示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見(jiàn)的電信號(hào)變換成看得見(jiàn)的圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程。
示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)(這是傳統(tǒng)的模擬示波器的工作原理)。
在被測(cè)信號(hào)的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線(xiàn)。
利用示波器能觀(guān)察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線(xiàn)，還可以用它測(cè)試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。
示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見(jiàn)的電信號(hào)變換成看得見(jiàn)的圖象，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程。
示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。
在被測(cè)信號(hào)的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線(xiàn)。
利用示波器能觀(guān)察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線(xiàn)，還可以用它測(cè)試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。
使用步驟
(1)先預(yù)調(diào)：反時(shí)針旋轉(zhuǎn)輝度旋鈕到底，豎直和水平位移轉(zhuǎn)到中間，掃描置于“外X檔”;
(2)再開(kāi)電源，指示燈亮后等待一兩分鐘進(jìn)行預(yù)熱后再進(jìn)行相關(guān)的操作;
(3)先調(diào)輝度，再調(diào)聚焦，進(jìn)而調(diào)水平和豎直位移使亮點(diǎn)在中心合適區(qū)域;
(4)調(diào)掃描、掃描微調(diào)和X增益，觀(guān)察掃描;
(5)把外X檔拔開(kāi)到掃描范圍檔合適處，觀(guān)察機(jī)內(nèi)提供的豎直方向按正余弦規(guī)律變化的電壓波形;
(6)把待研究的外加電壓由Y輸入和地間接入示波器，調(diào)節(jié)各檔到合適位置，可觀(guān)察到此電壓的波形(與時(shí)間變化的圖象)(調(diào)同步極性開(kāi)關(guān)可使圖象的起點(diǎn)從正半周或負(fù)半周開(kāi)始;
(7)如欲觀(guān)察亮斑(如外加一直流電壓時(shí))的豎直偏移，可把掃描調(diào)節(jié)到“外X”檔。
(不同的示波器可能操作方法不同)
基本原理
顯示電路
顯示電路包括示波管及其控制電路兩個(gè)部分。示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個(gè)重要組成部分。
示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏3個(gè)部分組成。
(1)電子槍
電子槍用于產(chǎn)生并形成高速、聚束的電子流，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。它主要由燈絲F、陰極K、控制極G、第一陽(yáng)極A1、第二陽(yáng)極A2組成。
除燈絲外，其余電極的結(jié)構(gòu)都為金屬圓筒，且它們的軸心都保持在同一軸線(xiàn)上。
陰極被加熱后，可沿軸向發(fā)射電子;控制極相對(duì)陰極來(lái)說(shuō)是負(fù)電位，改變電位可以改變通過(guò)控制極小孔的電子數(shù)目，也就是控制熒光屏上光點(diǎn)的亮度。
為了提高屏上光點(diǎn)亮度，又不降低對(duì)電子束偏轉(zhuǎn)的靈敏度，現(xiàn)代示波管中，在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏之間還加上一個(gè)后加速電極A3。
第一陽(yáng)極對(duì)陰極而言加有約幾百伏的正電壓。在第二陽(yáng)極上加有一個(gè)比第一陽(yáng)極更高的正電壓。
穿過(guò)控制極小孔的電子束，在第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極高電位的作用下，得到加速，向熒光屏方向作高速運(yùn)動(dòng)。
由于電荷的同性相斥，電子束會(huì)逐漸散開(kāi)。通過(guò)第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極之間電場(chǎng)的聚焦作用，使電子重新聚集起來(lái)并交匯于一點(diǎn)。
適當(dāng)控制第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極之間電位差的大小，便能使焦點(diǎn)剛好落在熒光屏上，顯現(xiàn)一個(gè)光亮細(xì)小的圓點(diǎn)。
改變第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極之間的電位差，可起調(diào)節(jié)光點(diǎn)聚焦的作用，這就是示波器的“聚焦”和“輔助聚焦”調(diào)節(jié)的原理。
第三陽(yáng)極是示波管錐體內(nèi)部涂上一層石墨形成的，通常加有很高的電壓，它有三個(gè)作用：
