【2019年整理】示波器的使用02144

1、在数字电路实验中， 需要使用若干仪器、 仪表观察实验现象和结果。常用的电子测量仪器有 万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。万用表和逻辑笔使用方法比较 简单，而逻辑分析仪和存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。示波器是 一种使用非常广泛，且使用相对复杂的仪器。 本章从使用的角度介绍一下示波器的原理和使 用方法。 1示波器工作原理 示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显 示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、 测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统

2、、 Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。 1.1示波管 阴极射线管(CRT)简称示波管，是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。正如图 1所示，电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内，构成了一个完整的示 波管。 图1示波管的内部结构和供电图示 1. 荧光屏 现在的示波管屏面通常是矩形平面， 内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。 在荧光膜 上常又增加一层蒸发铝膜。 高速电子穿过铝膜， 撞击荧光粉而发光形成亮点。 铝膜具有内反 射作用，有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。 当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的 10 %所经过的时间

3、叫做 余辉时间”余辉时间短于10“为极短余辉，10卩s1ms为短余辉， 1ms 0. 1s为中余辉，0. 1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余 辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。 由于所用磷光材料不同， 荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的 示波管，以保护人的眼睛。 2 电子枪及聚焦 电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极卜第一阳极(A1) 和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极， 阴极受热发射电子。 栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。由于栅

4、极电位比阴 极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作 用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低， 则全 部电子返回阴极，即管子截止。调节电路中的 W1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧 光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极 在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连，所加电位比 A1高。G2的正电 位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。 电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。第一次聚焦由K、G1、G2 完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次

5、聚焦发生在G2、A1、A2区域, 调节第二阳极 A2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。A1 上的电压叫做聚焦电压，A1又被叫做聚焦极。有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦，需 微调第二阳极 A2的电压，A2又叫做辅助聚焦极。 3 .偏转系统 偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的 波形。图8 . 1中，Y1、Y2和XI、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。Y轴偏转板在 前，X轴偏转板在后，因此Y轴灵敏度高（被测信号经处理后加到 Y轴）。两对偏转板分别加 上电压，使两对偏转板间各自形成电场，分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。 4

6、 示波管的电源 为使示波管正常工作，对电源供给有一定要求。 规定第二阳极与偏转板之间电位相近， 偏转板的平均电位为零或接近为零。阴极必须工作在负电位上。栅极G1相对阴极为负电位 （30V 100V），而且可调，以实现辉度调节。第一阳极为正电位（约+ 100V+600V），也 应可调，用作聚焦调节。第二阳极与前加速极相连，对阴极为正高压（约+ 1000V），相对于 地电位的可调范围为交0V。由于示波管各电极电流很小，可以用公共高压经电阻分压器供 电。 1.2示波器的基本组成 从上一小节可以看出，只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压，就能控制示波 管显示的图形形状。我们知道，一个电子信号是时间的

7、函数f（t），它随时间的变化而变化。 因此，只要在示波管的 X轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压，在y轴加上被测信 号（经过比例放大或者缩小），示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。电信号 中，在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。 示波器的基本组成框图如图2所示。它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和 电源等五部分组成。 图2示波器基本组成框图 被测信号接到 “瀚入端，经Y轴衰减器适当衰减后送至 Y1放大器（前置放大），推 挽输出信号和。经延迟级延迟1时间，到Y2放大器。放大后产生足够大的信号和 ，加到示波管的 Y轴偏转板上。为了在屏幕上显示出完整的稳定波形，将Y轴的

8、被测信 号引入X轴系统的触发电路，在引入信号的正（或者负）极性的某一电平值产生触发脉冲 ，启动锯齿波扫描电路（时基发生器），产生扫描电压。由于从触发到启动扫描有一时间 延迟r2为保证Y轴信号到达荧光屏之前 X轴开始扫描，丫轴的延迟时间 ri应稍大于X 轴的延迟时间2。扫描电压经 X轴放大器放大，产生推挽输出和，加到示波管的X 轴偏转板上。z轴系统用于放大扫描电压正程，并且变成正向矩形波，送到示波管栅极。这 使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度，而在扫描回程进行抹迹。 以上是示波器的基本工作原理。双踪显示则是利用电子开关将Y轴输入的两个不同 的被测信号分别显示在荧光屏上。由于人眼的视觉暂留作用

9、，当转换频率高到一定程度后， 看到的是两个稳定的、清晰的信号波形。 示波器中往往有一个精确稳定的方波信号发生器，供校验示波器用。 2示波器使用 本节介绍示波器的使用方法。示波器种类、型号很多，功能也不同。数字电路实验中 使用较多的是20MHz或者40MHz的双踪示波器。这些示波器用法大同小异。本节不针对 某一型号的示波器，只是从概念上介绍示波器在数字电路实验中的常用功能。 2.1荧光屏 荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号 波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间，垂直方向指示电压。水平方向分为10 格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。垂直方向标有0

10、 %, 10 %, 90 %, 100 %等标志， 水平方向标有10 %, 90 %标志，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。根 据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V/DIV , TIME /DIV)能得出电压值与 时间值。 2 . 2示波管和电源系统 1 .电源(Power) 示波器主电源开关。当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接通。 2 .辉度(Intensity) 旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些，高频信号时大些。 一般不应太亮，以保护荧光屏。 3 .聚焦(Focus) 聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。 4 .标尺

