基本原理

顯示電路

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），所以般的被測信號(hào)電壓都要經(jīng)過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）也要經(jīng)過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)生個(gè)鋸齒波電壓。該鋸齒波電壓的頻率能在定的范圍內(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。這樣，才能把加在垂直方向的被測信號(hào)按時(shí)間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上。

電源供給電路

電源供給電路：供給垂直與水平放大電路、掃描與同步電路以及示波管與控制電路所需的負(fù)壓、燈絲電壓等。

由示波器的原理能方框圖可見，被測信號(hào)電壓加到示波器的Y軸輸入端，經(jīng)垂直放大電路加于示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板。示波管的水平偏轉(zhuǎn)電壓，雖然多數(shù)情況都采用鋸齒電壓（用于觀察波形時(shí)），但有時(shí)也采用其它的外加電壓（用于測量頻率、相位差等時(shí)），因此在水平放大電路輸入端有個(gè)水平信號(hào)選擇開關(guān)，以便按照需要選用示波器內(nèi)的鋸齒波電壓，或選用外加在X軸輸入端上的其它電壓來作為水平偏轉(zhuǎn)電壓。SDS1000CML

此外，為了使熒光屏上顯示的圖形保持穩(wěn)定，要求鋸齒波電壓信號(hào)的頻率和被測信號(hào)的頻率保持同步。這樣，不僅要求鋸齒波電壓的頻率能連續(xù)調(diào)節(jié)，而且在產(chǎn)生鋸齒波的電路上還要輸入個(gè)同步信號(hào)。這樣，對(duì)于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始、連續(xù)不斷的鋸齒波）種狀態(tài)的簡易示波器（如產(chǎn)SB10型等示波器）而言，需要在其掃描電路上輸入個(gè)與被觀察信號(hào)頻率相關(guān)的同步信號(hào)，以牽制鋸齒波的振蕩頻率。對(duì)于具有等待掃描能（即平時(shí)不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測信號(hào)來到時(shí)才產(chǎn)生個(gè)鋸齒波，行次掃描）的示波器（如產(chǎn)ST-16型示波器、SR-8型雙蹤示波器等）為了適應(yīng)各種需要，同步（或觸發(fā)）信號(hào)可通過同步或觸發(fā)信號(hào)選擇開關(guān)來選擇，通常來源有3個(gè)：①從垂直放大電路引來被測信號(hào)作為同步（或觸發(fā)）信號(hào)，此信號(hào)稱為“內(nèi)同步”（或“內(nèi)觸發(fā)”）信號(hào)；②引入某種相關(guān)的外加信號(hào)為同步（或觸發(fā)）信號(hào)，此信號(hào)稱為“外同步”（或“外觸發(fā)”）信號(hào)，該信號(hào)加在外同步（或外觸發(fā)）輸入端；③有些示波器的同步信號(hào)選擇開關(guān)還有檔“電源同步”，是由220V，50Hz電源電壓，通過變壓器次降壓后作為同步信號(hào)。

波形顯示的基本原理

由示波管的原理可知，個(gè)直電壓加到對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，將使光點(diǎn)在熒光屏上產(chǎn)生個(gè)固定位移，該位移的大小與所加直電壓成正比。如果分別將兩個(gè)直電壓同時(shí)加到垂直和水平兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上，則熒光屏上的光點(diǎn)位置就由兩個(gè)方向的位移所共同決定。

如果將個(gè)正弦交電壓加到對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，光點(diǎn)在熒光屏上將隨電壓的變化而移動(dòng)。當(dāng)垂直偏轉(zhuǎn)板上加個(gè)正弦交電壓時(shí)，在時(shí)間t=0的瞬間，電壓為Vo（零值），熒光屏上的光點(diǎn)位置在坐標(biāo)原點(diǎn)0上，在時(shí)間t=1的瞬間，電壓為V1（正值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)0點(diǎn)上方的1上，位移的大小正比于電壓V1；在時(shí)間t=2的瞬間，電壓為V2（zui大正值），熒光屏上的光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)0點(diǎn)上方的2點(diǎn)上，位移的距離正比于電壓V2；以此類推，在時(shí)間t=3，t=4，…，t=8的各個(gè)瞬間，熒光屏上光點(diǎn)位置分別為3、4、…、8點(diǎn)。在交電壓的二個(gè)周期、三個(gè)周期……都將重復(fù)*個(gè)周期的情況。如果此時(shí)加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的正弦交電壓之頻率很低，僅為lHz～2Hz，那么，在熒光屏上便會(huì)看見個(gè)上下移動(dòng)著的光點(diǎn)。這光點(diǎn)距離坐標(biāo)原點(diǎn)的瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)值將與加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的電壓瞬時(shí)值成正比。如果加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的交電壓頻率在10Hz～20Hz以上，則由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，在熒光屏上看到的就不是個(gè)上下移動(dòng)的點(diǎn)，而是根垂直的亮線了。該亮線的長短在示波器的垂直放大增益定的情況下決定于正弦交電壓峰峰值的大小。如果在水平偏轉(zhuǎn)板上加個(gè)正弦交電壓，則會(huì)產(chǎn)生相類似的情況，只是光點(diǎn)在水平軸上移動(dòng)罷了。

