第五章电子示波器 教学目标及要求: 了解: (1)示波器的特点及分类; (2)YB4320型示波器的技术指标; (3)数字存储示波器以及存储式CRT 掌握: (1)示波管的结构及波形显示原理; (2)通用示波器的组成及各组成部分的作用; (3)YB4320型双踪示波器的使用方法; (4)取样的概念及原理; (5)利用示波器测量信号的电压、周期(频率)、时间间隔 以及相位差等
第五章 电子示波器 教学目标及要求： 了解： （1）示波器的特点及分类； （2）YB4320 型示波器的技术指标； （3）数字存储示波器以及存储式 CRT。 掌握： （1）示波管的结构及波形显示原理； （2）通用示波器的组成及各组成部分的作用； （3）YB4320 型双踪示波器的使用方法； （4）取样的概念及原理； （5）利用示波器测量信号的电压、周期（频率）、时间间隔 以及相位差等
第五章电子示波器 5.1概述 51.1电子示波器的特点 作为通用的电子测量仪器,电子示波器具有如下特点: 1)具有良好的直观性,可用于显示信号波形;又可 用来测量信号的瞬时值。 (2)灵敏度高、工作频率范围宽、速度快,给观测瞬 时信号的细节带来很大方便。 (3)输入阻抗高,其值都在兆欧级,所以对被测量电 路的影响很小 (4)是一种良好的信号比较器,可显示和分析任意两 个量之间的函数关系
第五章 电子示波器 5.1 概 述 5.1.1 电子示波器的特点 作为通用的电子测量仪器，电子示波器具有如下特点： （1）具有良好的直观性，可用于显示信号波形；又可 用来测量信号的瞬时值。 （2）灵敏度高、工作频率范围宽、速度快，给观测瞬 时信号的细节带来很大方便。 （3）输入阻抗高，其值都在兆欧级，所以对被测量电 路的影响很小 。 （4）是一种良好的信号比较器，可显示和分析任意两 个量之间的函数关系
第五章电子示波器 512电子示波器的类型 电子示波器的种类和型号繁多,根据其用途和特点的 不同,可分为以下几大类: (1)通用电子示波器。包括简易示波器、慢扫描示波 器、多线示波器和双踪示波器 (2)取样示波器。根据取样原理将高频信号转换为低 频信号,然后以断续亮点显示 (3)存储示波器。其中包括存储式CRT和数字存储 示波器。 (4)数字智能化示波器。 (5)电视示波器。 (6)逻辑分析仪 (7)特种示波器
第五章 电子示波器 5.1.2 电子示波器的类型 电子示波器的种类和型号繁多，根据其用途和特点的 不同，可分为以下几大类： （1）通用电子示波器。包括简易示波器、慢扫描示波 器、多线示波器和双踪示波器。 （2）取样示波器。根据取样原理将高频信号转换为低 频信号，然后以断续亮点显示。 （3）存储示波器。其中包括存储式 CRT 和数字存储 示波器。 （4）数字智能化示波器。 （5）电视示波器。 （6）逻辑分析仪。 （7）特种示波器
第五章电子示波器 5.2示波管波形显示原理 示波器是将看不见的电信号波形转换成可直接观察的 图像,它的核心部件是阴极射线示波管,也称电子示波管 521示波管的分类与应用结构 1.示波管的分类:众所周知,电场和磁场都会使电 子束受力而发生偏转。因此,电子示波管可分为电场偏转 式和磁场偏转式两大类。 示波管的结构:目前,大多数示波器的示波管几 乎都采用电场偏转的阴极射线示波管。它的基本组成可分 为电子枪、偏转系统、荧光屏三个部分。整个装置被密封 在玻璃管内,并抽成真空。就其用途而言,它是把电信号 转换成光信号的器件。普通电子示波管的结构示意图如 图5-1所示
第五章 电子示波器 5.2 示波管波形显示原理 示波器是将看不见的电信号波形转换成可直接观察的 图像，它的核心部件是阴极射线示波管，也称电子示波管。 5.2.1 示波管的分类与应用结构 1. 示波管的分类：众所周知，电场和磁场都会使电 子束受力而发生偏转。因此，电子示波管可分为电场偏 转 式和磁场偏转式两大类。 2. 示波管的结构：目前，大多数示波器的示波管几 乎都采用电场偏转的阴极射线示波管。它的基本组成可分 为电子枪、偏转系统、荧光屏三个部分。整个装置被密封 在玻璃管内，并抽成真空。就其用途而言，它是把电信号 转换成光信号的器件。普通电子示波管的结构示意图如 图 5-1 所示