11、亮度(llluminance) 此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下，照明灯暗一些好。 室内光线 不足的环境中，可适当调亮照明灯。 2. 3垂直偏转因数和水平偏转因数 1 .垂直偏转因数选择(VOLTS / DIV)和微调 在单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X 轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为cm/V , cm/mV或 者DIV /mV , DIV/ V,垂直偏转因数的单位是 V/cm, mV /cm或者V/ DIV , mV /DIV。 实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。 踪示波器中每

12、个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按1 , 2, 5方式从 5mV / DIV到5V/ DIV分为10档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。 例如波段开关置于1V/ DIV档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变 化1V。 每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋 到底，处于校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋 钮，能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致，这 点应引起注意。许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干 倍(偏转因数缩

13、小若干倍)。例如，如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用X5扩展状 态时，垂直偏转因数是 0 . 2V/ DIV。 在做数字电路实验时，在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V信号的垂直移动距 离之比常被用于判断被测信号的电压值。 2 .时基选择(TIME / DIV)和微调 时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。时基选择也通过一个波 段开关实现，按1、2、5方式把时基分为若干档。波段开关的指示值代表光点在水平方向 移动一个格的时间值。例如在1 yS/DIV档，光点在屏上移动一格代表时间值1 yS。 微调”旋钮用于时基校准和微调。沿顺时针方向旋到底处于校准位置时，屏幕上显

14、示 的时基值与波段开关所示的标称值一致。逆时针旋转旋钮，则对时基微调。旋钮拔出后处于 扫描扩展状态。通常为 X10扩展，即水平灵敏度扩大 10倍，时基缩小到1 /10。例如在 2y S/DIV档，扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值等于 2y SX (1/10)=0.2 y S TDS实验台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的时钟信号，由石英晶体振荡 器和分频器产生，准确度很高，可用来校准示波器的时基。 示波器的标准信号源 CAL，专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。例如 COS5041型示波器标准信号源提供一个VP-P=2V,f=1kHz 的方波信号。 示波器前面

15、板上的位移(Position)旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。旋转水平位 移旋钮(标有水平双向箭头)左右移动信号波形，旋转垂直位移旋钮(标有垂直双向箭头)上下 移动信号波形。 2.4输入通道和输入耦合选择 1.输入通道选择 输入通道至少有三种选择方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)。选择 通道1时，示波器仅显示通道 1的信号。选择通道 2时，示波器仅显示通道 2的信号。选 择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号。测试信号时，首先要将示波器的 地与被测电路的地连接在一起。根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上， 示波器探头上的地与被测电路的地连接在

16、一起，示波器探头接触被测点。 示波器探头上有一 双位开关。此开关拨到“X位置时，被测信号无衰减送到示波器，从荧光屏上读出的电压值 是信号的实际电压值。此开关拨到“X 1位置时，被测信号衰减为 1 /10,然后送往示波器， 从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值。 2 .输入耦合方式 输入耦合方式有三种选择：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。当选择地”时，扫描线 显示出示波器地”在荧光屏上的位置。直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信 号。交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。在数字电路实验中，一般选择直 流”方式，以便观测信号的绝对电压值。 2.5触发 第一节

17、指出，被测信号从Y轴输入后，一部分送到示波管的Y轴偏转板上，驱动光 点在荧光屏上按比例沿垂直方向移动；另一部分分流到x轴偏转系统产生触发脉冲，触发扫 描发生器，产生重复的锯齿波电压加到示波管的X偏转板上，使光点沿水平方向移动，两 者合一，光点在荧光屏上描绘出的图形就是被测信号图形。由此可知，正确的触发方式直接 影响到示波器的有效操作。为了在荧光屏上得到稳定的、清晰的信号波形，掌握基本的触发 功能及其操作方法是十分重要的。 1 .触发源(Source)选择 要使屏幕上显示稳定的波形，则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的 触发信号加到触发电路。触发源选择确定触发信号由何处供给。通常有三

18、种触发源：内触发 (INT)、电源触发(LINE)、外触发EXT)。 内触发使用被测信号作为触发信号， 是经常使用的一种触发方式。由于触发信号本身 是被测信号的一部分，在屏幕上可以显示出非常稳定的波形。双踪示波器中通道1或者通 道2都可以选作触发信号。 电源触发使用交流电源频率信号作为触发信号。这种方法在测量与交流电源频率有关 的信号时是有效的。特别在测量音频电路、闸流管的低电平交流噪音时更为有效。 外触发使用外加信号作为触发信号， 外加信号从外触发输入端输入。 外触发信号与被 测信号间应具有周期性的关系。 由于被测信号没有用作触发信号，所以何时开始扫描与被测 信号无关。 正确选择触发信号对波

19、形显示的稳定、清晰有很大关系。例如在数字电路的测量中， 对一个简单的周期信号而言，选择内触发可能好一些，而对于一个具有复杂周期的信号，且 存在一个与它有周期关系的信号时，选用外触发可能更好。 2 .触发耦合(Coupling)方式选择 触发信号到触发电路的耦合方式有多种，目的是为了触发信号的稳定、可靠。这里介 绍常用的几种。 AC耦合又称电容耦合。它只允许用触发信号的交流分量触发，触发信号的直流分量 被隔断。通常在不考虑DC分量时使用这种耦合方式，以形成稳定触发。但是如果触发信号 的频率小于10Hz，会造成触发困难。 直流耦合(DC)不隔断触发信号的直流分量。当触发信号的频率较低或者触发信号的

