电子示波器的基本原理

　　电子示波器是利用阴极射线管作为显示器所构成的一种电子测试仪器。它不但能定性地观察电信号的动态过程，还可以定量测量表征电信号特性的参数，如电压或电流的幅值、频率、相位和脉冲幅度等；根据需要可以同时观测两个或多个电信号的动态过程；借助一定的转换设各，可以观测温度、速度等非电物理量的变化情况。它作为一种测量仪器，在科学领域和生产实践中，得到了极为广泛的应用。它具有以下四个优点。

①显示被测信号的波形，并可测量其瞬时值。

②测量频带宽，波形失真小。

③灵敏度高，且有较强的过载能力。

④输人阻抗高，对被测电路的影响小。

为适应各种测试需要，电子示波器种类繁多。按其用途和结构特点可分为普通示波器、通用示波器、多线多踪示波器、记忆示波器及取样示波器等。随着微处理机的大量应用，电子示波器正在向自动化、智能化的方向发展，在测量领域中发挥更大的作用。

（1）电子示波器的基本方框图 电子示波器由示波管、垂直偏转系统、水平偏转系统和主机等部分组成，基本框图如图1所示。

图1 示波器的基本方框图

其中，垂直偏转系统包括垂直衰减器和垂直放大器。它将垂直输人信号衰减或放大到一定幅度，输出推挽信号，加到示波管的垂直偏转板，使电子射线的垂直偏转距离正比于被测信号的瞬时值。水平偏转系统从外触发输人端经触发电路、扫描电路、水平放大器到示波管的水平偏转板。触发电路将被测信号或外触发输人信号置换成触发脉冲启动扫描电路。扫描电路在触发脉冲作用下，产生随时间线性变化的锯齿波扫描电压，经水平放大器放大后，以推挽形式加到示波管的水平偏转板，使电子射线的水平偏转距离正比于时间。示波器作为显示器，在信号电压和锯齿波电压的联合作用下，其电子射线在作垂直运动的同时，又以等速度沿水平方向移动，因而在荧光屏上描绘出被测信号随时间变化的波形，即被测信号的瞬时值与时间在直角坐标系中的函数图像。

电源由高压电源和低压电源两部分组成，供给示波管及各组成部分所需要的直流电压和灯丝电压。消隐与增辉电路用来传送和放大增辉和消隐信号。示波器中除示波管、垂直偏转系统和水平偏转系统外，其余部分统称为主机。

（2）示波管 示波管是示波器的核心，示波器一般采用静电聚焦、静电偏转式示波管。它由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，封装在抽成真空的玻璃壳内。它能把被测的信号转换为光信号，并在示波管的荧光屏上显示出来，其基本结构如图2所示。

图2 示波管基本结构图(T—灯丝；K—阴极；G—控制栅极；A1一第一阳极；A2一第二阳极；Y—Y轴偏转板；X一X轴偏转板，C—导电层)

示波管的外壳为一圆筒状的玻璃管，管颈前半部细长，后半部成漏斗状，最后形成圆形或矩形的荧光显示屏。玻璃管内抽成真空，并在其内安装了电子枪和偏转系统。

①电子枪。电子枪的作用是发射一束高速运动并聚焦成细束的电子射线。电子枪由阴极、控制栅极、第一阳极（A1）和第二阳极（A2）组成。

阴极是一个金属圆筒，外层涂有稀土氧化物，筒内装有灯丝，灯丝通电后阴极受热，向外发射电子。控制栅极是套在阴极外面的金属圆筒，顶部中心有一小孔，阴极发射的电子在阳极的高电压作用下，沿着控制栅极的小孔经阳极直冲荧光屏，形成光点。控制栅极的作用就是控制电子射线的强弱，它加有一个比阴极更低的负电压，改变这个负压的数值，就会改变穿过小孔的电子数目，也就改变了光点的亮度。示波器面板一般都设有“亮度”或“辉度”旋钮，用以改变控制栅极的负压而调节荧光屏上光点或波形的亮度。

第一阳极A1和第二阳极A2是两个圆形的金属筒，加有对阴极为正的电压（A2为800V～3kV，A1为A2的0．2～0．5倍），它们对阴极发射的电子具有吸引力，使电子通过控制栅极后开始向荧光屏方向加速，而在两个阳极之间形成的电场，对电子具有聚焦的作用，使电子聚合在一起形成很细的一束，电子束被轰击后在荧光屏上形成一清晰的光点。改变两阳极间的电压，可以影响光点的位置。在示波器面板上用来改变第一阳极电压的电位器叫“聚焦”，改变第二阳极电压的电位器叫“辅助聚焦”，两者配合恰当，可使光点正好落在荧光屏上，获得清晰图像。

为了增加电子束的能量，常在荧光屏附近增加一石墨涂层作为第三阳极，其上加几千伏的高压，可使电子束进一步加速而获得足够的能量，以提高光点的亮度。

②荧光屏。示波器的荧光屏是电－光转换的关键部分。在示波管玻璃屏面的内壁涂有一层荧光物质，这