電子測(cè)量論文

1、電了示波器的應(yīng)用、 引言：隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)，交通運(yùn)輸，航空航天，國(guó)防建設(shè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用這電子技術(shù)， 而電子測(cè)量又是電子技術(shù)中進(jìn)行 信息檢測(cè)的重要手段，它是一門發(fā)展快、應(yīng)用面寬、實(shí)踐性強(qiáng)且重要的應(yīng)用學(xué)科， 在現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)中占有舉足輕重的作用和地位。在我國(guó)實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化建設(shè)的偉大事業(yè)中， 科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化是關(guān)鍵，科學(xué) 實(shí)驗(yàn)手段的現(xiàn)代化是實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的必要條件，而電子測(cè)量正是各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域科學(xué)實(shí)驗(yàn)手段現(xiàn)代化的重要標(biāo)志?，F(xiàn)代高科技中，火箭、導(dǎo)彈飛行軌道的控 制，人造衛(wèi)星飛行姿態(tài)的調(diào)整，必須有快速、精密的信息檢測(cè)；現(xiàn)代化的大地測(cè) 量、氣象遙感、地質(zhì)勘探等也都少不了

2、應(yīng)用電子技術(shù)手段進(jìn)行測(cè)量。電子示波器能夠間接地顯示各種電壓的信號(hào)波形， 并且還可以對(duì)一切可以轉(zhuǎn) 化為電壓的電學(xué)量（如電流、電功率、阻抗等）和某些非電學(xué)量以及它們隨時(shí)間 變化的過程進(jìn)行觀察，因此電子示波器時(shí)使用最為廣泛的電子儀器。示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。 它能把肉眼看不見的電信號(hào)變 成看得見的圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄的、有 高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的平面上，可以產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。在 信被測(cè)號(hào)的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏幕上描繪出被測(cè)信號(hào) 的瞬時(shí)值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲 線，還可以用它

3、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。二、電子示波器的工作原理丘示電躇垂直 電踣掃描和同步電賂水平敢大 電踣40掃掘電瀝供給電踣電子示波器工作原理1、示波器的組成電子示波器有五個(gè)基本組成部分：顯示電路、垂直（ 丫軸）電路、水平（X 軸）放大電路、掃描與同步電路、電源供給電路。1.顯示電路顯示電路包括示波管及其控制電路兩個(gè)部分。示波器是一種特殊的電子管， 是示波器一個(gè)重要組成部分。示波器由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三個(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第一陽極A1、第二陽極A2組成。除燈絲外，

4、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上。陰極被加熱后， 可沿軸向發(fā)射電子；控制極相對(duì)于陰極來說是負(fù)電位，改變電位可以改變通過控 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)的亮 度，又不降低對(duì)電子束偏轉(zhuǎn)的靈敏度， 現(xiàn)代示波器中，在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光之間還 加一個(gè)后加速電極A3.第一陽極對(duì)陰極而言加有約幾百伏的正電壓。在第二陽極上加有一個(gè)比第一 陽極更高的正電壓。穿過控制極小孔的電子束，在第一陽極和第二陽極高電位的 作用下，得到加速，向熒光屏方向做高速運(yùn)動(dòng)。由于電荷的同性相斥，電子束會(huì) 逐漸散開。通過第一陽極、第二陽極之間電場(chǎng)的聚焦作用，是電子重新聚集起來

5、 并交匯于一點(diǎn)。適當(dāng)控制第一陽極和第二陽極之間的電位差大小，便能使焦點(diǎn)剛好落在熒光屏上，顯現(xiàn)一個(gè)光亮細(xì)小的原點(diǎn)。改變第一陽極和第二陽極之間的電 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。第三陽極是示波管椎體內(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：使穿過偏轉(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，已獲得足夠的亮度；石墨層涂在整個(gè)椎體上，能起到屏蔽的作 用；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)示波器的偏轉(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，分別稱為水平偏

6、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)板上沒有加電壓，偏轉(zhuǎn)板之間無 電場(chǎng)，離開第二陽極后進(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，那么通過偏轉(zhuǎn)板空間 的，具有速度V的電子束就會(huì)沿著原方向（設(shè)為軸線方向）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)板之間就形成一 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

7、偏轉(zhuǎn)板之間的空間，電子就沿著拋物線在這一點(diǎn)上做切線運(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)板上加的有直流電壓時(shí)，也發(fā)生類似情況，只是光點(diǎn)在 水平上偏轉(zhuǎn)。（3）熒光屏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，以便觀察。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