如果將隨時(shí)間線性變化的電壓（如鋸齒波電壓）加到對(duì)偏轉(zhuǎn)板上，則光點(diǎn)在熒光屏上又會(huì)怎樣移動(dòng)呢？當(dāng)水平偏轉(zhuǎn)板上有鋸齒波電壓時(shí)，在時(shí)間t=0瞬間，電壓為Vo（zui大負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左側(cè)的起始位置（零點(diǎn)上），位移的距離正比于電壓Vo；在時(shí)間t=1的瞬間，電壓為V1（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左方的1點(diǎn)上，位移的距離正比于電壓V1；以此類推，在時(shí)間t=2，t=3，...,t=8的各個(gè)瞬間，熒光屏上光點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置是2、3、…、8各點(diǎn)。在t=8這個(gè)瞬間，鋸齒波電壓由zui大正值V8躍變到zui大負(fù)值Vo，則熒光屏上光點(diǎn)從8點(diǎn)其迅速地向左移到起始位置零點(diǎn)。如果鋸齒波電壓是周期性的，則在鋸齒波電壓的二個(gè)周期、三個(gè)周期、……都將重復(fù)*個(gè)周期的情形。如果此時(shí)加在水平偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波電壓頻率很低，僅為1Hz ～2Hz，在熒光屏上便會(huì)看見光點(diǎn)自左邊起始位置零點(diǎn)向右邊8點(diǎn)處勻速地移動(dòng)，隨后光點(diǎn)又從右邊8點(diǎn)處其迅速地移動(dòng)到左邊起始位置零點(diǎn)。上述這個(gè)過程稱為掃描。在水平軸加有周期性鋸齒波電壓時(shí)，掃描將周而復(fù)始地行下去。光點(diǎn)距離起始位置零點(diǎn)的瞬時(shí)值，將與加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓瞬時(shí)值成正比。如果加在偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波電壓頻率在10Hz～20Hz以上，則由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就看到根水平亮線，該水平亮線的長度，在示波器水平放大增益定的情況下決定于鋸齒波電壓值，鋸齒波電壓值是與時(shí)間變化成正比的，而熒光屏上光點(diǎn)的位移又是與電壓值成正比的，因此熒光屏上的水平亮線可以代表時(shí)間軸。在此亮線上的何相等的線段都代表相等的段時(shí)間。

如果將被測信號(hào)電壓加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，鋸齒波掃描電壓加到水平偏轉(zhuǎn)板上，而且被測信號(hào)電壓的頻率等于鋸齒波掃描電壓的頻率，則熒光屏上將顯示出個(gè)周期的被測信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的波形曲線（如圖5-6所示）。由圖5-6所示可見，在時(shí)間t=0的瞬間，信號(hào)電壓為Vo（零值），鋸齒波電壓為V0′（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左面，位移的距離正比于電壓V0′；在時(shí)間t=1的瞬間，交電壓為V1（正值），鋸齒波電壓為V1′（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)的Ⅱ象限中。同理，在時(shí)間t=2，t=3，…，t=8的瞬間，熒光屏上光點(diǎn)分別位于2，3，…，8點(diǎn)。在t=8瞬間，鋸齒波電壓由zui大正值V8′跳變到zui大負(fù)V0′，因而熒光屏上的光點(diǎn)也從8點(diǎn)其迅速地向左移到起始位置0點(diǎn)。以后，在被測周期信號(hào)的二個(gè)周期、三個(gè)周期……都重復(fù)*個(gè)周期的情形，光點(diǎn)在熒光屏上描出的軌跡也都重疊在*次描出的軌跡上。所以，熒光屏上顯示出來的被測信號(hào)電壓是隨時(shí)間變化的穩(wěn)定波形曲線。

由上述可見，為使熒光屏上的圖形穩(wěn)定，被測信號(hào)電壓的頻率應(yīng)與鋸齒波電壓的頻率保持整數(shù)比的關(guān)SHS1000系，即同步關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，就要求鋸齒波電壓的頻率連續(xù)可調(diào)，以便適應(yīng)觀察各種不同頻率的周期信號(hào)。其次，由于被測信號(hào)頻率和鋸齒波振蕩信號(hào)頻率的相對(duì)不穩(wěn)定性，即使把鋸齒波電壓的頻率臨時(shí)調(diào)到與被測信號(hào)頻率成整倍數(shù)關(guān)系，也不能使圖形直保持穩(wěn)定。因此，示波器中都設(shè)有同步裝置。也就是在鋸齒波電路的某分加上個(gè)同步信號(hào)來促使掃描的同步，對(duì)于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始連續(xù)不斷的鋸齒波）種狀態(tài)的簡易示波器（如產(chǎn)SB-10型示波器等）而言，需要在其掃描電路上輸入個(gè)與被觀察信號(hào)頻率相關(guān)的同步信號(hào)，當(dāng)所加同步信號(hào)的頻率接近鋸齒波頻率的自主振蕩頻率（或接近其整數(shù)倍）時(shí)，就可以把鋸齒波頻率“拖入同步”或“鎖住”。對(duì)于具有等待掃描（即平時(shí)不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測信號(hào)來到時(shí)才產(chǎn)生個(gè)鋸齒波行次掃描）能的示波器（如產(chǎn)ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型雙蹤示波器等等）而言，需要在其掃描電路上輸入個(gè)與被測信號(hào)相關(guān)的觸發(fā)信號(hào)，使掃描過程與被測信號(hào)密切配合。這樣，只要按照需要來選擇適當(dāng)?shù)耐叫盘?hào)或觸發(fā)信號(hào)，便可使何欲研究的過程與鋸齒波掃描頻率保持同步。

