电子示波器的结构原理

电子示波器的结构原理
1.示波管
示波管是示波器的主要部件,其作用是把待观察的电压信号变换成发光的图形显示出来。示波管是由电子枪、偏转板、荧光屏三个主要部分组成。
(1)电子枪:电子枪的作用是产生和发射出一束高速的电子射线轰击在荧光屏上,使荧光屏亮出光点。电子枪包括灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极、第二阳极和第三阳极。灯丝:一般是通以6.3V交流电压,用来加热阴极;阴极:灯丝通电后,阴极受热而发射电子;控制栅极:控制阴极发射出来的电子数;
第一阳极:对电子射线进行聚焦;
第二阳极:加速从阴极发射出来的电子,并配合第一阳极对电子射线进行聚焦;
第三阳极:是在示波管的锥体内部涂上一层石墨形成的。它有三个作用:第一,加快经过偏转区后的电子射线的速度,使荧光屏提高亮度;第二,回收因电子射线以很高速度射向荧光屏后而产生的二次电子;第三,起屏蔽作用,使电子射线不受外来强电场的干扰。
(2)偏转板:偏转板有两对。一对是Y轴偏转板(或称垂直偏转板);另一对是X轴偏转板(或称水平偏转板)。偏转板的作用是使电子束按一定规律上下、左右移动。如果没有偏转板的控制作用,亮点只能停留在荧光屏的中心。
(3)荧光屏:它是用发光材料涂在玻璃屏的内壁形成的。电子束轰击荧光屏使它发光,显示出被测信号的图形。荧光屏的材料不同,荧光屏的发光颜色也不同,通常有绿、黄、蓝等色。
当电子束停止轰击后,因荧光粉的发光作用要经过一定时间才停止,这段时间叫做余辉时间,一般分长余辉、中余辉和短余辉三种。一般示波器采用比较多的是中余辉示波管;当观察频率较低的信号时,可用余辉时间较长的示波管;当观察频率较高的信号时,需用余辉时间较短的示波管。
(4)示波管的型号及其意义:示波管的型号由四部分组成。
第一部分的阿拉伯数字代表荧光屏的直径或对角线长度,以厘米为单位,取其整数,如13SJ37J,其荧光屏的直径是13.6cm,取整数13;
第二部分的汉语拼音字母代表管子的类型,如SJ表示静电式电子射线管;
第三部分的阿拉伯数字代表型号的序数,即大小相同的各种示波管的不同性能;
第四部分的汉语拼音字母代表示波管的余辉程度。J代表中余辉,D代表长余辉,A代表短余辉。
2.亮点亮度控制原理
亮点亮度的控制是通过改变控制栅极和阴极之间的电位差,从而控制通过控制栅极的电子数目而实现的。调节辉度电位器,使控制栅极电压负值越大,控制栅极和阴极之间电位差越大,通过控制栅极的电子数目就越少,荧光屏上亮点较暗;相反,控制栅极和阴极之间电位差小,通过控制栅极的电子数目就越多,荧光屏上的亮点就越亮。
3.亮点

聚焦原理
示波器亮点的聚焦,是由第一阳极和第二阳极组成的电子透镜系统所产生的静电场来完成的。第二阳极和第一阳极相比是处于正电位,并有一定的电位差,因此它们之间就有静电场存在。根据电子逆电力线方向运动的原理,电子从阴极发射出来后,受到静电场的作用,使电子集中形成一束很细的电子射线,在荧光屏上呈现一个亮点。改变第一阳极和第二阳极的位差,是利用聚焦点电位器和辅助聚焦点电位器来实现的。
4.示波器波形形成原理
现在常用的示波管一般是采用静电偏转的方法。所谓静电偏转,就是在偏转板之间加上一定的电压,这样就会在偏转板两极之间产生静电场。当电子射线通过偏转区域时受到电场力的作用而产生偏转。
(1)偏转板上加直流电压:在偏转板上加直流电压,两偏转板之间产生静电场,电场的电力线方向是由“+”向“-”,所以电子射线向上移动。反之把所加极性对换一下,则电场方向相反,电子射线向下移动。如果偏转板两极之间电位相等,亮点则在荧光屏的中心。
(2)Y轴偏转板上加周期性变化电:在Y轴偏转两极板上加周期性变化电压,两极板间产生交变电场,电子射线经过偏转板时将受到交变电场的控制。由于荧光屏的余辉和人们眼睛的视觉残留作用,荧光屏就显示出电子射线周期性运动轨迹———垂直线。
(3)X轴偏转板上加锯齿形电压:X轴偏转板和Y轴偏转板的作用和原理一样,示波器观察一个随时间变化的信号波形必须在荧光屏的水平方向显示一条扫描线。如果在X轴偏转板上加锯齿形电压,就能得到水平扫描线。为了分析方便,我们把锯齿形电压的一个周期t1～t4分为三个阶段来讨论。
第一个阶段(t1～t2):在这段时间内,锯齿形电压处于正半周。假设a极为正电位,b极为负电位,亮点向左移动。当时间由t1变为t2时,锯齿形电压由正峰值趋向0,偏转板a、b之间电位差减小,亮点逐步向荧光屏中心移动。在时间t2时,偏转板a、b之间电压相等,亮点就处于荧光屏中心。
第二个阶段(t2～t3):锯齿形电压由零下降到负半周的峰值,此时偏转板a极为负电位,b极为正电位,亮点由中间逐步向右移动。在时间t3时,亮点到达荧光屏的右边。
第三个阶段(t3～t4):锯齿形电压从负峰值瞬间上升到正峰值,亮点从荧光屏的右边迅速回到左边。锯齿形电压的一个周期完成一次扫描,如果每秒钟扫描次数达到十几次以上,加上荧光屏的余辉作用,我们在荧光屏上就能看到一条水平扫描线。水平扫描线的长短与加在X轴偏转板上的锯齿形电压幅度有关。电压幅度大,扫描线长;电压幅度小,扫描线短。
(4)D波形的形成:如在Y轴偏转板上加一个变化量,同时在X轴偏转板上加另一个变

化量,在荧光屏上就能显示两个变化量的函数关系。一般在X轴偏转板上加锯齿形电压;在Y轴偏转板上加被测信号电压。为了便于分析,我们把时间分成若干小段。
当t=1时,Y轴偏转板上的电位差等于零,X轴偏转板上的电位差为负值,光点在荧光屏“1”的位置。
当t=2时,Y轴和X轴偏转板上都加有一定的电压,在偏转板上电压的作用下,荧光屏上的光点向“2”位置移动。其他的各个时间区域的光点移动位置可依此类推,结果在示波管的屏幕上就形成了一个完整的与施加在Y轴偏转板上的信号相同的波形。
当光点到达“5”位置时,Y轴上的信号电压变化了一个周期,此时X轴上的电压立即回复到起始数值,光点也就恢复到“1”的位置。接着就进入第二个周期,在第二个周期中,光点又进行与上述同样的移动。
在这里要指出的是,锯齿形波的重复周期与被测信号的重复周期相等,或者是等于被测信号周期的整数倍时,在屏幕上才能显示出稳定的图形。否则,每次扫描出现的信号波形就不会完全吻合。这时在屏幕上显示的图像就会不断移动,甚至难以观察,所以在电子示波器中必须加入同步触发电路,使能显示出稳定的图形。更多电子元件资料https://www.360docs.net/doc/923420105.html,