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2014-12-10 09:36| 编辑:电工学习网| 查看: 6646| 评论: 0

摘要: 示波器是一种用途很广的电子测量仪器。利用它可以测出电信号的一系列参数,如信号电压(或电流)的幅度、周期(或频率)、相位等。 通用示波器的结构包括垂直放大、水平放大、扫描、触发、示波管及电源等六个部分, ...
    示波器是一种用途很广的电子测量仪器。利用它可以测出电信号的一系列参数,如信号电压(或电流)的幅度、周期(或频率)、相位等。
   
通用示波器的结构包括垂直放大、水平放大、扫描、触发、示波管及电源等六个部分,方框图如图1所示。


图1 示波器结构方框图

    现将各部分的主要作用简述如下:
    1. 电子示波管
    如图2所示,它主要由电子枪、偏转系统、荧光屏三部分组成。电子枪包括灯丝、阴极、栅极和阳极。偏转系统包括Y轴偏转板和X轴偏转板两部分,它们能将电子枪发射出来的电子束,按照加于偏转板上的电压信号作出相应的偏移。荧光屏是位于示波管顶端涂有荧光物质的透明玻璃屏,当电子枪发射出来的电子束轰击到屏时,荧光屏被击中的点上会发光。
    2. 水平(X)、垂直(Y)放大器
    电子示波管的灵敏度比较低,假如偏转板上没有足够的控制电压,就不能明显地观察到光点的移位。为了保证有足够的偏转电压,必须设置放大器将被观察的电信号加以放大。
    3. 扫描发生器
    它的作用是形成一线性电压模拟时间轴,以展示被观察的电信号随时间而变化的情况。


图2 电子示波管结构图

    4. 波形的形成
    在正常情况下, 荧光屏光点的相对移位是和输入到示波器X轴或Y轴上的电压成正比的。例如,一正弦信号电压Uy = sinωt,如图3(a) 所示。图中Y轴表示电压的大小,X轴表示时间,现把Uy 送至示波器的Y轴偏转板上,荧光屏上看到的是一根竖着的直线。这可以从图3中来理解:当to时,Y轴偏转板上的电压Uy 为零,光点无偏移地停在荧光屏O点处。当t1时,Uy 正向增大, 光点偏移至A点。t2时,Uy 达到正向最大值,光点偏移至B点。t3时,Uy 下降,但仍然是正电压,光点回到A点。t4时,电压为零,光点回到原点。可见,光点移动距离与所加电压成正比,故可用来测量电压幅值。


图3 正弦波

    同理,在负半周,t5、t6、t7、t8各时刻光点相继经过C、D、C、O各点。
    上述正弦波电压持续加在垂直偏转板上,光点不断地上下来回移动,只要移动速度足够快,利用视觉暂留效应,在荧光屏上看到的将是一根竖着的直线,如图3(b) 所示。
为了显示正弦波形,在示波器的水平偏转板上需要加线性变化的锯齿波信号电压。如果Y轴偏转板上无信号,单独在X轴偏转板上加锯齿波电压,则荧光屏上也观测到一条直线,只是成水平直线,其形成过程如下:
    在 时, 是负电压,光点在荧光屏上的A点,此后,电压直线上升。当 时,光点移到 B点。 时,电压上升到零值,光点在中心C点处。当 时,光点移到 D点。 时,电压上升到最大值,光点达到E点。然后电压迅速退回到负值,光点也就由E点迅速回到A点,如此不断反复,荧光屏上可以观察到一条水平直线,如图4所示。


图4 锯齿电压波

    如果将被观察的正弦波电压Uy 加在Y轴偏转板上,同时又将扫描电压Ux加在X轴偏转板上,使正弦波的频率与扫描电压波的重复频率相等,那么在荧光屏上就能观察到一个完整的正弦波, 如图2.1.5 所示。其合成过程如下:
    在t0时,Uy =0,Y轴方向无偏移,而Ux为负值,光点沿X轴向右偏移,位于荧光屏上的A点。在t1时,Uy上升,光点向上移,同时Ux也上升,光点又要向右移,合成结果使光点移至荧光屏上的B点。以后,在t2 、t3 、t4 各时刻,光点相继沿C、D、E各点移动。t4 以后,由于 迅速返回至原始状态,光点将从E点迅速返回A点。接着正弦波重新开始第二个周期,扫描电压开始第二次扫描,荧光屏上呈现与第一次相重叠的正弦波形。如此不断重复,荧光屏上可观察到一个稳定的正弦波。
    上述两者是在频率相同情况下,荧光屏显示出一个周期的正弦波。如果正弦波频率 是扫描波重复频率 的二倍时,即 fy=2fx ,则在荧光屏上看到的将是2个周期的正弦波,从而可知,当 = n 时,在荧光屏上将呈现出n个周期的正弦波。
    可以设想,如果fy 与fx 不是成整数倍的关系(n不是整教),波形就不能完全重叠。为了解决这个问题, 通常是把输入Y轴的信号电压作用在扫描发生器上,使扫描频率fy 跟随信号频率fx 作些微小改变,以保持fy与fx成整数倍关系,这个作用称之为"同步"。现代示波器中经常采用的是"触发同步",所"触发同步",是当输入Y轴的信号电压瞬时值达到一定幅值时,触动扫描发生器,产生一个锯齿波电压。这个锯齿波扫描结束后,扫描发生器将处于等待下次触发信号的状态。可见,扫描电压的起始点与输人信号电压的某一瞬时保持同步,保证了波形的稳定。


图5 单周波的合成过程

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