①使穿過(guò)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)以后的電子進(jìn)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石墨層涂在整個(gè)錐體上，能起到屏蔽作用;③電子束轟擊熒光屏?xí)a(chǎn)生二次電子，處于高電位的A3可吸收這些電子。
(2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)大都是靜電偏轉(zhuǎn)式，它由兩對(duì)相互垂直的平行金屬板組成，分別稱(chēng)為水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板。
分別控制電子束在水平方向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電子在偏轉(zhuǎn)板之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果偏轉(zhuǎn)板上沒(méi)有加電壓，偏轉(zhuǎn)板之間無(wú)電場(chǎng)，離開(kāi)第二陽(yáng)極后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子將沿軸向運(yùn)動(dòng)，射向屏幕的中心。
如果偏轉(zhuǎn)板上有電壓，偏轉(zhuǎn)板之間則有電場(chǎng)，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子會(huì)在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用下射向熒光屏的指定位置。
如果兩塊偏轉(zhuǎn)板互相平行，并且它們的電位差等于零，那么通過(guò)偏轉(zhuǎn)板空間的，具有速度的電子束就會(huì)沿著原方向(設(shè)為軸線(xiàn)方向)運(yùn)動(dòng)，并打在熒光屏的坐標(biāo)原點(diǎn)上。
如果兩塊偏轉(zhuǎn)板之間存在著恒定的電位差，則偏轉(zhuǎn)板間就形成一個(gè)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)與電子的運(yùn)動(dòng)方向相垂直，于是電子就朝著電位比較高的偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)。
這樣，在兩偏轉(zhuǎn)板之間的空間，電子就沿著拋物線(xiàn)在這一點(diǎn)上做切線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
最后，電子降落在熒光屏上的A點(diǎn)，這個(gè)A點(diǎn)距離熒光屏原點(diǎn)(0)有一段距離，這段距離稱(chēng)為偏轉(zhuǎn)量，用y表示。
偏轉(zhuǎn)量y與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓Vy成正比。同理，在水平偏轉(zhuǎn)板上加有直流電壓時(shí)，也發(fā)生類(lèi)似情況，只是光點(diǎn)在水平方向上偏轉(zhuǎn)。
(3)熒光屏示波器實(shí)物圖
熒光屏位于示波管的終端，它的作用是將偏轉(zhuǎn)后的電子束顯示出來(lái)，以便觀(guān)察。
在示波器的熒光屏內(nèi)壁涂有一層發(fā)光物質(zhì)，因而，熒光屏上受到高速電子沖擊的地點(diǎn)就顯現(xiàn)出熒光。
此時(shí)光點(diǎn)的亮度決定于電子束的數(shù)目、密度及其速度。改變控制極的電壓時(shí)，電子束中電子的數(shù)目將隨之改變，光點(diǎn)亮度也就改變。
在使用示波器時(shí)，不宜讓很亮的光點(diǎn)固定出現(xiàn)在示波管熒光屏一個(gè)位置上，否則該點(diǎn)熒光物質(zhì)將因長(zhǎng)期受電子沖擊而燒壞，從而失去發(fā)光能力。
涂有不同熒光物質(zhì)的熒光屏，在受電子沖擊時(shí)將顯示出不同的顏色和不同的余輝時(shí)間，通常供觀(guān)察一般信號(hào)波形用的是發(fā)綠光的；
屬中余輝示波管，供觀(guān)察非周期性及低頻信號(hào)用的是發(fā)橙黃色光的，屬長(zhǎng)余輝示波管;供照相用的示波器中，一般都采用發(fā)藍(lán)色的短余輝示波管。
垂直(Y軸)放大電路
學(xué)生示波器由于示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度甚低，例如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.86mm/V(約12V電壓產(chǎn)生1cm的偏轉(zhuǎn)量)；
所以一般的被測(cè)信號(hào)電壓都要先經(jīng)過(guò)垂直放大電路的放大，再加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，以得到垂直方向的適當(dāng)大小的圖形。
水平(X軸)放大電路
由于示波管水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度也很低，所以接入示波管水平偏轉(zhuǎn)板的電壓(鋸齒波電壓或其它電壓)也要先經(jīng)過(guò)水平放大電路的放大以后，再加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，以得到水平方向適當(dāng)大小的圖形。
掃描與同步電路
掃描電路產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波電壓。該鋸齒波電壓的頻率能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
