中心議題：

• 示波器工作原理
• 示波器的基本組成

在數字電路實驗中，需要使用若幹儀器
、儀表觀察實驗現象和結果。常用的電子測量儀器有萬用表、邏輯筆、普通示波器、存儲示波器、邏輯分析儀等。示波器是一種使用非常廣泛，且使用相對複雜的儀器。本章從使用的角度介紹一下示波器的原理和使用方法。

示波器工作原理
shiboqishiliyongdianzishiboguandetexing
，jiangrenyanwufazhijieguancedejiaobiandianxinhaozhuanhuanchengtuxiang，xianshizaiyingguangpingshangyibianceliangdedianziceliangyiqi。tashiguanchashuzidianlushiyanxianxiang、分析實驗中的問題
、測量實驗結果必不可少的重要儀器。示波器由示波管和電源係統
、同步係統、X軸偏轉係統
、Y軸偏轉係統
、延遲掃描係統、標準信號源組成。

示波管
陰極射線管(CRT)簡稱示波管
，是示波器的核心。它將電信號轉換為光信號。正如圖1所示，電子槍
、偏轉係統和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內，構成了一個完整的示波管。

　　　　　　　　　　          圖1示波管的內部結構和供電圖示

1．熒光屏
xianzaideshiboguanpingmiantongchangshijuxingpingmian
，neibiaomianchenjiyicenglinguangcailiaogouchengyingguangmo。zaiyingguangmoshangchangyouzengjiayicengzhengfalvmo。gaosudianzichuanguolvmo
，zhuangjiyingguangfenerfaguangxingchengliangdian。lvmojuyouneifanshezuoyong，youliyutigaoliangdiandehuidu。lvmohaiyousanredengqitazuoyong。
　　
當電子停止轟擊後
，亮點不能立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10％所經過的時間叫做“餘輝時間”。餘輝時間短於10μs為極短餘輝，10μs—1ms為短餘輝，1ms—0．1s為中餘輝，0．1s-1s為長餘輝，大於1s為極長餘輝。一般的示波器配備中餘輝示波管，高頻示波器選用短餘輝
，低頻示波器選用長餘輝。
　　
由於所用磷光材料不同，熒光屏上能發出不同顏色的光。一般示波器多采用發綠光的示波管，以保護人的眼睛。

2．電子槍及聚焦
電子槍由燈絲(F)、陰極(K)
、柵極(G1)、前加速極(G2)(或稱第二柵極)
、第一陽極(A1)和第二陽極(A2)組(zu)成(cheng)。它(ta)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)發(fa)射(she)電(dian)子(zi)並(bing)形(xing)成(cheng)很(hen)細(xi)的(de)高(gao)速(su)電(dian)子(zi)束(shu)。燈(deng)絲(si)通(tong)電(dian)加(jia)熱(re)陰(yin)極(ji)，陰(yin)極(ji)受(shou)熱(re)發(fa)射(she)電(dian)子(zi)。柵(zha)極(ji)是(shi)一(yi)個(ge)頂(ding)部(bu)有(you)小(xiao)孔(kong)的(de)金(jin)屬(shu)園(yuan)筒(tong)，套(tao)在(zai)陰(yin)極(ji)外(wai)麵(mian)。由(you)於(yu)柵(zha)極(ji)電(dian)位(wei)比(bi)陰(yin)極(ji)低(di)，對(dui)陰(yin)極(ji)發(fa)射(she)的(de)電(dian)子(zi)起(qi)控(kong)製(zhi)作(zuo)用(yong)，一(yi)般(ban)隻(zhi)有(you)運(yun)動(dong)初(chu)速(su)度(du)大(da)的(de)少(shao)量(liang)電(dian)子(zi)

，在(zai)陽(yang)極(ji)電(dian)壓(ya)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)能(neng)穿(chuan)過(guo)柵(zha)極(ji)小(xiao)孔(kong)，奔(ben)向(xiang)熒(ying)光(guang)屏(ping)。初(chu)速(su)度(du)小(xiao)的(de)電(dian)子(zi)仍(reng)返(fan)回(hui)陰(yin)極(ji)。如(ru)果(guo)柵(zha)極(ji)電(dian)位(wei)過(guo)低(di)
，則(ze)全(quan)部(bu)電(dian)子(zi)返(fan)回(hui)陰(yin)極(ji)
，即(ji)管(guan)子(zi)截(jie)止(zhi)。調(tiao)節(jie)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)W1電位器，可以改變柵極電位
，控製射向熒光屏的電子流密度，從而達到調節亮點的輝度。第一陽極、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒。前加速極G2與A2相連
，所加電位比A1高。G2的(de)正(zheng)電(dian)位(wei)對(dui)陰(yin)極(ji)電(dian)子(zi)奔(ben)向(xiang)熒(ying)光(guang)屏(ping)起(qi)加(jia)速(su)作(zuo)用(yong)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)屏(ping)上(shang)光(guang)點(dian)亮(liang)度(du)
，又(you)不(bu)降(jiang)低(di)對(dui)電(dian)子(zi)束(shu)偏(pian)轉(zhuan)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)
，現(xian)代(dai)示(shi)波(bo)管(guan)中(zhong)，在(zai)偏(pian)轉(zhuan)係(xi)統(tong)和(he)熒(ying)光(guang)屏(ping)之(zhi)間(jian)還(hai)加(jia)上(shang)一(yi)個(ge)後(hou)加(jia)速(su)電(dian)極(ji)A3。
　　
電子束從陰極奔向熒光屏的過程中，經過兩次聚焦過程。第一次聚焦由K、G1
、G2完成