20、 占空比很大时，使用直流耦合较好。 低频抑制(LFR)触发时触发信号经过高通滤波器加到触发电路，触发信号的低频成分 被抑制；高频抑制(HFR)触发时，触发信号通过低通滤波器加到触发电路，触发信号的高频 成分被抑制。此外还有用于电视维修的电视同步(TV)触发。这些触发耦合方式各有自己的适 用范围，需在使用中去体会。 3 .触发电平(Level)和触发极性(Slope) 触发电平调节又叫同步调节，它使得扫描与被测信号同步。电平调节旋钮调节触发信 号的触发电平。一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时，扫描即被触发。顺时针旋转旋 钮，触发电平上升；逆时针旋转旋钮，触发电平下降。当电平旋钮调到电平锁定位

21、置时，触 发电平自动保持在触发信号的幅度之内，不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。当信号 波形复杂，用电平旋钮不能稳定触发时，用释抑(Hold Off)旋钮调节波形的释抑时间(扫描暂 停时间)，能使扫描与波形稳定同步。 极性开关用来选择触发信号的极性。拨在“ +”置上时，在信号增加的方向上，当触 发信号超过触发电平时就产生触发。拨在“位置上时，在信号减少的方向上，当触发信号超 过触发电平时就产生触发。触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。 2.6 扫描方式(SweepMode) 扫描有自动(Auto)、常态(Norm)和单次(Single)三种扫描方式。 自动：当无触发信号输入，或者触

22、发信号频率低于50Hz时，扫描为自激方式。 常态：当无触发信号输入时，扫描处于准备状态，没有扫描线。触发信号到来后，触 发扫描。 单次：单次按钮类似复位开关。单次扫描方式下，按单次按钮时扫描电路复位，此时 准备好(Ready)灯亮。触发信号到来后产生一次扫描。单次扫描结束后，准备灯灭。单次扫 描用于观测非周期信号或者单次瞬变信号，往往需要对波形拍照。 上面扼要介绍了示波器的基本功能及操作。示波器还有一些更复杂的功能，如延迟扫 描、触发延迟、X-Y工作方式等，这里就不介绍了。示波器入门操作是容易的，真正熟练则 要在应用中掌握。值得指出的是，示波器虽然功能较多，但许多情况下用其他仪器、仪表更 好。

23、例如，在数字电路实验中， 判断一个脉宽较窄的单脉冲是否发生时，用逻辑笔就简单的 多；测量单脉冲脉宽时，用逻辑分析仪更好一些。1 获得基线：当操作者在使用无使用 说明书的示波器时，首先要获得一条最细的水平基线，然后才能用探头进行其他测量，其具 体方法如下： (1) 预置面板各开关、旋钮。 亮度置适中，聚焦和辅助聚焦置适中，垂直输入耦合置“AC ,，垂直电压量程选择 置5mv /div，垂直工作方式选择置 “CHI”垂直灵敏度微调校准位置置“CAL垂直通道同 步源选择置中间位置，垂直位置置中间位置，A和B扫描时间因数一起预置在“05ms /div, A扫描时间微调置校准位置“CAL,水平位移置中间

24、位置，扫描工作方式置 “A”触发同步方 式置“AUTO,斜率开关置 “ +” ，触发耦合开关置 “AC,触发源选择置INT。 (2) 按下电源开关，电源指示灯点亮。 (3) 调节A亮度聚焦等有关控制旋钮，可出现纤细明亮的扫描基线，调节基线使其位置 于屏幕中间与水平坐标刻度基本重合。 (4) 调节轨迹平行度控制使基线与水平坐标平行。 2 显示信号：一般情况下，示波器本身均有一个0 5Vp p标准方波信号输出口， 当获得基线后，即可将探头接到此处，此时屏幕应有一串方波信号，调节电压量程和扫描时 间因数旋钮，方波的幅度和宽窄应变化，至此说明示波器基本调整完毕可以投入使用。 3 测量信号：将测试线接在

25、 CHl或CH2输入插座，测试探头触及测试点，即可在示 波器上观察到波形。 如果波形幅度太大或太小，可调整电压量程旋钮； 如果波形周期显示不 适合，可调整扫描速度旋钮。 三、特殊使用方法 1 .交流峰值电压测量 (1) 获得基线。 (2) 调整V/div旋钮，使波形在垂直方向显示5div(即5格)。 (3) 调节“A触发电平获得稳定显示。 (4) 用以下公式计算峰值电压。 电压(p p):垂直偏转幅度/度 x(VOLTS / div) /开关档极x探极衰减倍率。 例如：测得上峰到下峰偏转是5. 6度，VOLTS / dir开关置0. 5，用x10探极衰减 倍率，将数据代人：电压二 5 . 6X

26、0 . 5 X 10二28 V。 2 上升时间测量 上升时间：水平距离(度)x时间/度(档极)/扩展系数。 例如：波形两点间的距离为 5度，时间/度档级为 1Us , x10扩展末扩展(即x1)，将 给定值代人：上升时I司；5X1 /1 ; 51xs。 3 .相位差测量 相位差：水平差值(度)x水平刻度校准值(度/度)。 例如：水平差值为0 .6度，每度校准到45度，将给定值代人公式：相位差：0 .6x45 : 27。 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。 它能把肉眼看不见的电信号变换成 看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。 示波器利用狭窄的、由高 速电子组成的电子束，打在涂有

