号的频率。 (6)声速测量 （1）理想气体中声波的传播速度为 其中，γ为比热容比，Ｍ是气体的摩尔质量，Ｔ是绝对温度，Ｒ＝ 8.31441J/(mol·K)。 （2）在室温t下，干燥空气中的声速为 ，其中v0为标准状况下干燥空气声速，为331.5m/s。 （3）但实际中空气并不是干燥的，所以修正的结果为 其中，r为相对湿度，ps为饱和蒸汽压， 。
数字示波器的原理和使用方法
数字示波器的原理和使用方法 在数字电路实验中，需要使用若干仪器、仪表观察实验现象和结果。常用的电子测量仪器有万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。万用表和逻辑笔使用方法比较简单，而逻辑分析仪和存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。示波器是一种使用非常广泛，且使用相对复杂的仪器。本章从使用的角度介绍一下数字示波器的原理和使用方法。 1、数字示波器工作原理 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。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器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。 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。 1(荧光屏 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。 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。 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。图8(1中，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
实验一、示波器的原理及使用
电子测量实验 --示波器的原理和应用 学生姓名： 学号： 院（系）： 专业：
示波器的原理和应用 【目的】 1. 了解示波器的主要组成部分，扫描和同步的作用原理，加深对信号合成的理解。 2. 熟练使用示波器观察信号特征（正弦波、三角波、方波），利用李萨如图形测量信号频率。 【重点】 了解示波器的基本结构、工作原理及使用方法。 【难点】 1.熟练掌握示波器各主要旋钮的作用和用法。 2.能使用示波器观察信号特征（正弦波、三角波、方波），且会利用李萨如图形测量信号频率。【预习问题】 1. 示波器的工作原理以及主要组成部分是什么？其主要用途有哪些？ 2. 如何使用示波器观察各种信号特征以及测量信号频率？ 一、实验原理 示波器动态显示随时间变化的电压信号思路是将电压加在电极板上，极板间形成相应的变化电场，使进入这变化电场的电子运动情况相应地随时间变化，最后把电子运动的轨迹用荧光屏显示出来。示波器主要由示波管（见图1））和复杂的电子线路构成。示波器的基本结构见图2。 图1 示波管示意图
1.偏转电场控制电子束在视屏上的轨迹 偏转电压U 与偏转位移Y （或X ）成正比关系。如图3所示：y U Y 。 图3偏转电压U 与偏转位移Y 如果只在竖直偏转板（Y 轴）上加一正弦电压，则电子只在竖直方向随电压变化而往复运动，见图4a 。要能够显示波形，必须在水平偏转板（X 轴）上加一扫描电压，见图4b 。 图4a 信号随时间变化的规律 （加在Y 偏转板） 图4b 锯齿波电压（加在X 偏转板） 示波器显示波形实质：见图5，沿Y 轴方向的简谐运动与沿X 轴方向的匀速运动合成的一种合运动。显示稳定波形的条件：扫描电压周期应为被测信号周期的整数倍，即T x =nT y （ n=1，2，3…）（见图6） 2.同步扫描（其目的是保证扫描周期是信号周期的整数倍） （1）同步的概念：为了显示如图5所示的稳定图形，只有保证正弦波到I y 点时，锯齿波正好到i 点，从而亮点扫完了一个周期的正弦曲线。由于锯齿波这时马上复原，所以亮点又回到A 点，再次重复这一过程。光点所画的轨迹和第一周期的完全重合，所以在荧光屏上显示出一个稳定的波形，这就是所谓的同步。 由此可知同步的一般条件为： T x = nT y ，n = 1，2，3… 图2 示波器的基本结构简图