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示波器的工作原理

 一、示波器的工作原理:
     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.
     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.蕞后,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.

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