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  • 實驗室示波器的應用工作原理

     1示波器工作原理


        示波器是利用電子示波管的特性,將人眼無法直接觀測的交變電信號轉換成圖像,顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。它是觀察數字電路實驗現象、分析實驗中的問題、測量實驗結果必不可少的重要儀器。示波器由示波管和電源系統、同步系統、X軸偏轉系統、Y軸偏轉系統、延遲掃描系統、標準信號源組成。


        1.1示波管


        陰極射線管(CRT)簡稱示波管,是示波器的核心。它將電信號轉換為光信號。電子槍、偏轉系統和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內,構成了一個完整的示波管。


        1.熒光屏


        現在的示波管屏面通常是矩形平面,內表面沉積一層磷光材料構成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發鋁膜。高速電子穿過鋁膜,撞擊熒光粉而發光形成亮點。鋁膜具有內反射作用,有利于提高亮點的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。


        當電子停止轟擊后,亮點不能立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10%所經過的時間叫做“余輝時間”。余輝時間短于10μs為極短余輝,10μs—1ms為短余輝,1ms—0.1s為中余輝,0.1s-1s為長余輝,大于1s為極長余輝。一般的示波器配備中余輝示波管,高頻示波器選用短余輝,低頻示波器選用長余輝。


        由于所用磷光材料不同,熒光屏上能發出不同顏色的光。一般示波器多采用發綠光的示波管,以保護人的眼睛。

    2.示波管的電源


        為使示波管正常工作,對電源供給有一定要求。規定第二陽極與偏轉板之間電位相近,偏轉板的平均電位為零或接近為零。陰極必須工作在負電位上。柵極G1相對陰極為負電位(—30V~—100V),而且可調,以實現輝度調節。第一陽極為正電位(約+100V~+600V),也應可調,用作聚焦調節。第二陽極與前加速極相連,對陰極為正高壓(約+1000V),相對于地電位的可調范圍為±50V。由于示波管各電極電流很小,可以用公共高壓經電阻分壓器供電。

       


        3.偏轉系統


        偏轉系統控制電子射線方向,使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。Y1、Y2和Xl、X2兩對互相垂直的偏轉板組成偏轉系統。Y軸偏轉板在前,X軸偏轉板在后,因此Y軸靈敏度高(被測信號經處理后加到Y軸)。兩對偏轉板分別加上電壓,使兩對偏轉板間各自形成電場,分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉。


         4.電子槍及聚焦


        電子槍由燈絲(F)、陰極(K)、柵極(G1)、前加速極(G2)(或稱第二柵極)、第一陽極(A1)和第二陽極(A2)組成。它的作用是發射電子并形成很細的高速電子束。燈絲通電加熱陰極,陰極受熱發射電子。柵極是一個頂部有小孔的金屬園筒,套在陰極外面。由于柵極電位比陰極低,對陰極發射的電子起控制作用,一般只有運動初速度大的少量電子,在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔,奔向熒光屏。初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過低,則全部電子返回陰極,即管子截止。調節電路中的W1電位器,可以改變柵極電位,控制射向熒光屏的電子流密度,從而達到調節亮點的輝度。第一陽極、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒。前加速極G2與A2相連,所加電位比A1高。G2的正電位對陰極電子奔向熒光屏起加速作用。


        電子束從陰極奔向熒光屏的過程中,經過兩次聚焦過程。第一次聚焦由K、G1、G2完成,K、K、G1、G2叫做示波管的第一電子透鏡。第二次聚焦發生在G2、A1、A2區域,調節第二陽極A2的電位,能使電子束正好會聚于熒光屏上的一點,這是第二次聚焦。A1上的電壓叫做聚焦電壓,A1又被叫做聚焦極。有時調節A1電壓仍不能滿足良好聚焦,需微調第二陽極A2的電壓,A2又叫做輔助聚焦極。


        1.2示波器的基本組成


        從上一小節可以看出,只要控制X軸偏轉板和Y軸偏轉板上的電壓,就能控制示波管顯示的圖形形狀。我們知道,一個電子信號是時間的函數f(t),它隨時間的變化而變化。因此,只要在示波管的X軸偏轉板上加一個與時間變量成正比的電壓,在y軸加上被測信號(經過比例放大或者縮小),示波管屏幕上就會顯示出被測信號隨時間變化的圖形。電信號中,在一段時間內與時間變量成正比的信號是鋸齒波。


        它由示波管、Y軸系統、X軸系統、Z軸系統和電源等五部分組成。


         被測信號①接到“Y"輸入端,經Y軸衰減器適當衰減后送至Y1放大器(前置放大),推挽輸出信號②和③。經延遲級延遲Г1時間,到Y2放大器。放大后產生足夠大的信號④和⑤,加到示波管的Y軸偏轉板上。為了在屏幕上顯示出完整的穩定波形,將Y軸的被測信號③引入X軸系統的觸發電路,在引入信號的正(或者負)極性的某一電平值產生觸發脈沖⑥,啟動鋸齒波掃描電路(時基發生器),產生掃描電壓⑦。由于從觸發到啟動掃描有一時間延遲Г2,為保證Y軸信號到達熒光屏之前X軸開始掃描,Y軸的延遲時間Г1應稍大于X軸的延遲時間Г2。掃描電壓⑦經X軸放大器放大,產生推挽輸出⑨和⑩,加到示波管的X軸偏轉板上。z軸系統用于放大掃描電壓正程,并且變成正向矩形波,送到示波管柵極。這使得在掃描正程顯示的波形有某一固定輝度,而在掃描回程進行抹跡。

    文章來源北京凡實測控技術有限公司    文章鏈接:http://www.laiamolins.com/syssbqdygzyl


    2018年08月31日

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