模擬示波器的基本工作原理

1、模擬示波器的基本工作原理模擬示波器的基本工作原理1回顧中學(xué)的沙漏實(shí)驗(yàn)——隨時(shí)間變化的信號(hào)如何在平面展示物理學(xué)理論可以證明，一端通過(guò)細(xì)繩固定的重物在作擺動(dòng)時(shí)，與中心垂線的距離滿足正弦波規(guī)律。沙漏實(shí)驗(yàn)可以清晰地顯示這個(gè)隨時(shí)間變化的波形：用沙漏充當(dāng)重物，并且在沙漏底下的桌面上平鋪一張紙，當(dāng)沙漏開始擺動(dòng)時(shí)，讓紙勻速移動(dòng)。這樣，沙漏中流出的細(xì)沙，就在紙上留下了一個(gè)正弦波痕跡，如圖1.1.3所示。利用這種設(shè)計(jì)思想，可以完成波形在平面上（對(duì)應(yīng)于時(shí)間的

2、流動(dòng)）的展開。這種設(shè)計(jì)思想在波形記錄、顯示中被廣泛采用，比如心電圖機(jī)，就是用原地?cái)[動(dòng)的電熱針，在勻速移動(dòng)的記錄紙帶上描記出心電波形。利用心電圖機(jī)的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)可以記錄電壓信號(hào)，但是，示波器在大量的應(yīng)用中，并不需要通過(guò)消耗紙張來(lái)記錄波形，而僅僅是觀察波形。因此，可以重復(fù)使用的熒光屏，被應(yīng)用到示波器的設(shè)計(jì)中。2在示波器上描繪一條曲線——電子槍和熒光屏在一個(gè)封閉玻璃管顯示屏的內(nèi)壁涂上熒光粉，當(dāng)熒光粉被大量電子形成的電子束轟擊時(shí)，會(huì)發(fā)出熒光。可以

3、發(fā)出電子束的設(shè)備稱為電子槍，它可以連續(xù)地發(fā)出集束性很強(qiáng)的電子。這些電子束在飛行過(guò)程中，如果遇到電場(chǎng)的作用，會(huì)因電場(chǎng)形成的力而改變運(yùn)行方向，導(dǎo)致最終電子束落到熒光屏上的位置發(fā)生改變，也就是光點(diǎn)改變。根據(jù)這個(gè)原理制造的示波管，其結(jié)構(gòu)如圖1.1.4所示。圖中電子槍發(fā)出的電子束，經(jīng)過(guò)兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板的作用，會(huì)在X、Y兩個(gè)方向上發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)在Y偏轉(zhuǎn)板上加入被測(cè)信號(hào)，而在X偏轉(zhuǎn)板上不加電壓，可以在示波管的熒光屏上看到光點(diǎn)隨著被測(cè)電壓的變化而發(fā)生位置變化—

4、—電壓越大，光點(diǎn)位置越靠上方。當(dāng)在X偏轉(zhuǎn)板上加入一個(gè)鋸齒波，而在Y偏轉(zhuǎn)板上不加電壓，可以看到光點(diǎn)從熒光屏左邊出現(xiàn)，勻速移動(dòng)到右邊，然后又迅速在左邊重復(fù)出現(xiàn)。當(dāng)在X偏轉(zhuǎn)板上加入一個(gè)鋸齒波，而在Y偏轉(zhuǎn)板上加入一個(gè)正弦波，則可以看到，光點(diǎn)在勻速左移的同時(shí)，其Y方向位置出現(xiàn)了正弦變化的規(guī)律，也就是說(shuō)，光點(diǎn)的移動(dòng)軌跡是一個(gè)正弦波。熒光屏光點(diǎn)X偏轉(zhuǎn)板Y偏轉(zhuǎn)板電子槍電子束3怎樣將周期性電壓信號(hào)穩(wěn)定地顯示于熒光屏？白紙勻速移動(dòng)圖1.1.3沙漏擺動(dòng)留下的

5、正弦波圖1.1.4示波管的結(jié)構(gòu)示意圖4怎樣實(shí)現(xiàn)雙蹤波形顯示？一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)示波器只有一套電子槍系統(tǒng)。而在日常測(cè)量中，經(jīng)常需要比較兩個(gè)或者兩個(gè)以上被測(cè)信號(hào)之間的相位，這就需要示波器能夠同時(shí)完成兩路被測(cè)信號(hào)的顯示。這就叫雙蹤顯示。示波器完成雙蹤顯示的方法有兩種，分別叫交替顯示(ALT)、斷續(xù)顯示(CHOP)。它們都是利用人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)的。這一點(diǎn)，類似于計(jì)算機(jī)的多任務(wù)分時(shí)操作，利用設(shè)備的高速性能和人對(duì)事物觀察的緩慢，讓觀察者察覺(jué)不到設(shè)

6、備內(nèi)部的分時(shí)操作。1）交替顯示所謂交替顯示，就是Y軸偏轉(zhuǎn)板上以觸發(fā)掃描的鋸齒波為節(jié)拍，交替接通兩路被測(cè)信號(hào)。如圖1.1.12所示，號(hào)鋸齒波周期內(nèi)，Y軸偏轉(zhuǎn)板上為通道1的正弦波，電子束在熒○1光屏上掃出一個(gè)正弦波片斷，號(hào)鋸齒波開始，Y軸偏轉(zhuǎn)板立即接通通道2的三角波，電○2子束又重新在熒光屏上掃出一個(gè)三角波片斷，如此往復(fù)，就在熒光屏上得到了正弦波和三角波的同時(shí)顯示。在交替顯示中，負(fù)責(zé)切換兩個(gè)通道信號(hào)的電子開關(guān)，是以觸發(fā)后的鋸齒波為節(jié)拍的。因

7、此，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，肉眼可以看出這種切換，不利于波形的穩(wěn)定顯示。所以，此時(shí)一般使用斷續(xù)方式實(shí)現(xiàn)雙蹤顯示。Y軸偏轉(zhuǎn)板被測(cè)信號(hào)X軸偏轉(zhuǎn)板鋸齒波示波器的熒光屏圖1.1.8觸發(fā)電平太高或太低，無(wú)法觸發(fā)鋸齒波，無(wú)波形顯示LevelSlope:Y軸偏轉(zhuǎn)板被測(cè)信號(hào)X軸偏轉(zhuǎn)板鋸齒波示波器的熒光屏圖1.1.9將上升沿觸發(fā)改為下降沿觸發(fā)引起的顯示波形改變LevelSlope:Y軸偏轉(zhuǎn)板被測(cè)信號(hào)X軸偏轉(zhuǎn)板鋸齒波示波器的熒光屏圖1.1.10提高鋸齒波掃速