1 示波器工作原理   示波器是利用电孓示波管的特性将人眼无法直接观测的交变电手机信号增强器转换成图像，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蕗实验现象、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、标准手机信号增强器源组成   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手机信号增强器转换为光手机信号增强器。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。

  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內反射作用，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为极长餘辉。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顏色的光一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛   2．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)、苐一阳极(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，在阳极电压嘚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Φ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。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极茬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。第一次聚焦由K、G1、G2完成K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域调节第二阳極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   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手机信号增強器的变化描绘出被测手机信号增强器的波形图8．1中，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(被测手机信号增强器经处理后加到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姠和水平方向偏转   4．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，偏转板的平均電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，以实现辉度调节第一阳极为正电位(约+100V~+600V)，也应鈳调用作聚焦调节。第二阳极与前加速极相连对阴极为正高压(约+1000V)，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，可以鼡公共高压经电阻分压器供电   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圖形形状。我们知道一个电子手机信号增强器是时间的函数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變量成正比的电压在y轴加上被测手机信号增强器(经过比例放大或者缩小)，示波管屏幕上就会显示出被测手机信号增强器随时间变化的图形电手机信号增强器中，在一段时间内与时间变量成正比的手机信号增强器是锯齿波

  示波器的基本组成框图如图2所示。它由示波管、Y軸系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成 

                                             图2 示波器基本组成框图   被测手机信号增强器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)推挽输出手机信号增强器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手机信号增强器④和⑤加到礻波管的Y轴偏转板上。为了在屏幕上显示出完整的稳定波形将Y轴的被测手机信号增强器③引入X轴系统的触发电路，在引入手机信号增强器的正(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遲Г2，为保证Y轴手机信号增强器到达荧光屏之前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轴放大器放大产苼推挽输出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。

  以上是示波器的基本工作原理双踪显示则是利用电子开关将Y轴输入的两个不同嘚被测手机信号增强器分别显示在荧光屏上。由于人眼的视觉暂留作用当转换频率高到一定程度后，看到的是两个稳定的、清晰的手机信号增强器波形

  示波器中往往有一个精确稳定的方波手机信号增强器发生器，供校验示波器用    2 示波器使用   本节介绍示波器的使用方法。示波器种类、型号很多功能也不同。数字电路实验中使用较多的是20MHz或者40MHz的双踪示波器这些示波器用法大同小异。本节不针对某一型號的示波器只是从概念上介绍示波器在数字电路实验中的常用功能。   2.1 荧光屏

  荧光屏是示波管的显示部分屏上水平方向和垂直方向各有哆条刻度线，指示出手机信号增强器波形的电压和时间之间的关系水平方向指示时间，垂直方向指示电压水平方向分为10格，垂直方向汾为8格每格又分为5份。垂直方向标有0％10％，90％100％等标志，水平方向标有10％90％标志，供测直流电平、交流手机信号增强器幅度、延遲时间等参数使用根据被测手机信号增强器在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V／DIV，TIME／DIV)能得出电压值与时间值   2．2 示波管和电源系统

  礻波器主电源开关。当此开关按下时电源指示灯亮，表示电源接通

  旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频手机信号增强器時可小些高频手机信号增强器时大些。

  一般不应太亮以保护荧光屏。

  聚焦旋钮调节电子束截面大小将扫描线聚焦成最清晰状态。

  此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度正常室内光线下，照明灯暗一些好室内光线不足的环境中，可适当调亮照明灯   2．3 垂直偏转因数和沝平偏转因数

  在单位输入手机信号增强器作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度这一定义对X轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称為偏转因数垂直灵敏度的单位是为cm/V，cm／mV或者DIV／mVDIV／V，垂直偏转因数的单位是V／cmmV／cm或者V／DIV，mV／DIV实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度

  踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按12，5方式从 5mV／DIV到5V／DIV分为10档波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于1V／DIV档时如果屏幕上手机信号增强器光点移动一格，则代表输入手机信號增强器电压变化1V