鋸齒波電壓的作用是使示波管陰極發(fā)出的電子束在熒光屏上形成周期性的、與時(shí)間成正比的水平位移，即形成時(shí)間基線(xiàn)。
這樣，才能把加在垂直方向的被測(cè)信號(hào)按時(shí)間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上。
示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無(wú)法直接觀(guān)測(cè)的交變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上以便測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器。
它是觀(guān)察數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題、測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。
示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源組成。
1．1示波管
陰極射線(xiàn)管(CRT)簡(jiǎn)稱(chēng)示波管，是示波器的核心。它將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個(gè)真空玻璃殼內(nèi)，構(gòu)成了一個(gè)完整的示波管。
1．熒光屏
現(xiàn)在的示波管屏面通常是矩形平面，內(nèi)表面沉積一層磷光材料構(gòu)成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜。高速電子穿過(guò)鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點(diǎn)。
鋁膜具有內(nèi)反射作用，有利于提高亮點(diǎn)的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。
當(dāng)電子停止轟擊后，亮點(diǎn)不能立即消失而要保留一段時(shí)間。亮點(diǎn)輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過(guò)的時(shí)間叫做“余輝時(shí)間”。
余輝時(shí)間短于10μs為極短余輝，10μs—1ms為短余輝，1ms—0．1s為中余輝，0．1s-1s為長(zhǎng)余輝，大于1s為極長(zhǎng)余輝。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長(zhǎng)余輝。
由于所用磷光材料不同，熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管，以保護(hù)人的眼睛。
2．示波管的電源
為使示波管正常工作，對(duì)電源供給有一定要求。規(guī)定第二陽(yáng)極與偏轉(zhuǎn)板之間電位相近，偏轉(zhuǎn)板的平均電位為零或接近為零。
陰極必須工作在負(fù)電位上。柵極G1相對(duì)陰極為負(fù)電位(—30V~—100V)，而且可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)輝度調(diào)節(jié)。
陽(yáng)極為正電位(約+100V~+600V)，也應(yīng)可調(diào)，用作聚焦調(diào)節(jié)。
第二陽(yáng)極與前加速極相連，對(duì)陰極為正高壓(約+1000V)，相對(duì)于地電位的可調(diào)范圍為±50V。由于示波管各電極電流很小，可以用公共高壓經(jīng)電阻分壓器供電。
3．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子射線(xiàn)方向，使熒光屏上的光點(diǎn)隨外加信號(hào)的變化描繪出被測(cè)信號(hào)的波形。
Y1、Y2和Xl、X2兩對(duì)互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。Y軸偏轉(zhuǎn)板在前，X軸偏轉(zhuǎn)板在后，因此Y軸靈敏度高(被測(cè)信號(hào)經(jīng)處理后加到Y(jié)軸)。
兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓，使兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場(chǎng)，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。
4．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(chēng)第二柵極)、陽(yáng)極(A1)和第二陽(yáng)極(A2)組成。它的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。燈絲通電加熱陰極，陰極受熱發(fā)射電子。
柵極是一個(gè)頂部有小孔的金屬園筒，套在陰極外面。由于柵極電位比陰極低，對(duì)陰極發(fā)射的電子起控制作用，一般只有運(yùn)動(dòng)初速度大的少量電子，在陽(yáng)極電壓的作用下能穿過(guò)柵極小孔，奔向熒光屏。
初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過(guò)低，則全部電子返回陰極，即管子截止。
調(diào)節(jié)電路中的W1電位器，可以改變柵極電位，控制射向熒光屏的電子流密度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮點(diǎn)的輝度。