27、荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被 测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的 瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲 线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等 目录 组成 基本原理 使用方法 常见现象 测试应用 注意事项 组成 基本原理 使用方法 常见现象 测试应用 注意事项 展开 33编辑本段 组成 显示电路 显示电路包括 示波管及其控制电路两个部分。示波管是一种特殊的电 子管，是示波器一个重要组成部 Mft 匪 分。示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏3个部分组成。 (1) 电子枪 电子枪用于产生

28、并形成高速、聚束的电子流，去轰击荧光屏使之发光。 它主要由灯丝F、阴极K控制极 G第一阳极 A1、第二阳极 A2组成。除 灯丝外，其余电极的结构都为金属圆筒，且它们的轴心都保持在同一轴线 上。阴极被加热后，可沿轴向发射电子；控制极相对阴极来说是负电位， 改变电位可以改变通过控制极小孔的电子数目，也就是控制荧光屏上光点 的亮度。为了提高屏上光点亮度，又不降低对电子束偏转的灵敏度，现代 示波管中，在偏转系统和荧光屏之间还加上一个后加速电极A3。 第一阳极对阴极而言加有约几百伏的正电压。在第二阳极上加有一个 比第一阳极更高的正电压。穿过控制极小孔的电子束，在第一阳极和第二 阳极高电位的作用下，得到加

29、速，向荧光屏方向作高速运动。由于电荷的 同性相斥，电子束会逐渐散开。通过第一阳极、第二阳极之间电场的聚焦 作用，使电子重新聚集起来并交汇于一点。适当控制第一阳极和第二阳极 之间电位差的大小，便能使焦点刚好落在荧光屏上，显现一个光亮细小的 圆点。改变第一阳极和第二阳极之间的电位差，可起调节光点聚焦的作用， 这就是示波器的“聚焦”和“辅助聚焦”调节的原理。第三阳极是示波管 锥体内部涂上一层石墨形成的，通常加有很高的电压，它有三个作用： 使穿过偏转系统以后的电子进一步加速，使电子有足够的能量去轰击荧光 屏，以获得足够的亮度；石墨层涂在整个锥体上，能起到屏蔽作用； 电子束轰击荧光屏会产生二次电子，处于

30、高电位的A3可吸收这些电子。 crt数字读出示波器 （2）偏转系统 示波管的偏转系统大都是静电偏转式，它由两对相互垂直的平行金属 板组成，分别称为水平偏转板和垂直偏转板。分别控制电子束在水平方向 和垂直方向的运动。当电子在偏转板之间运动时，如果偏转板上没有加电 压，偏转板之间无电场，离开第二阳极后进入偏转系统的电子将沿轴向运 动，射向屏幕的中心。如果偏转板上有电压，偏转板之间则有电场，进入 偏转系统的电子会在偏转电场的作用下射向荧光屏的指定位置。 如果两块偏转板互相平行，并且它们的电位差等于零，那么通过偏转 板空间的，具有速度 u的电子束就会沿着原方向（设为轴线方向）运动， 并打在荧光屏的坐标

31、原点上。如果两块偏转板之间存在着恒定的电位差， 则偏转板间就形成一个电场，这个电场与电子的运动方向相垂直，于是电 子就朝着电位比较高的偏转板偏转。这样，在两偏转板之间的空间，电子 就沿着抛物线在这一点上做切线运动。最后，电子降落在荧光屏上的A点， 这个A点距离荧光屏原点（0）有一段距离，这段距离称为偏转量，用y表 示。偏转量y与偏转板上所加的电压 Vy成正比。同理，在水平偏转板上加 有直流电压时，也发生类似情况，只是光点在水平方向上偏转。 （3）荧光屏 示波器实物图 荧光屏位于示波管的终端，它的作用是将偏转后的电子束显示出来，以便 观察。在示波器的荧光屏内壁涂有一层发光物质，因而，荧光屏上受到

32、高 速电子冲击的地点就显现出荧光。此时光点的亮度决定于电子束的数目、 密度及其速度。改变控制极的电压时，电子束中电子的数目将随之改变， 光点亮度也就改变。在使用示波器时，不宜让很亮的光点固定出现在示波 管荧光屏一个位置上，否则该点荧光物质将因长期受电子冲击而烧坏，从 而失去发光能力。 涂有不同荧光物质的荧光屏，在受电子冲击时将显示出不同的颜色和 不同的余辉时间，通常供观察一般信号波形用的是发绿光的，属中余辉示 波管，供观察非周期性及低频信号用的是发橙黄色光的，属长余辉示波管; 供照相用的示波器中，一般都采用发蓝色的短余辉示波管。 垂直（丫轴）放大电路 学生示波器 由于示波管的偏转灵敏度甚低，例

33、如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏 转灵敏度为0.86mm/V （约12V电压产生1cm的偏转量），所以一般的被测 信号电压都要先经过垂直放大电路的放大，再加到示波管的垂直偏转板上， 以得到垂直方向的适当大小的图形。 水平（X轴）放大电路 由于示波管水平方向的偏转灵敏度也很低，所以接入示波管水平偏转 板的电压（锯齿波电压或其它电压）也要先经过水平放大电路的放大以后， 再加到示波管的水平偏转板上，以得到水平方向适当大小的图形。 扫描与同步电路 扫描电路产生一个锯齿波电压。该锯齿波电压的频率能在一定的范围 内连续可调。锯齿波电压的作用是使示波管阴极发出的电子束在荧光屏上 形成周期性的、与时间