第五章电子示波器 A K GI G2ALA X F L X RpI Rp2 Rp3 A 图5-1静电偏转式电子示波管结构示意图
第五章 电子示波器 F K G A 1 A 2 Y X Y X A3 A3 S RP1 RP 2 RP 3 1 G2 图 5-1 静电偏转式电子示波管结构示意图
第五章电子示波器 (1)电子枪。电子枪是由灯丝(F)、阴极(K)、控制栅极 (G1)、前加速极(G2)、第一阳极(A1)、第二阳极(A2)和后 加速极(A3)组成。它的作用就是发射电子,并把它加速和汇聚 成很细的电子東来轰击荧光屏发光。灯丝用来加热阴极,阴极上 涂有受热能发射热电子的物质。控制栅极用于控制射向荧光屏的 电子束的密度,从而改变荧光屏光点的辉度。所谓辉度就是荧光 点的明暗程度,通过调节电位器Rp,就能改变栅极与阴极之间 的电压,从而实现对荧光屏上光点辉度的调节。调节电位器Rp2 与Rp3,就能改变电子枪所发出的电子束的粗细,可使电子束在 荧光屏上形成较小的光点,以保证波形显示的清晰度。因此,Rp2 与R3分别被称为聚焦电位器和辅助聚焦电位器。但需要指出的 是,示波管的辉度与聚焦的调节并非独立,即辉度的调节会影响 到聚焦,因此,二者要配合调节。后加速极(A3)位于荧光屏与 偏转板之间,其作用是对电子束作进一步的加速,用以增加光点 的辉度
第五章 电子示波器 （1）电子枪。电子枪是由灯丝（F）、阴极（K）、控制栅极 （G1）、前加速极（G2）、第一阳极（A1）、第二阳极（A2）和后 加速极（A3）组成。它的作用就是发射电子，并把它加速和汇聚 成很细的电子束来轰击荧光屏发光。灯丝用来加热阴极，阴极上 涂有受热能发射热电子的物质。控制栅极用于控制射向荧光屏的 电子束的密度，从而改变荧光屏光点的辉度。所谓辉度就是荧光 点的明暗程度，通过调节电位器 RP 1，就能改变栅极与阴极之间 的电压，从而实现对荧光屏上光点辉度的调节。调节电位器 RP 2 与 RP 3，就能改变电子枪所发出的电子束的粗细，可使电子束在 荧光屏上形成较小的光点，以保证波形显示的清晰度。因此，RP 2 与 RP 3 分别被称为聚焦电位器和辅助聚焦电位器。但需要指出的 是，示波管的辉度与聚焦的调节并非独立，即辉度的调节会影响 到聚焦，因此，二者要配合调节。后加速极（A3）位于荧光屏与 偏转板之间，其作用是对电子束作进一步的加速，用以增加光点 的辉度
第五章电子示波器 (2)偏转系统。在示波管的第二阳极A2后面,是一个由两 对相互垂直的偏转板组成偏转系统。靠近第二阳极的一对偏转板 称为垂直偏转板(也叫Y偏转板),另一对偏转板则称为水平偏 转板(也叫ⅹ偏转板)。在两组偏转板上加上电压后,会各自形 成电场,用其分别控制电子束在垂直和水平方向上的偏转。 在偏转电场的作用下,电子束的运动规律可由图5-2来分析。 Y 电子束偏 A 转轨迹 ++ 电子束→⊙ 图5-2电子束的偏转
第五章 电子示波器 （2）偏转系统。在示波管的第二阳极 A2 后面，是一个由 两 对相互垂直的偏转板组成偏转系统。靠近第二阳极的一对偏转板 称为垂直偏转板（也叫 Y 偏转板），另一对偏转板则称为水平偏 转板（也叫 X 偏转板）。在两组偏转板上加上电压后，会各自形 成电场，用其分别控制电子束在垂直和水平方向上的偏转。 在偏转电场的作用下，电子束的运动规律可由图 5-2 来分析。 电子束 电子束偏 转轨迹 Y - A 2 Y 1 Y 2 0 S + + + + - - - - 图 5-2 电子束的偏转
第五章电子示波器 以垂直偏转板为例,其偏转距离Y用公式(5-1)来表示。 Y=S1×U1 (5-1) 式中 S为示波管的Y轴偏转灵敏度cm/V) 为加于Y轴偏转板上的电压(V)。 S,的物理意义是:加在Y偏转板上的每伏电压所能引起的偏 转距离。对于确定的示波管,S是常数,所以电子束在屏幕垂直 方向上偏转的距离正比于加到垂直偏转板上的电压。这就是示波 器测量方法的理论基础。 通常,称S的倒数D(=1/S,)为示波管Y轴偏转因数,单 位为V/cm。它表示光点在Y方向偏转lcm所需加在Y轴偏转板 上的电压值(峰-峰值)
