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
示shi波bo器qi是shi利li用yong電dian子zi示shi波bo管guan的de特te性xing
，將jiang人ren眼yan無wu法fa直zhi接jie觀guan測ce的de交jiao變bian電dian信xin號hao轉zhuan換huan成cheng圖tu像xiang，顯xian示shi在zai熒ying光guang屏ping上shang以yi便bian測ce量liang的de電dian子zi測ce量liang儀yi器qi。它ta是shi觀guan察cha數shu字zi電dian路lu實shi驗yan現xian象xiang、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
現xian在zai的de示shi波bo管guan屏ping麵mian通tong常chang是shi矩ju形xing平ping麵mian，內nei表biao麵mian沉chen積ji一yi層ceng磷lin光guang材cai料liao構gou成cheng熒ying光guang膜mo。在zai熒ying光guang膜mo上shang常chang又you增zeng加jia一yi層ceng蒸zheng發fa鋁lv膜mo。高gao速su電dian子zi穿chuan過guo鋁lv膜mo
，撞zhuang擊ji熒ying光guang粉fen而er發fa光guang形xing成cheng亮liang點dian。鋁lv膜mo具ju有you內nei反fan射she作zuo用yong，有you利li於yu提ti高gao亮liang點dian的de輝hui度du。鋁lv膜mo還hai有you散san熱re等deng其qi他ta作zuo用yong。
　　
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)zucheng。tadezuoyongshifashedianzibingxingchenghenxidegaosudianzishu。dengsitongdianjiareyinji
，yinjishourefashedianzi。zhajishiyigedingbuyouxiaokongdejinshuyuantong，taozaiyinjiwaimian。youyuzhajidianweibiyinjidi，duiyinjifashededianziqikongzhizuoyong
，yibanzhiyouyundongchusududadeshaoliangdianzi，zaiyangjidianyadezuoyongxianengchuanguozhajixiaokong，benxiangyingguangping。chusuduxiaodedianzirengfanhuiyinji。ruguozhajidianweiguodi，zequanbudianzifanhuiyinji，jiguanzijiezhi。tiaojiedianluzhongdeW1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jiA3。
　　
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(ji)G1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。