34、成正比的水平位移，即形成时间基线。这样，才能 把加在垂直方向的被测信号按时间的变化波形展现在荧光屏上。 电源供给电路 电源供给电路供给垂直与水平放大电路、扫描与同步电路以及示波管 与控制电路所需的负高压、灯丝电压等。 由示波器的原理功能方框图可见，被测信号电压加到示波器的丫轴输 入端，经垂直放大电路加于示波管的垂直偏转板。示波管的水平偏转电压， 虽然多数情况都采用锯齿电压（用于观察波形时），但有时也采用其它的 外加电压（用于测量频率、相位差等时），因此在水平放大电路输入端有 一个水平信号选择开关，以便按照需要选用示波器内部的锯齿波电压，或 选用外加在X轴输入端上的其它电压来作为水平偏转电压。

35、此外，为了使荧光屏上显示的图形保持稳定，要求锯齿波电压信号的 频率和被测信号的频率保持同步。这样，不仅要求锯齿波电压的频率能连 续调节，而且在产生锯齿波的电路上还要输入一个同步信号。这样，对于 只能产生连续扫描（即产生周而复始、连续不断的锯齿波）一种状态的简 易示波器（如国产 SB10型等示波器）而言，需要在其扫描电路上输入一个 与被观察信号频率相关的同步信号，以牵制锯齿波的振荡频率。对于具有 等待扫描功能（即平时不产生锯齿波，当被测信号来到时才产生一个锯齿 波，进行一次扫描）功能的示波器（如国产 ST-16型示波器、SR-8型双踪 示波器等而言，需要在其扫描电路上输入一个与被测信号相关的触发

36、信号， 使扫描过程与被测信号密切配合。为了适应各种需要，同步（或触发）信 号可通过同步或触发信号选择开关来选择，通常来源有3个：从垂直放 大电路引来被测信号作为同步（或触发）信号，此信号称为“内同步”（或 “内触发”）信号；引入某种相关的外加信号为同步（或触发）信号， 此信号称为“外同步”（或“外触发”）信号，该信号加在外同步（或外 触发）输入端；有些示波器的同步信号选择开关还有一档“电源同步”， 是由220V, 50Hz电源电压，通过变压器次级降压后作为同步信号。 编辑本段 基本原理 波形显示的基本原理 由示波管的原理可知，一个直流电压加到一对偏转板上时，将使光点 在荧光屏上产生一个固定位移

37、，该位移的大小与所加直流电压成正比。如 果分别将两个直流电压同时加到垂直和水平两对偏转板上，则荧光屏上的 光点位置就由两个方向的位移所共同决定。 如果将一个正弦交流电压加到一对偏转板上时，光点在荧光屏上将随 电压的变化而移动。参见图5-4可知，当垂直偏转板上加一个正弦交流电 压时，在时间t=0的瞬间，电压为 Vo （零值），荧光屏上的光点位置在坐 标原点0上，在时间t=1的瞬间，电压为 V1 （正值），荧光屏上光点在坐 标原点0点上方的1上，位移的大小正比于电压V1;在时间t=2的瞬间， 电压为V2 （最大正值），荧光屏上的光点在坐标原点0点上方的2点上， 位移的距离正比于电压 V2;以此类推

38、，在时间 t=3，t=4，t=8的各个 瞬间，荧光屏上光点位置分别为3，4，8点。在交流电压的第二个周 期、第三个周期都将重复第一个周期的情况。如果此时加在垂直偏转 板上的正弦交流电压之频率很低，仅为lHz2Hz，那么，在荧光屏上便会 看见一个上下移动着的光点。这光点距离坐标原点的瞬时偏转值将与加在 垂直偏转板上的电压瞬时值成正比。如果加在垂直偏转板上的交流电压频 率在10Hz20Hz以上，则由于荧光屏的余辉现象和人眼的视觉暂留现象， 在荧光屏上看到的就不是一个上下移动的点，而是一根垂直的亮线了。该 亮线的长短在示波器的垂直放大增益一定的情况下决定于正弦交流电压峰一峰值的大小。如果在水平偏转板

39、上加一个正弦交流电压，则会产生相类 似的情况，只是光点在水平轴上移动罢了。 如果将一随时间线性变化的电压（如锯齿波电压）加到一对偏转板上， 则光点在荧光屏上又会怎样移动呢？参看图5-5可见，当水平偏转板上有 锯齿波电压时，在时间 t=0瞬间，电压为 Vo （最大负值），荧光屏上光点 在坐标原点左侧的起始位置（零点上），位移的距离正比于电压Vo；在时 间t=1的瞬间，电压为 V1 （负值），荧光屏上光点在坐标原点左方的1点 上，位移的距离正比于电压V1;以此类推，在时间 t=2，t=3，. ，t=8的 各个瞬间，荧光屏上光点的对应位置是2，3，8各点。在t=8这个瞬 间，锯齿波电压由最大正值V8

40、跃变到最大负值 Vo,则荧光屏上光点从 8点 极其迅速地向左移到起始位置零点。如果锯齿波电压是周期性的，则在锯 齿波电压的第二个周期、第三个周期、都将重复第一个周期的情形。 如果此时加在水平偏转板上的锯齿波电压频率很低，仅为1Hz2Hz,在荧 光屏上便会看见光点自左边起始位置零点向右边8点处匀速地移动，随后 光点又从右边8点处极其迅速地移动到左边起始位置零点。上述这个过程 称为扫描。在水平轴加有周期性锯齿波电压时，扫描将周而复始地进行下 去。光点距离起始位置零点的瞬时值，将与加在偏转板上的电压瞬时值成 正比。如果加在偏转板上的锯齿波电压频率在10Hz20Hz以上，则由于荧 光屏的余辉现象和人眼