，K、K、G1
、G2叫做示波管的第一電子透鏡。第二次聚焦發生在G2、A1、A2區域，調節第二陽極A2的電位，能使電子束正好會聚於熒光屏上的一點，這是第二次聚焦。A1上的電壓叫做聚焦電壓，A1又被叫做聚焦極。有時調節A1電壓仍不能滿足良好聚焦，需微調第二陽極A2的電壓
，A2又叫做輔助聚焦極。第三陽極是示波管錐體內部塗上一層石墨形成的，通常加有很高的電壓，它有三個作用：①使穿過偏轉係統以後的電子進一步加速，使電子有足夠的能量去轟擊熒光屏，以獲得足夠的亮度
；②石墨層塗在整個錐體上
，能起到屏蔽作用；③電子束轟擊熒光屏會產生二次電子，處於高電位的A3可吸收這些電子。

3．偏轉係統
偏轉係統控製電子射線方向


，使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。圖8．1中


，Y1、Y2和Xl
、X2兩對互相垂直的偏轉板組成偏轉係統。Y軸偏轉板在前

，X軸偏轉板在後，因此Y軸靈敏度高(被測信號經處理後加到Y軸)。兩對偏轉板分別加上電壓
，使兩對偏轉板間各自形成電場，分別控製電子束在垂直方向和水平方向偏轉。

4．示波管的電源
為wei使shi示shi波bo管guan正zheng常chang工gong作zuo，對dui電dian源yuan供gong給gei有you一yi定ding要yao求qiu。規gui定ding第di二er陽yang極ji與yu偏pian轉zhuan板ban之zhi間jian電dian位wei相xiang近jin，偏pian轉zhuan板ban的de平ping均jun電dian位wei為wei零ling或huo接jie近jin為wei零ling。陰yin極ji必bi須xu工gong作zuo在zai負fu電dian位wei上shang。柵zha極jiG1相對陰極為負電位(—30V~—100V)
，而且可調
，以實現輝度調節。第一陽極為正電位(約+100V~+600V)
，也應可調，用作聚焦調節。第二陽極與前加速極相連，對陰極為正高壓(約+1000V)
，相對於地電位的可調範圍為±50V。由於示波管各電極電流很小，可以用公共高壓經電阻分壓器供電。

示波器的基本組成

從上一小節可以看出，隻要控製X軸偏轉板和Y軸偏轉板上的電壓
，就能控製示波管顯示的圖形形狀。我們知道
，一個電子信號是時間的函數f(t)
，它隨時間的變化而變化。因此，隻要在示波管的X軸偏轉板上加一個與時間變量成正比的電壓
，在y軸加上被測信號(經過比例放大或者縮小)，示波管屏幕上就會顯示出被測信號隨時間變化的圖形。電信號中，在一段時間內與時間變量成正比的信號是鋸齒波。
　　
示波器的基本組成框圖如圖2所示。它由示波管
、Y軸係統、X軸係統、Z軸係統和電源等五部分組成。


                                                                   圖2示波器基本組成框圖

被測信號①接到“Y"輸入端，經Y軸衰減器適當衰減後送至Y1放大器(前置放大)
，推挽輸出信號②和③。經延遲級延遲Г1時間，到Y2放大器。放大後產生足夠大的信號④和⑤，加到示波管的Y軸偏轉板上。為了在屏幕上顯示出完整的穩定波形，將Y軸的被測信號③引入X軸係統的觸發電路
，在引入信號的正(或者負)極性的某一電平值產生觸發脈衝⑥，啟動鋸齒波掃描電路(時基發生器)，產生掃描電壓⑦。

由於從觸發到啟動掃描有一時間延遲Г2，為保證Y軸信號到達熒光屏之前X軸開始掃描
，Y軸的延遲時間Г1應稍大於X軸的延遲時間Г2。掃描電壓⑦經X軸放大器放大，產生推挽輸出⑨和⑩，加到示波管的X軸偏轉板上。z軸zhou係xi統tong用yong於yu放fang大da掃sao描miao電dian壓ya正zheng程cheng，並bing且qie變bian成cheng正zheng向xiang矩ju形xing波bo，送song到dao示shi波bo管guan柵zha極ji。這zhe使shi得de在zai掃sao描miao正zheng程cheng顯xian示shi的de波bo形xing有you某mou一yi固gu定ding輝hui度du，而er在zai掃sao描miao回hui程cheng進jin行xing抹mo跡ji。
　　
以上是示波器的基本工作原理。雙蹤顯示則是利用電子開關將Y軸輸入的兩個不同的被測信號分別顯示在熒光屏上。由於人眼的視覺暫留作用，當轉換頻率高到一定程度後，看到的是兩個穩定的

、清晰的信號波形。
　　
示波器中往往有一個精確穩定的方波信號發生器，供校驗示波器用。