雙線示波的顯示原理

在電子實(shí)踐過程中，常常需要同時(shí)觀察兩種（或兩種以上）信號(hào)隨時(shí)間變化的過程。并對(duì)這些不同信號(hào)行電

量的測試和。為了達(dá)到這個(gè)目的，人們?cè)趹?yīng)用普通示波器原理的基礎(chǔ)上，采用了以下兩種同時(shí)顯示多個(gè)波形的方法：種是雙線（或多線）示波法；另種是雙蹤（或多蹤）示波法。應(yīng)用這兩種方法制出來的示波器分別稱為雙線（或多線）示波器和雙蹤（或多蹤）示波器。

雙線（或多線）示波器是采用雙槍（或多槍）示波管來實(shí)現(xiàn)的。下面以雙槍示波管為例加以簡單說明。雙槍示波管有兩個(gè)互相立的電子槍產(chǎn)生兩束電子。另有兩組互相立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，它們各自控制束電子作上下、左右的運(yùn)動(dòng)。熒光屏是共用的，因而屏上可以同時(shí)顯示出兩種不同的電信號(hào)波形，雙線示波也可以采用單槍雙線示波管來實(shí)現(xiàn)。這種示波管只有個(gè)電子槍，在作時(shí)是依靠殊的電把電子分成兩束。然后，由管內(nèi)的兩組互相立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，分別控制兩束電子上下、左右運(yùn)動(dòng)。熒光屏是共用的，能同時(shí)顯示出兩種不同的電信號(hào)波形。由于雙線示波管的制要求，成本也，所以應(yīng)用并不十分普遍。

雙蹤示波的顯示原理

雙蹤（或多蹤）示波是在單線示波器的基礎(chǔ)上，增設(shè)個(gè)用電子開關(guān)，用它來實(shí)現(xiàn)兩種（或多種）波形的分別顯示。由于實(shí)現(xiàn)雙蹤（或多蹤）示波比實(shí)現(xiàn)雙線（或多線）示波來得簡單，不需要使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的“雙腔”或“多腔”示波管，所以雙蹤（或多蹤）示波獲得了普遍的應(yīng)用。

（1）雙蹤示波的顯示原理

圖5-8（a）是雙蹤示波法基本原理的示意圖。圖中，電子開關(guān)K的作用是使加在示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上的兩種信號(hào)電壓作周期性轉(zhuǎn)換。例如，在0～1這段時(shí)間里，電子開關(guān)K與信號(hào)通道A接通，這時(shí)在熒光屏上顯示出信號(hào)UA的段波形；在1～2這段時(shí)間里，電子開關(guān)K與信號(hào)通道B接通，這時(shí)在熒光屏上顯現(xiàn)出信號(hào)UB的段波形；在2～3這段時(shí)間里，熒光屏上再次顯示出信號(hào)UA的段波形；在3～4這段時(shí)間里，熒光屏上將再次顯示出UB的段波形……。這樣，兩個(gè)信號(hào)在熒光屏上雖然是交替顯示的，但由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象和熒光屏的余輝（速電子在停止沖擊熒光屏后，熒光屏上受沖擊處仍保留段發(fā)光時(shí)間）現(xiàn)象，就可在熒光屏上同時(shí)看到兩個(gè)被測信號(hào)波形（圖5-8（b）所示）。

圖5-8 雙蹤示波器基本原理

為了保持熒光屏顯示出來的兩種信號(hào)波形穩(wěn)定，則要求被測信號(hào)頻率、掃描信號(hào)頻率與電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率三者之間滿足定的關(guān)系。

，兩個(gè)被測信號(hào)頻率與掃描信號(hào)頻率之間應(yīng)該是成整數(shù)比的關(guān)系，也就是要求“同步”。這點(diǎn)與單線示波器的原理是相同的，只是現(xiàn)在的被測信號(hào)是兩個(gè)，而掃描電壓是個(gè)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要觀察和的兩個(gè)信號(hào)常常是互相有內(nèi)在的，所以上述的同步要求般是容易滿足的。

為了使熒光屏上顯示的兩個(gè)被測信號(hào)波形都穩(wěn)定，除滿足上述要求外，還合理地選擇電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率，使得在示波器上所顯示的波形個(gè)數(shù)合適，以便于觀察。下面談?wù)勲娮娱_關(guān)的作方式問題，這個(gè)問題與電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率有關(guān)。

電子開關(guān)的作方式有“交替”轉(zhuǎn)換和“斷續(xù)”轉(zhuǎn)換兩種。