41、的视觉暂留现象，就看到一根水平亮线，该水平亮 线的长度，在示波器水平放大增益一定的情况下决定于锯齿波电压值，锯 齿波电压值是与时间变化成正比的，而荧光屏上光点的位移又是与电压值 成正比的，因此荧光屏上的水平亮线可以代表时间轴。在此亮线上的任何 相等的线段都代表相等的一段时间。 如果将被测信号电压加到垂直偏转板上，锯齿波扫描电压加到水平偏 转板上，而且被测信号电压的频率等于锯齿波扫描电压的频率，则荧光屏 上将显示出一个周期的被测信号电压随时间变化的波形曲线（如图5-6所 示）。由图5-6所示可见，在时间t=0的瞬间，信号电压为 Vo （零值）， 锯齿波电压为 V0（负值），荧光屏上光点在坐标原点

42、左面，位移的距离 正比于电压 V0;在时间t=1的瞬间，交流电压为 V1 （正值），锯齿波电 压为V1（负值），荧光屏上光点在坐标的第U象限中。同理，在时间t=2， t=3，t=8的瞬间，荧光屏上光点分别位于2，3，8点。在t=8瞬 间，锯齿波电压由最大正值V8跳变到最大负 V0，因而荧光屏上的光点 也从8点极其迅速地向左移到起始位置0点。以后，在被测周期信号的第 二个周期、第三个周期都重复第一个周期的情形，光点在荧光屏上描 出的轨迹也都重叠在第一次描出的轨迹上。所以，荧光屏上显示出来的被 测信号电压是随时间变化的稳定波形曲线。 若被测信号电压的频率等于锯齿波电压频率整数倍数时，则荧光屏上 将

43、显示出周期为整数的被测信号稳定波形。而当被测信号电压的频率与锯 齿波电压的频率不成整数倍数时，则荧光屏上不能获得稳定的波形，如图 5-7所示。在图5-7中，第一次扫描时，屏上显示的是01这段波形曲线； 第二次扫描时，屏上显示12这段波形曲线；第三次扫描时，屏上显示2 3这段波形曲线；可见，每次荧光屏上显示的波形曲线都不同，所以图 形不稳定。 由上述可见，为使荧光屏上的图形稳定，被测信号电压的频率应与锯 齿波电压的频率保持整数比的关系，即同步关系。为了实现这一点，就要 求锯齿波电压的频率连续可调，以便适应观察各种不同频率的周期信号。 其次，由于被测信号频率和锯齿波振荡信号频率的相对不稳定性，即使

44、把 锯齿波电压的频率临时调到与被测信号频率成整倍数关系，也不能使图形 一直保持稳定。因此，示波器中都设有同步装置。也就是在锯齿波电路的 某部分加上一个同步信号来促使扫描的同步，对于只能产生连续扫描（即 产生周而复始连续不断的锯齿波）一种状态的简易示波器（如国产SB-10 型示波器等）而言，需要在其扫描电路上输入一个与被观察信号频率相关 的同步信号，当所加同步信号的频率接近锯齿波频率的自主振荡频率（或 接近其整数倍）时，就可以把锯齿波频率“拖入同步”或“锁住”。对于 具有等待扫描（即平时不产生锯齿波，当被测信号来到时才产生一个锯齿 波进行一次扫描）功能的示波器（如国产ST-16型示波器、SBT-

45、5型同步示 波器、SR-8型双踪示波器等等）而言，需要在其扫描电路上输入一个与被 测信号相关的触发信号，使扫描过程与被测信号密切配合。这样，只要按 照需要来选择适当的同步信号或触发信号，便可使任何欲研究的过程与锯 齿波扫描频率保持同步。 双线示波的显示原理 在电子实践技术过程中，常常需要同时观察两种（或两种以上）信号 随时间变化的过程。并对这些不同信号进行电参量的测试和比较。为了达 到这个目的，人们在应用普通示波器原理的基础上，采用了以下两种同时 显示多个波形的方法：一种是双线（或多线）示波法；另一种是双踪（或 多踪）示波法。应用这两种方法制造出来的示波器分别称为双线（或多线） 示波器和双踪（

46、或多踪）示波器。 双线（或多线）示波器是采用双枪（或多枪）示波管来实现的。下面 以双枪示波管为例加以简单说明。双枪示波管有两个互相独立的电子枪产 生两束电子。另有两组互相独立的偏转系统，它们各自控制一束电子作上 下、左右的运动。荧光屏是共用的，因而屏上可以同时显示出两种不同的 电信号波形，双线示波也可以采用单枪双线示波管来实现。这种示波管只 有一个电子枪，在工作时是依靠特殊的电极把电子分成两束。然后，由管 内的两组互相独立的偏转系统，分别控制两束电子上下、左右运动。荧光 屏是共用的，能同时显示出两种不同的电信号波形。由于双线示波管的制 造工艺要求高，成本也高，所以应用并不十分普遍。 双踪示波的