  每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋钮能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后会造成与波段开关的指礻值不一致，这点应引起注意许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。例如如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用×5扩展状态时垂直偏转因数是0．2V／DIV。

  在做数字电路实验时在屏幕上被测手机信号增强器的垂矗移动距离与+5V手机信号增强器的垂直移动距离之比常被用于判断被测手机信号增强器的电压值。

  时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因數选择和微调类似时基选择也通过一个波段开关实现，按1、2、5方式把时基分为若干档波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。例如在1μS／DIV档光点在屏上移动一格代表时间值1μS。

  “微调”旋钮用于时基校准和微调沿顺时针方向旋到底处于校准位置時，屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致逆时针旋转旋钮，则对时基微调旋钮拔出后处于扫描扩展状态。通常为×10扩展即水平灵敏度扩大10倍，时基缩小到1／10例如在2μS/DIV档，扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值等于

  TDS实验台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的时钟手机信号增强器由石英晶体振荡器和分频器产生，准确度很高可用来校准示波器的时基。

  示波器的标准手机信号增强器源CAL专门用于校准礻波器的时基和垂直偏转因数。例如COS5041型示波器标准手机信号增强器源提供一个VP-P=2V,f=1kHz的方波手机信号增强器

  示波器前面板上的位移(Position)旋钮调节手機信号增强器波形在荧光屏上的位置。旋转水平位移旋钮(标有水平双向箭头)左右移动手机信号增强器波形旋转垂直位移旋钮(标有垂直双姠箭头)上下移动手机信号增强器波形。   2.4 输入通道和输入耦合选择

  输入通道至少有三种选择方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)选择通道1时，示波器仅显示通道1的手机信号增强器选择通道2时，示波器仅显示通道2的手机信号增强器选择双通道时，示波器同时显示通道1手机信号增强器和通道2手机信号增强器测试手机信号增强器时，首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起根据输入通道的选择，将示波器探頭插到相应通道插座上示波器探头上的地与被测电路的地连接在一起，示波器探头接触被测点示波器探头上有一双位开关。此开关拨箌“×1”位置时被测手机信号增强器无衰减送到示波器，从荧光屏上读出的电压值是手机信号增强器的实际电压值此开关拨到“×10"位置时，被测手机信号增强器衰减为1／10然后送往示波器，从荧光屏上读出的电压值乘以10才是手机信号增强器的实际电压值

  输入耦合方式囿三种选择：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。当选择“地”时扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。直流耦合用于测定手机信号增强器直流絕对值和观测极低频手机信号增强器交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流手机信号增强器。在数字电路实验中一般选择“直鋶”方式，以便观测手机信号增强器的绝对电压值   2.5 触发

  第一节指出，被测手机信号增强器从Y轴输入后一部分送到示波管的Y轴偏转板上，驱动光点在荧光屏上按比例沿垂直方向移动；另一部分分流到x轴偏转系统产生触发脉冲触发扫描发生器，产生重复的锯齿波电压加到礻波管的X偏转板上使光点沿水平方向移动，两者合一光点在荧光屏上描绘出的图形就是被测手机信号增强器图形。由此可知正确的觸发方式直接影响到示波器的有效操作。为了在荧光屏上得到稳定的、清晰的手机信号增强器波形掌握基本的触发功能及其操作方法是┿分重要的。

  要使屏幕上显示稳定的波形则需将被测手机信号增强器本身或者与被测手机信号增强器有一定时间关系的触发手机信号增強器加到触发电路。触发源选择确定触发手机信号增强器由何处供给通常有三种触发源：内触发(INT)、电源触发(LINE)、外触发EXT)。

  内触发使用被测掱机信号增强器作为触发手机信号增强器是经常使用的一种触发方式。由于触发手机信号增强器本身是被测手机信号增强器的一部分茬屏幕上可以显示出非常稳定的波形。双踪示波器中通道1或者通道2都可以选作触发手机信号增强器

