示波器波形显示原理

信号示波测量技术波形显示原理一、概述示波器是将人眼看不见的电信号转换成可见图像显示出来。X轴代表时间，Y轴代表电压，可以直接观测到被测信号瞬时电压随时间变化的规律。示波器是典型的时域测量仪器。从示波器对信号的处理方式出发可分为：模拟示波器 数字示波器 进一步可分为：通用示波器 取样示波器 存储示波器 专用示波器通用示波器是采用单束示波管的示波器，如单踪示波器、多踪示波器、高灵敏示波器、慢灵敏示波器等。它们运用基本显示原理，可对电信号进行定性、定量测量。取样示波器通常采用取样技术把高频信号转换为低频信号，再运用通用示波器的基本原理观测信号。一般用于观测频率高、速度快的脉冲信号。存储示波器是具有存储信息功能的示波器，它除了能对周期性信号进行观测外，还能对单次瞬变过程、非周期现象、低重复频率的信号进行观测。特种示波器是指满足特殊用途或有特殊装置的示波器，如电视示波器、矢量示波器、晶体管特性图示仪及逻辑分析性等。二、示波测量的基本原理示波管 示波管是示波器观测电信号波形的关键器件，通常采用具有静电偏转的阴极射线示波管（CRT）阴极射线示波管 CRT主要由电子枪、偏转系统、荧光屏三部分组成其工作原理是：由电子枪产生的高速电子束轰击荧光屏的相应部位使荧光屏发光，而偏转系统则能使电子束发生偏转，从而改变荧光屏上光点的位置。E 辉度 聚焦 辅助聚焦 +EFGKA1A2Y偏转板X偏转板荧光屏电子枪偏转系统荧光屏1.电子枪（1）作用：发射电子并形成很细的高速电子束。（2）组成：灯丝F、阴极K、栅极G和阳极A1、A2。1）灯丝F、阴极K 当电流流过灯丝后对阴极加热，阴极产生大量电子，并在后续电场作用下轰击荧光屏发光。2）控制栅极G 用来控制射向荧光屏的电流密度，从而改变荧光屏亮点的辉度。3）第一阳极A1、第二阳极A2 A1和A2对电子束进行聚焦并加速，使到达荧光屏的电子形成很细的一束并具有很高速度。偏转系统（1）作用：使电子束发生偏转。（2）组成：垂直偏转板(Y1、Y2)和水平偏转板(X1、X2)1）X偏转板控制电子束水平方向的偏转，Y偏转板控制电子束垂直方向的偏转。电子束在垂直偏转和水平偏转电场的共同作用下，射向荧光屏上的指定位置，并形成光点。2）如果在两对偏转板上各加一稳定直流电压、光点会停留在荧光屏上的某一位置；如果都加交流电压，光点会随交流电压的变化而作上下左右的运动。3）电子束在荧光屏上的垂直偏转距离y为：y=SyUy Sy为垂直偏转因数(cm/V)Uy为加在两垂直偏转板上的电压荧光屏（1）作用：将电信号变为光信号。（2）组成：荧光屏的内管壁上涂有一层磷光物质，由磷光物质构成荧光膜在受到高速电子轰击后，将电子的动能转化为光能，形成光点，并能持续一定时间(称为余辉时间)。1）正是利用荧光屏的余辉，在电子束随信号电压偏转时，才能观察到由光点的移动轨迹而形成的整个信号波形。2）当高速电子束轰击荧光屏时，其动能除转变为光外，也将产生热。在使用示波器时不应当使光点长时间停留在一个位置上。3）荧光屏的中间平整部分称为有效面积。使用示波器，应尽量将波形呈现在有效面积内。Uxt0TsTb TwTs:扫描正程时间，电子束从左到右运动；Tb:扫描逆程时间或扫描回程时间，电子束从右到左运动；Tw:扫描休止时间。扫描电压周期Tx=Ts+Tb+Tw。理想状态下：Tb=Tw=0，Tx=Ts。（3）X偏转板加扫描电压Ux Y偏转板加被测信号电压Uy 则在荧光屏上显示被测信号波形。同步要在荧光屏上显示n个稳定波形(同步)的条件：1）待测信号Uy为频率fy稳定的周期性信号。2）扫描信号Ux为频率fx稳定的锯齿波电压。3）fx=nfy(n为正整数)扫描过程中的增辉与消隐 在实际示波显示中，在扫描回程电压与被测信号电压的共同作用下会对显示波形产生影响。为使扫描回程时间产生波形不在荧光屏上显示，可以设法在扫描正程时间使电子枪发射更多电子，即示波器增辉；或在扫描回程时间使电子枪发射电子减少，即示波器消隐。如果扫描正程时间是扫描回程时间的4倍，要观察2000Hz的正弦波电压的4个周期，连续扫描的频率应该是多少？