47、显示原理 双踪（或多踪）示波是在单线示波器的基础上，增设一个专用电子开 关，用它来实现两种（或多种）波形的分别显示。由于实现双踪（或多踪） 示波比实现双线（或多线）示波来得简单，不需要使用结构复杂、价格昂 贵的“双腔”或“多腔”示波管，所以双踪（或多踪）示波获得了普遍的 应用。 （1）双踪示波的显示原理 图5-8（ a）是双踪示波法基本原理的示意图。图中，电子开关K的作 用是使加在示波管垂直偏转板上的两种信号电压作周期性转换。例如，在 01这段时间里，电子开关 K与信号通道 A接通，这时在荧光屏上显示出 信号UA的一段波形；在12这段时间里，电子开关 K与信号通道B接通， 这时在荧光屏上显现出

48、信号UB的一段波形；在 23这段时间里，荧光屏 上再一次显示出信号 UA的一段波形；在 34这段时间里，荧光屏上将再 一次显示出UB的一段波形。这样，两个信号在荧光屏上虽然是交替显 示的，但由于人眼的视觉暂留现象和荧光屏的余辉（高速电子在停止冲击 荧光屏后，荧光屏上受冲击处仍保留一段发光时间）现象，就可在荧光屏 上同时看到两个被测信号波形（图5-8 （ b）所示）。 图5-8双踪示波器基本原理 为了保持荧光屏显示出来的两种信号波形稳定，则要求被测信号频率、 扫描信号频率与电子开关的转换频率三者之间必须满足一定的关系。 首先，两个被测信号频率与扫描信号频率之间应该是成整数比的关系， 也就是要求“

49、同步”。这一点与单线示波器的原理是相同的，只是现在的 被测信号是两个，而扫描电压是一个。在实际应用中，需要观察和比较的 两个信号常常是互相有内在联系的，所以上述的同步要求一般是容易满足 的。 为了使荧光屏上显示的两个被测信号波形都稳定，除满足上述要求外， 还必须合理地选择电子开关的转换频率，使得在示波器上所显示的波形个 数合适，以便于观察。下面谈谈电子开关的工作方式问题，这个问题与电 子开关的转换频率有关。 电子开关的工作方式有“交替”转换和“断续”转换两种。 图5-9是电子开关“交替”转换工作方式的波形示意图。在01时间 内，电子开关与通道 A接通，加在X轴上的扫描信号开始进行第一个正程 扫

50、描，此时荧光屏上将显现出信号UA的波形；在完成 UA波形显示后，扫 描电压迅速回扫；在 12时间内，电子开关 K与通道B接通，X轴上的扫 描信号开始进行第二个正程扫描，荧光屏上将显示出信号 UB的波形；在2 3时间内，荧光屏上再一次显示出信号UA的波形；在34时间内，荧光屏 上再一次显示出信号 UB的波形。由此可见，被测信号UA UB的波形 是依次、交替地出现在荧光屏上的，荧光屏上显示的波形如图5-9 （ b）所 示。显然，此时电子开关的转换与X轴的扫描始终保持着一致的步调，即 电子开关的转换频率等于X轴扫描信号的频率。图 5-9 (b)中的虚线实际 上是看不见的。 图5-10采用“断续”转换

51、 图5-9采用“交替”转换方式的波形示意图方式的波形示意图 采用交替转换工作方式的显示的波形与双线示波法所显示的波形非常 相似，它们都没有间断点。但由于被测信号UA、UB的波形是依次交替地出 现在荧光屏上的，所以，如果交替的间隙时间超过了人眼的视觉暂留时间 和荧光屏的余辉时间，贝U人们所看到的荧光屏上的波形就会有闪烁现象。 为了避免这种情况的出现，就要求电子开关有足够高的转换频率。这就是 说当被测信号的频率较低时，不宜采用交替转换工作方式，而应采用断续 转换工作方式。 当电子开关用断续转换工作方式时，在X轴扫描的每一个过程中，电 子开关都以足够高的转换频率，分别对所显示的每个被测信号进行多次取

52、 样。这样，即使被测信号频率较低，也可避免出现波形的闪烁现象。同时， 由于在一次扫描的过程中，光点在两个图形上交换的次数极多，所以图形 上的细小断裂痕迹不显著，并不妨碍对波形细节的观察。图5-10是电于开 关采用断续转换方式时的波形示意图。实际上，由于开关的转换频率选得 远大于X轴扫描频率，所以荧光屏上显示的图形不会是图5-10所示的断续 图形，而是连续的图形。图中垂直方向的细虚线表示了电子开关的转换过 程。因在转换过程中示波器电路的设置使电子束截止，所以图中所示的垂 直细虚线实际上也是不可见的。 在了解上述用电子开关来实现双踪示波的原理后，就不难联想到用环 形计数器来实现多踪示波的原理。由于

53、两者的显示原理相似，这里就不再 赘述。 (2 )双踪示波器的基本组成 图5-11是双踪示波器的原理功能方框图。由图可见，它主要是由两个 通道的Y轴前置放大电路、门控电路、电子开关、混合电路、延迟电路、Y 轴后置放大电路、触发电路、扫描电路、X轴放大电路、Z轴放大电路、校 准信号电路、示波管和高低压电源供给电路等组成。 观察信号波形时，被测信号uA, uB通过YA YB两个输入端输入示波 器，先分别送到 丫轴前置放大电路 YA和YB进行放大。因通道 YA和通道YB 都受电子开关的控制，所以uA, uB两信号轮换着输送到后面的混合电路， 加到示波管的垂直偏转板上。 为了适应各种不同的测试需要，电子