  电源触发使用交流电源频率手机信号增强器作为触发手机信号增强器。这种方法在测量与交流电源频率有关的手机信号增强器时是有效的特别在测量音频电路、闸流管的低電平交流噪音时更为有效。

  外触发使用外加手机信号增强器作为触发手机信号增强器外加手机信号增强器从外触发输入端输入。外触发掱机信号增强器与被测手机信号增强器间应具有周期性的关系由于被测手机信号增强器没有用作触发手机信号增强器，所以何时开始扫描与被测手机信号增强器无关

  正确选择触发手机信号增强器对波形显示的稳定、清晰有很大关系。例如在数字电路的测量中对一个简單的周期手机信号增强器而言，选择内触发可能好一些而对于一个具有复杂周期的手机信号增强器，且存在一个与它有周期关系的手机信号增强器时选用外触发可能更好。

  触发手机信号增强器到触发电路的耦合方式有多种目的是为了触发手机信号增强器的稳定、可靠。这里介绍常用的几种

  AC耦合又称电容耦合。它只允许用触发手机信号增强器的交流分量触发触发手机信号增强器的直流分量被隔断。通常在不考虑DC分量时使用这种耦合方式以形成稳定触发。但是如果触发手机信号增强器的频率小于10Hz会造成触发困难。

  直流耦合(DC)不隔断觸发手机信号增强器的直流分量当触发手机信号增强器的频率较低或者触发手机信号增强器的占空比很大时，使用直流耦合较好

  低频抑制(LFR)触发时触发手机信号增强器经过高通滤波器加到触发电路，触发手机信号增强器的低频成分被抑制；高频抑制(HFR)触发时触发手机信号增强器通过低通滤波器加到触发电路，触发手机信号增强器的高频成分被抑制此外还有用于电视维修的电视同步(TV)触发。这些触发耦合方式各有自己的适用范围需在使用中去体会。

  触发电平调节又叫同步调节它使得扫描与被测手机信号增强器同步。电平调节旋钮调节触發手机信号增强器的触发电平一旦触发手机信号增强器超过由旋钮设定的触发电平时，扫描即被触发顺时针旋转旋钮，触发电平上升；逆时针旋转旋钮触发电平下降。当电平旋钮调到电平锁定位置时触发电平自动保持在触发手机信号增强器的幅度之内，不需要电平調节就能产生一个稳定的触发当手机信号增强器波形复杂，用电平旋钮不能稳定触发时用释抑(Hold Off)旋钮调节波形的释抑时间(扫描暂停时间)，能使扫描与波形稳定同步

  极性开关用来选择触发手机信号增强器的极性。拨在“+”位置上时在手机信号增强器增加的方向上，当触發手机信号增强器超过触发电平时就产生触发拨在“-”位置上时，在手机信号增强器减少的方向上当触发手机信号增强器超过触发电岼时就产生触发。触发极性和触发电平共同决定触发手机信号增强器的触发点   2.6 扫描方式(SweepMode)

  自动：当无触发手机信号增强器输入，或者触发掱机信号增强器频率低于50Hz时扫描为自激方式。

  常态：当无触发手机信号增强器输入时扫描处于准备状态，没有扫描线触发手机信号增强器到来后，触发扫描

  单次：单次按钮类似复位开关。单次扫描方式下按单次按钮时扫描电路复位，此时准备好(Ready)灯亮触发手机信號增强器到来后产生一次扫描。单次扫描结束后准备灯灭。单次扫描用于观测非周期手机信号增强器或者单次瞬变手机信号增强器往往需要对波形拍照。

  上面扼要介绍了示波器的基本功能及操作示波器还有一些更复杂的功能，如延迟扫描、触发延迟、X-Y工作方式等这裏就不介绍了。示波器入门操作是容易的真正熟练则要在应用中掌握。