8、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2. 垂直（Y軸）放大電路由于示波管的偏轉(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)過垂直放大電路的放大，再加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上

9、， 以得到垂直方向的適當(dāng)大小的圖形。3. 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。4. 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。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。5. 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

10、與控制電路所需的負(fù)高壓、燈絲電壓等。由示波器的原理功能方框圖可見，被測(cè)信號(hào)電壓加到示波器的丫軸輸入端，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(cè)量頻率、相位差等時(shí)），因此在水平放大電路輸入端有 一個(gè)水平信號(hào)選擇開關(guān)，以便按照需要選用示波器內(nèi)部的鋸齒波電壓，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。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(cè)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一個(gè)同步信號(hào)。三、

11、波形顯示的基本原理由示波管的原理可知，一個(gè)直流電壓加到一對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，將使光點(diǎn) 在熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。如 果分別將兩個(gè)直流電壓同時(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。如果將一個(gè)正弦交流電壓加到一對(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)板上加一個(gè)正弦交流電壓時(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 （最大正值），

12、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)。在交流電壓的第二個(gè)周期、第三個(gè)周期, 都將重復(fù)第一個(gè)周期的情況。如果此時(shí)加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的正弦交流電壓 之頻率很低，僅為IHz2Hz,那么，在熒光屏上便會(huì)看見一個(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)板上的交流電壓頻率在10Hz20Hz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 是一個(gè)上下移動(dòng)的點(diǎn)，而是一根垂直的亮線了。該亮線的長(zhǎng)短在示

13、波器的 垂直放大增益一定的情況下決定于正弦交流電壓峰一峰值的大小。如果在 水平偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)正弦交流電壓，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。如果將被測(cè)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(cè)信號(hào)電壓的頻率等于鋸齒波掃描電壓的頻率，則熒光屏 上將顯示出一個(gè)周期的被測(cè)信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的波形曲線。由上述可見，為使熒光屏上的圖形穩(wěn)定，被測(cè)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)系，即同步關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)這一點(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(cè)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

14、鋸齒波電壓的頻率臨時(shí)調(diào)到與被測(cè)信號(hào)頻率成整倍數(shù)關(guān)系，也不能使圖形 一直保持穩(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 某部分加上一個(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)掃描一種 狀態(tài)的簡(jiǎn)易示波器而言，需要在其掃描電路上輸入一個(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 時(shí)，就可以把鋸齒波頻率“拖入同步”或“鎖住”。對(duì)于具有等待掃描功 能的示波器而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被測(cè)信號(hào)相關(guān)的觸發(fā)信 號(hào)，使掃描過程與被測(cè)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)，便可使任何欲研究的過程與鋸齒波掃描頻率保持同 步。四、

15、雙線示波的顯示原理在電子實(shí)踐技術(shù)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)進(jìn)行電參量的測(cè)試和比較。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：一種是雙線（或多線）示波法；另一種是雙蹤（或 多蹤）示波法。應(yīng)用這兩種方法制造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(jiǎn)單說明。雙槍示波管有兩個(gè)互相獨(dú)立的電子槍產(chǎn) 生兩束電子。另有兩組互相獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，它們各自控制一束電子作上 下、左右的運(yùn)動(dòng)。熒光屏是共用的

16、，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 有一個(gè)電子槍，在工作時(shí)是依靠特殊的電極把電子分成兩束。然后，由管 內(nèi)的兩組互相獨(dú)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 造工藝要求高，成本也高，所以應(yīng)用并不十分普遍。五、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)一個(gè)專用電子開 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(jiǎn)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。六、測(cè)量的分類有以下1、電壓的測(cè)量利用示波器所做的任何測(cè)量，都是歸結(jié)為對(duì)電壓的測(cè)量。示波器可以 測(cè)量各種波形的電壓幅度，既可以測(cè)量直流電壓和正弦電壓，又可以測(cè)量脈沖或非正弦電壓的幅度。更有用的是它可以測(cè)量一個(gè)脈沖電壓波形各部 分的電壓幅值，如上沖量或頂部下降量等。這是其他任何電壓測(cè)量?jī)x器都 不能比擬的。例如 ：1直接測(cè)量法 2 .比較測(cè)量法 。2、時(shí)間的測(cè)量示波器時(shí)基能產(chǎn)生與時(shí)間