第五章 电子示波器 以垂直偏转板为例，其偏转距离 Y 用公式（5-1）来表示。 Y = Sy×Uy （5-1） 式 中： Sy——为示波管的 Y 轴偏转灵敏度(cm/V)； Uy— —为加于 Y 轴偏转板上的电压（V）。 Sy 的物理意义是：加在 Y 偏转板上的每伏电压所能引起的偏 转距离。对于确定的示波管，Sy 是常数，所以电子束在屏幕垂直 方向上偏转的距离正比于加到垂直偏转板上的电压。这就是示波 器测量方法的理论基础。 通常，称 Sy 的倒数 Dy（=1/Sy）为示波管 Y 轴偏转因数，单 位 为 V/cm。它表示光点在 Y 方向偏转 1cm 所需加在 Y 轴偏转板 上的电压值（峰-峰值）
第五章电子示波器 (3)荧光屏。在示波管前端平面玻璃的内壁上,喷上一层或 几层荧光粉就构成了荧光屏。当电子束轰击荧光屏内壁时,电子 束的动能转化为光能,形成亮点。当电子束随信号电压偏转时, 这个亮点移动的轨迹就形成了信号的波形。 电子束轰击荧光粉时发出的荧光并不会立刻消失,而是要延续 段时间,这种现象称为余辉。按余辉持续时间的长短,示波管分 为短余辉、中余辉和长余辉管三种。通用示波器一般采用的是中 余辉示波管;高频示波器因观测的信号频率较高,则采用短余辉 示波管;超低频示波器因观测的信号频率较低,则采用长余辉示 波管。值得一提的是:当高速电子束轰击荧光屏时,其动能除转 变成光能外,也产生热量。因此,如果高密度、大能量的电子束 长时间轰击荧光屏的同一点,则会因过分发热而减弱该点荧光粉 的发光效率,严重时可能把该点烧成一个黑斑
第五章 电子示波器 （3）荧光屏。在示波管前端平面玻璃的内壁上，喷上一层或 几层荧光粉就构成了荧光屏。当电子束轰击荧光屏内壁时，电 子 束的动能转化为光能，形成亮点。当电子束随信号电压偏转时， 这个亮点移动的轨迹就形成了信号的波形。 电子束轰击荧光粉时发出的荧光并不会立刻消失，而是要延续一 段时间，这种现象称为余辉。按余辉持续时间的长短，示波管分 为短余辉、中余辉和长余辉管三种。通用示波器一般采用的是中 余辉示波管；高频示波器因观测的信号频率较高，则采用短余辉 示波管；超低频示波器因观测的信号频率较低，则采用长余辉示 波管。值得一提的是：当高速电子束轰击荧光屏时，其动能除转 变成光能外，也产生热量。因此，如果高密度、大能量的电子束 长时间轰击荧光屏的同一点，则 会因过分发热而减 弱该 点荧光粉 的发光效率，严重时可能把该点烧成一个黑斑
第五章电子示波器 522波形显示原理 示波器的同步 为了确保显示波形的稳定,扫描频率(或周期)必须与测量 信号的频率(或周期)同步,也就是被测信号电压的频率与扫 描电压的频率f的比值是整数倍,即=nf。如果不是整数倍 则每次扫描的起点就不同,就会造成波形在水平方向不断地向左 或向右移动,因此不能形成稳定的波形。把被测量信号电压的频 率与扫描电压的频率所必须满足的关系=nf叫做示波器的同 步 2.波形显示原理 如果只在示波管的水平偏转板上加如图5-3所示的锯齿波扫 描电压(简称扫描电压),则会使得电子束沿水平方向偏转,荧光 屏上就岀现水平扫描线;如果只在垂直偏转板上加此扫描电压时, 则会使得电子束沿竖直方向偏转,则荧光屏上就出现垂直扫描线; 如果在水平偏转板加上扫描电压,同时又在垂直偏转板加被测量 信号电压时,电子束就同时受到水平和垂直方向上的电场力的作 用,则电子束就向二力的合力方向偏转,如图5-4所示
第五章 电子示波器 5.2.2 波形显示原理 1. 示波器的同步 为了确保显示波形的稳定，扫描频率（或周期）必须与测量 信号的频率（或周期）同步，也就是被测信号电压的频率 f y 与扫 描电压的频率 f x 的比值是整数倍，即 f y = n f x。如果不是整数倍， 则每次扫描的起点就不同，就会造成波形在水平方向不断地向左 或向右移动，因此不能形成稳定的波形。把被测量信号电压的频 率与扫描电压的频率所必须满足的关系 f y = n f x 叫做示波器的同 步 。 2. 波形显示原理 如果只在示波管的水平偏转板上加如图 5-3 所示的锯齿波扫 描电压（简称扫描电压），则会使得电子束沿水平方向偏转，荧光 屏上就出现水平扫描线；如果只在垂直偏转板上加此扫描电压时， 则会使得电子束沿竖直方向偏转，则荧光屏上就出现垂直扫描线； 如果在水平偏转板加上扫描电压，同时又在垂直偏转板加被测量 信号电压时，电子束就同时受到水平和垂直方向上的电场力的作 用，则电子束就向二力的合力方向偏转，如图 5-4 所示