54、开关可有五种不同的工作状态， 即交替、YA YB、YA+YB断续等。这5种工作状态由显示方式开关来控制。 当显示方式开关置于交替位置时，电子开关为一双稳态电路。它受由 扫描电路来的闸门信号控制，使得丫轴两个前置通道随着扫描电路门信号的变化而交替地工作。每秒钟交替转换次数与由扫描电路产生的扫描信号 的重复频率有关。交替工作状态适用于观察频率不太低的被测信号。 图5-11双踪示波器的原理功能方框图 当显示方式开关置于 YA或YB位置时，电子开关为一单稳态电路。前 置放大电路 YA或YB可单独工作，此时，双踪示波器可作为普通单线示波 器使用。 当显示方式开关置于 YA+YB位置时，电子开关处于不工作

55、状态。此时， YA、YB两通道同时工作，因而可得到两信号相加或两信号相减的显示。然 而，两信号究竟是相加还是相减，这要通过YA通道的极性作用开关来选择。 这个开关有两个位置，在第一个位置时，荧光屏上的图形为两信号之和； 在第二个位置（-YA ）时，荧光屏上的图形为两信号之差。 为了观察被测信号随时间变化的波形，示波管的水平偏转板上必须加 以线性扫描电压（锯齿波电压）。这个扫描电压是由扫描电路产生的。当 触发信号加到触发电路时，触发了扫描电路，扫描电路就产生相应的扫描 信号；当不加触发信号时，扫描电路就不产生扫描信号。 触发有内触发、外触发两种，由触发选择开关来选择。当该开关置于 内的位置时，触

56、发信号来自经丫轴通道送入的被测信号。当该开关置于外 的位置时，触发信号是由外部送入的。这个信号应与被测信号的频率成整 数比的关系。示波器在使用中，多数采用内触发工作方式。 所谓内触发也分为两种情况，并由内触发选择开关控制。当开关置于 常态的位置时，触发电路的触发信号来自YA YB通道。此时，两个通道即 可同时稳定地显示出各自的被测信号。当用双踪显示来作时间比较分析时， 就应该将内触发选择开关置于YB的位置。在这个位置时，触发电路的触发 信号只取自YB通道的输入信号。此时只有当uA, uB的频率成整数比时， 荧光屏上才能同时稳定地显示两个波形。 扫描电路产生的扫描信号（锯齿波信号），通过X轴选择

57、开关接到 X 轴放大电路，经放大后送到示波管的X轴偏转板。这就是通常在观察信号 随时间变化的波形时，开关选扫描档的情况。除上述情况外，用示波器进 行其它测试（比如观察李沙育图形）时，开关置 X外接档，此时可将 X轴 输入端输入的信号，加到 X轴放大电路进行放大，随后再送至X轴偏转板。 Z轴放大电路对荧光屏上光点辉度起着调节的作用，抹去不必要显示的 光点轨迹。当扫描电路闸门信号来到Z轴放大电路，Z轴放大电路便输出正 向的增辉脉冲信号，加至示波管的控制极。这就是说，在扫描信号的过程 中，荧光屏上的光点得以增辉；在电子开关的转换过程中，电子开关电路 将输出脉冲信号也加至 Z轴放大电路，此时 Z轴放大

58、电路便输出负向脉冲 信号，加至示波管的控制极。这样，在电子开关的转换过程中，就消去了 两个通道交替工作时的过渡光点，以提高显示波形的清晰度。 校正信号电路产生一个一定频率、一定幅度的矩形信号(如国产SR-8 型两踪示波器的校正信号是频率为 IkHz、幅度为IV)。它是作校正 丫轴放 大电路的灵敏度和 X轴的扫描速度之用的。 高、低压电源供给电路中的低压是供给示波器各级所需的低压电源的， 高压是供给示波管显示系统电源的。 编辑本段 使用方法 示波器虽然分成好几类，各类又有许多种型号，但是一般的示波器除 频带宽度、输入灵敏度等不完全相同外，在使用方法的基本方面都是相同 的。本章以SR-8型双踪示波

59、器为例介绍。 (一) 面板装置 SR-8型双踪示波器的面板图如图5-12所示。其面板装置按其位置和功 能通常可划分为 3大部分：显示、垂直(丫轴)、水平(X轴)。现分别介 绍这3个部分控制装置的作用。 1 显示部分主要控制件为： (1) 电源开关。 (2) 电源指示灯。 (3) 辉度调整光点亮度。 (4) 聚焦调整光点或波形清晰度。 (5 )辅助聚焦 配合“聚焦”旋钮调节清晰度。 (6 )标尺亮度调节坐标片上刻度线亮度。 (7) 寻迹 当按键向下按时，使偏离荧光屏的光点回到显示区域，而 寻到光点位置。 (8) 标准信号输出1kHz、1V方波校准信号由此引出。加到丫轴输入 端，用以校准 丫轴输入

60、灵敏度和 X轴扫描速度。 2. 丫轴插件部分 (1) 显示方式选择开关用以转换两个 丫轴前置放大器 YA与YB工作 状态的控制件，具有五种不同作用的显示方式： “交替”：当显示方式开关置于“交替”时，电子开关受扫描信号控 制转换，每次扫描都轮流接通Ya或YB信号。当被测信号的频率越高，扫 描信号频率也越高。电 子开关转换速率也越快，不会有闪烁现象。这种工作状态适用于观察 两个工作频率较高的信号。 “断续”：当显示方式开关置于“断续”时，电子开关不受扫描信号 控制，产生频率固定为 200kHz方波信号，使电子开关快速交替接通YA和YB。由于开关动作频率高于被测信号频率，因此屏幕上显示的两个通道信