陽(yáng)極、第二陽(yáng)極和前加速極都是與陰極在同一條軸線(xiàn)上的三個(gè)金屬圓筒。前加速極G2與A2相連，所加電位比A1高。G2的正電位對(duì)陰極電子奔向熒光屏起加速作用。
電子束從陰極奔向熒光屏的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)兩次聚焦過(guò)程。次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的電子透鏡。
第二次聚焦發(fā)生在G2、A1、A2區(qū)域，調(diào)節(jié)第二陽(yáng)極A2的電位，能使電子束正好會(huì)聚于熒光屏上的一點(diǎn)，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(shí)調(diào)節(jié)A1電壓仍不能滿(mǎn)足良好聚焦，需微調(diào)第二陽(yáng)極A2的電壓，A2又叫做輔助聚焦極。
1.2示波器的基本組成
從上一小節(jié)可以看出，只要控制X軸偏轉(zhuǎn)板和Y軸偏轉(zhuǎn)板上的電壓，就能控制示波管顯示的圖形形狀。
我們知道，一個(gè)電子信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)f(t)，它隨時(shí)間的變化而變化。
因此，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)與時(shí)間變量成正比的電壓，在y軸加上被測(cè)信號(hào)(經(jīng)過(guò)比例放大或者縮小)，示波管屏幕上就會(huì)顯示出被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的圖形。
電信號(hào)中，在一段時(shí)間內(nèi)與時(shí)間變量成正比的信號(hào)是鋸齒波。
它由示波管、Y軸系統(tǒng)、X軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)和電源等五部分組成。
被測(cè)信號(hào)①接到“Y"輸入端，經(jīng)Y軸衰減器適當(dāng)衰減后送至Y1放大器(前置放大)，推挽輸出信號(hào)②和③。
經(jīng)延遲級(jí)延遲Г1時(shí)間，到Y(jié)2放大器。放大后產(chǎn)生足夠大的信號(hào)④和⑤，加到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上。
為了在屏幕上顯示出完整的穩(wěn)定波形，將Y軸的被測(cè)信號(hào)③引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路;
在引入信號(hào)的正(或者負(fù))極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥，啟動(dòng)鋸齒波掃描電路(時(shí)基發(fā)生器)，產(chǎn)生掃描電壓⑦。
由于從觸發(fā)到啟動(dòng)掃描有一時(shí)間延遲Г2，為保證Y軸信號(hào)到達(dá)熒光屏之前X軸開(kāi)始掃描，Y軸的延遲時(shí)間Г1應(yīng)稍大于X軸的延遲時(shí)間Г2。
掃描電壓⑦經(jīng)X軸放大器放大，產(chǎn)生推挽輸出⑨和⑩，加到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上。
z軸系統(tǒng)用于放大掃描電壓正程，并且變成正向矩形波，送到示波管柵極。這使得在掃描正程顯示的波形有某一固定輝度，而在掃描回程進(jìn)行抹跡。
示波器是電子測(cè)量領(lǐng)域必不可少的設(shè)備之一，其使用日益廣泛，已經(jīng)成為日常工作生產(chǎn)中的利器。那么如何維護(hù)您的示波器，使其擁有更長(zhǎng)的壽命，長(zhǎng)久保持良好的性能狀態(tài)呢？
一）使用前的檢測(cè)
示波器的電源線(xiàn)有無(wú)破損；
電源線(xiàn)的插頭和電源插線(xiàn)板內(nèi)的接線(xiàn)必須緊固、可靠、避免使用中發(fā)生觸電或短路事故；
仔細(xì)閱讀使用說(shuō)明，測(cè)試前的設(shè)置，注意探頭和阻抗的匹配，接入探頭的電壓不能超過(guò)示波器最大允許輸入電壓。
二）檢查接地
接地不僅可以保證操作人員的安全，使儀器在安全范圍內(nèi)正常工作，還可以保證測(cè)試波形的穩(wěn)定可靠性，降低外界的干擾。
三）防靜電
使用操作儀器時(shí)，必須佩帶防靜電手環(huán)，遵循防靜電流程。
四）日常維護(hù)（以TDS3014B為例）
信號(hào)路徑補(bǔ)償。
?。尚拚蓽囟茸兓蜷L(zhǎng)期漂移引起的直流誤差，平均每三周需要補(bǔ)償一次，應(yīng)該在示波器預(yù)熱后使用）
當(dāng)示波器關(guān)機(jī)后，不能馬上開(kāi)機(jī)，需要過(guò)十幾秒。測(cè)試結(jié)束后探頭要妥善存放，通道需要蓋帽，避免灰塵進(jìn)去。
儀器使用時(shí)要注意通風(fēng)散熱，避免環(huán)境過(guò)于潮濕，保持潔凈少塵，并定期給儀器除塵。
五）故障判斷
在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)示波器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以進(jìn)行以下幾個(gè)方面檢測(cè)輔助判斷儀器是否真的故障，因?yàn)橥獠扛蓴_或連接等問(wèn)題都可以引起故障：
1. 驗(yàn)證方波是否正常
2. 檢查輸入阻抗：分別測(cè)量50歐和1M歐
3. 自檢：
通過(guò) UTILITY”，選“輔助功能頁(yè)面”，找到自檢診斷。
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