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示波器的应用原理如何?

2024-06-07 09:16 来源: 作者/编辑: 浏览次数:6867 手机访问 使用手机“扫一扫”以下二维码,即可分享本文到“朋友圈”中。

示波器是利用电子示波管的特性,将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像,显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。

它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。

示波器由示波管和电源系统、同步系统、x轴偏转系统、y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。

1.1示波管

阴极射线管(crt)简称示波管,是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内,构成了一个完整的示波管。

1.荧光屏

现在的示波管屏面通常是矩形平面,内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜,撞击荧光粉而发光形成亮点。

铝膜具有内反射作用,有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。

当电子停止轰击后,亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10%所经过的时间叫做“余辉时间”。

余辉时间短于10μs为极短余辉,10μs—1ms为短余辉,1ms—0.1s为中余辉,0.1s-1s为长余辉,大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管,高频示波器选用短余辉,低频示波器选用长余辉。

由于所用磷光材料不同,荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管,以保人的眼睛。

2.示波管的电源

为使示波管正常工作,对电源供给有一定要求。规定第二阳极与偏转板之间电位相近,偏转板的平均电位为零或接近为零。

阴极必须工作在负电位上。栅极g1相对阴极为负电位(—30v~—100v),而且可调,以实现辉度调节。

阳极为正电位(约+100v~+600v),也应可调,用作聚焦调节。

第二阳极与前加速极相连,对阴极为正高压(约+1000v),家园守卫战论坛相对于地电位的可调范围为±50v。由于示波管各电极电流很小,可以用公共高压经电阻分压器供电。

3.偏转系统

偏转系统控制电子射线方向,使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。

y1、y2和xl、x2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。y轴偏转板在前,x轴偏转板在后,因此y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到y轴)。

两对偏转板分别加上电压,使两对偏转板间各自形成电场,分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。

4.电子枪及聚焦

电子枪由灯丝(f)、阴极(k)、栅极(g1)、前加速极(g2)(或称第二栅极)、阳极(a1)和第二阳极(a2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极,阴极受热发射电子。

栅极是一个顶部有小孔的金属园筒,套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低,对阴极发射的电子起控制作用,一般只有运动初速度大的少量电子,在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔,奔向荧光屏。

初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低,则全部电子返回阴极,即管子截止。

调节电路中的w1电位器,可以改变栅极电位,控制射向荧光屏的电子流密度,从而达到调节亮点的辉度。

阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极g2与a2相连,所加电位比a1高。g2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。

电子束从阴极奔向荧光屏的过程中,经过两次聚焦过程。次聚焦由k、g1、g2完成,吉娜·维尔德k、k、g1、g2叫做示波管的电子透镜。

第二次聚焦发生在g2、a1、a2区域,调节第二阳极a2的电位,能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点,这是第二次聚焦。

a1上的电压叫做聚焦电压,a1又被叫做聚焦极。有时调节a1电压仍不能满足良好聚焦,需微调第二阳极a2的电压,a2又叫做辅助聚焦极。

1.2示波器的基本组成

从上一小节可以看出,只要控制x轴偏转板和y轴偏转板上的电压,就能控制示波管显示的图形形状。

我们知道,一个电子信号是时间的函数f(t),它随时间的变化而变化。

因此,只要在示波管的x轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压,在y轴加上被测信号(经过比例放大或者缩小),示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。

电信号中,在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。

它由示波管、y轴系统、x轴系统、z轴系统和电源等五部分组成。

被测信号①接到“y"输入端,经y轴衰减器适当衰减后送至y1放大器(前置放大),推挽输出信号②和③。

经延迟级延迟г1时间,到y2放大器。放大后产生足够大的信号④和⑤,加到示波管的y轴偏转板上。

为了在屏幕上显示出完整的稳定波形,将y轴的被测信号③引入x轴系统的触发电路;

在引入信号的正(或者负)极性的某一电平值产生触发脉冲⑥,启动锯齿波扫描电路(时基发生器),产生扫描电压⑦。

由于从触发到启动扫描有一时间延迟г2,为保证y轴信号到达荧光屏之前x轴开始扫描,y轴的延迟时间г1应稍大于x轴的延迟时间г2。

扫描电压⑦经x轴放大器放大,产生推挽输出⑨和⑩,加到示波管的x轴偏转板上。

z轴系统用于放大扫描电压正程,并且变成正向矩形波,送到示波管栅极。这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度,而在扫描回程进行抹迹。

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