示波器波形显示原理.pptx

一、概述
示波器是将人眼看不见的电信号转换成可见图像显示出来。
X轴代表时间,Y轴代表电压,可以直接观测到被测信号瞬时电压随时间变化的规律。
示波器是典型的时域测量仪器。
从示波器对信号的处理方式出发可分为:
模拟示波器
数字示波器

进一步可分为:
通用示波器
取样示波器
存储示波器
专用示波器
通用示波器是采用单束示波管的示波器,如单踪示波器、多踪示波器、高灵敏示波器、慢灵敏示波器等。它们运用基本显示原理,可对电信号进行定性、定量测量。
取样示波器通常采用取样技术把高频信号转换为低频信号,再运用通用示波器的基本原理观测信号。一般用于观测频率高、速度快的脉冲信号。
存储示波器是具有存储信息功能的示波器,它除了能对周期性信号进行观测外,还能对单次瞬变过程、非周期现象、低重复频率的信号进行观测。
特种示波器是指满足特殊用途或有特殊装置的示波器,如电视示波器、矢量示波器、晶体管特性图示仪及逻辑分析性等。
二、示波测量的基本原理
示波管
示波管是示波器观测电信号波形的关键器件,通常采用具有静电偏转的阴极射线示波管(CRT)
阴极射线示波管
CRT主要由电子枪、偏转系统、荧光屏三部分组成
其工作原理是:
由电子枪产生的高速电子束轰击荧光屏的相应部位使荧光屏发光,而偏转系统则能使电子束发生偏转,从而改变荧光屏上光点的位置。
CRT内部结构如下图:
–E 辉度聚焦辅助聚焦+E
F
G
K
A1
A2
Y偏转板
X偏转板
荧光屏
电子枪
偏转系统
荧光屏

(1)作用:发射电子并形成很细的高速电子束。
(2)组成:灯丝F、阴极K、栅极G和阳极A1、A2。
1)灯丝F、阴极K
当电流流过灯丝后对阴极加热,阴极产生大量电子,并在后续电场作用下轰击荧光屏发光。
2)控制栅极G
用来控制射向荧光屏的电流密度,从而改变荧光屏亮点的辉度。
3)第一阳极A1、第二阳极A2
A1和A2对电子束进行聚焦并加速,使到达荧光屏的电子形成很细的一束并具有很高速度。
偏转系统
(1)作用:使电子束发生偏转。
(2)组成:垂直偏转板(Y1、Y2)和水平偏转板(X1、X2)
1) X偏转板控制电子束水平方向的偏转,Y偏转板控制电子束垂直方向的偏转。电子束在垂直偏转和水平偏转电场的共同作用下,射向荧光屏上的指定位置,并形成光点。
2)如果在两对偏转板上各加一稳定直流电压、光点会停留在荧光屏上的某一位置;如果都加交流电压,光点会随交流电压的变化而作上下左右的运动。
3)电子束在荧光屏上的垂直偏转距离y为:
y=SyUy
Sy为垂直偏转因数(cm/V)
Uy为加在两垂直偏转板上的电压
荧光屏
(1)作用:将电信号变为光信号。
(2)组成:荧光屏的内管壁上涂有一层磷光物质,由磷光物质构成荧光膜在受到高速电子轰击后,将电子的动能转化为光能,形成光点,并能持续一定时间(称为余辉时间)。
1)正是利用荧光屏的余辉,在电子束随信号电压偏转时,才能观察到由光点的移动轨迹而形成的整个信号波形。
2)当高速电子束轰击荧光屏时,其动能除转变为光外,也将产生热。在使用示波器时不应当使光点长时间停留在一个位置上。
3)荧光屏的中间平整部分称为有效面积。使用示波器,应尽量将波形呈现在有效面积内。
三、波形显示的基本原理
扫描
(1)定义:光点在扫描电压作用下扫动的过程。
(2)扫描电压波形:锯齿波
Ux
t
0
Ts
Tb
Tw
Ts:扫描正程时间,电子束从左到右运动;
Tb:扫描逆程时间或扫描回程时间,电子束从右到左运动;
Tw:扫描休止时间。
∴扫描电压周期Tx=Ts+Tb+Tw。
理想状态下:Tb=Tw=0,Tx=Ts。
(3)X偏转板加扫描电压Ux
Y偏转板加被测信号电压Uy
则在荧光屏上显示被测信号波形。