【精品课件】电子示波器及测量技术

同理，X轴偏转板也有灵敏度的数值。
SX
Ux x
3．荧光屏
荧光屏一般为圆形或矩形的，其内壁沉积有磷光物
质，形成荧光膜，面向电子枪的一侧。它在受到高
速运动着电子轰击后，将其动能转化为光能，产生
亮点。当电子束随信号电压偏转时，这个亮点的移
动轨迹就形成了信号的波形。
余辉时间 ：当电子束停止作用后，光点仍能在屏幕 上保持一定的时间才消失。激励过后，亮点辉度下
件，是一种将被测电信号转换成光信号的显示器件 （真空电子管）。
它分为静电偏转式和磁偏转式两大类，在电子示波器 中应用最广的是静电偏转式。
示波管（或称阴极射线管CRT）主要由三部分组成： 电子枪、偏转系统和荧光屏。其结构如图5-1所示。
图5-1 示波管结构示意图
1．电子枪 电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子束， 去轰击荧光屏使之发光。电子枪由灯丝（F）、阴极 （K）、栅极（G）、第一阳极（A1）和第二阳极 （A2）组成。
上式中L、l、d均为常数，当亮点聚焦调整好以后，UA2也基本 不变，则荧光屏上的亮点偏转距离y与加于偏转板上的电压Uy 成正比。
设
sy
2dUA2 Ll
(cm)
则
y
1 sy
U
y
s y
Uy y
称Sy为示波管Y轴偏转灵敏度，表示亮点在荧光屏上偏转1cm 所需加于偏转板上的电压值（峰-峰值）。此值愈小表示灵敏 度愈高。偏转灵敏度是与外加偏转电压大小无关的常数。
4．数字示波器：被测信号经模/数转换器送入数据存储器，应 用微处理器以数字形式处理并记录波形，自动显示测量结 果，测量速度更快、重复性更高。
5．逻辑示波器：又称逻辑分析仪，主要用以分析数字系统的 逻辑关系。
本章将介绍通用示波器的基本原理、基本使用方法和测试技术。
5.2 示波管及波形显示原理
5.2.1 示波管 示波管（或称阴极射线管CRT）——示波器的核心组
从电子枪射出的电子束，若不受电场的作用，则将 沿直线向荧光屏方向运行，在荧光屏中心轴线位置 显示出静止的光点；若电子束受到电场的作用，则 其运动方向就会偏离中心轴线，即荧光屏上的光点 位置就会产生位移；如果电场是周期性交变的，则 荧光屏上将显示出一条光点的轨迹。
电子束在偏转电场作用下的运动规律可用图5-2来分析。
5.2.2 波形显示原理 用示波器显示被测信号的波形，基本上有两种类型： 一种是显示任意两个信号与的关系；另一种是显示 随时间变化的信号。
1．电子束沿与作用的合成方向运动 打在荧光屏上亮点的位置取决于同时加在垂直和水 平偏转板上的电压。
当示波管的两对偏转板上不加任何信号时，亮点则 打在荧光屏的中心位置。
第一阳极和第二阳极对电子束有加速作用，同时和 控制栅极构成一个对电子束的控制系统，想聚焦作 用。调节可改RP2可改变第一阳极的电位，调节 RP3可以改变第二阳极的电位，使电子束恰好在荧 光屏上汇聚成细小的亮点，以保证显示波形的清晰 度。因此把RP2和RP3分别称为“聚焦”和“辅助 聚焦”电位器，仪器面板上对应的旋钮分别是“聚 焦”和“辅助聚焦”旋钮。
第5章 电子示波器及测量技术
电子示波器的类型； 掌握示波管及波形显示原理、通用电子示波器的组成及原
理； 示波器的双踪显示原理； 通用电子示波器的正解选择与使用； 通用示波器的基本测量方法； 电子示波器的发展。
5.1 概述
电子示波器（简称示波器）是一种以阴极射线管作为显示器 的显示信号波形的测量仪器。它对电信号的分析是按时域法 进行的，即研究信号的瞬时幅度与时间的函数关系。
灯丝用于加热阴极；阴极是一个表面涂有氧化物， 在灯丝加热下发射电子。
栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外边，其 电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用， 它控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变荧光屏 亮点的辉度。调节电位器RP1改变栅、阴极之间的 电位差，即可达到此目的，故RP1在面板上的旋钮 标以“辉度”。 除灯丝之外，各电极的结构均为金属圆筒形，且所 有电极的轴心都保持在同一条轴线上。
进行定性和定量观测。 2．取样示波器：采用Hale Waihona Puke Baidu样技术将高频信号转换成模
拟的低频信号，再应用通用示波器的基本显示原理 观测信号。取样示波器一般用于观测频率高、速度 快的脉冲信号。
3．记忆示波器和存贮示波器：这两种示波器均具有存储信息 功能，前者采用记忆示波管存贮，后者采用数字存贮器存 贮。它们能对单次瞬变过程、非周期现象、低重复频率信 号进行观测。
5.1.1 电子示波器的主要特点
1．具有良好的直观性，可直接显示信号的波形；也可测量 信号的瞬时值。
2．灵敏度高、工作频带宽、速度快，对观测瞬变信号的细 节带来了很大的便利。
3．输入阻抗高（兆欧级），对被测电路的影响小。
5.1.2 电子示波器的类型
电子示波器种类型号繁多 ，主要分为以下几大类： 1．通用示波器：应用了基本显示原理，可对电信号
图5-2 电子束的偏转规律
其偏转位移可由式下式来表示。
y
Ll 2dUA2
Uy(cm)
式中：l---偏转板长度（cm）
L---偏转板右侧边缘到荧光屏之间的距离（cm）
d ---两偏转板之间的距离（cm）
UA2---第二阳极与阴极间的电压（V） Uy ---加一起Y轴两偏转板间的电压（V ）
降到原始值的10%所延续的时间称为余辉时间 。
不同荧光材料余辉时间不一样，小于 10µs的为极短余辉；10µs—1ms为短余辉； 1ms—0.1s为中余辉；0.1—1s为长余辉；大 于1s为极长余辉。
实际应用中，根据示波器用途不同选用不同 余辉的示波管，显示高频信号的示波器宜用 短余辉管；观察生物及自动控制等缓慢信号 的超低频示波器宜用长余辉管；一般用途的 示波器均用中余辉管。
若仅在Y轴偏转板加一个随时间变化的电压，例如， uy=umsinωt，则电子束沿垂直方向运动，任一瞬间的 偏转距离正比于该瞬间Y偏转板上的电压，其轨迹为一
使用中要注意的是：在调节“辉度”旋钮时会影响聚 焦效果，因此，示波管的“辉度”与“聚焦”并非 相互独立，要配合调节。
2．偏转系统
图5-1中，在第二阳极的后面，用两对相互垂直的偏 转板组成偏转系统。垂直（Y轴）偏转板在前 （靠近第二阳极），水平（X轴）偏转板在后， 两对极板间各自形成静电场，分别控制电子束在 垂直方向和水平方向偏转。