通用示波器:簡介,組成,電子槍,偏轉系統,螢光屏示波器,分類,數字示波器基本指標,

示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖象，便於人們研究各種電現象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在塗有螢光物質的屏面上，就可產生細小的光點。在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等等。

基本介紹

中文名：通用示波器
外文名：The usual oscillograph
屬性：電子測量儀器
作用：測試各種不同的電量
組成：示波管及其控制電路
所屬學科：電學

簡介,組成,電子槍,偏轉系統,螢光屏示波器,分類,數字示波器基本指標,波形顯示的基本原理,發展趨勢,世界主要廠商,

簡介

通用示波器是電子測量中最常用的儀器之一。它不僅能夠直接觀測和真實顯示被測信號，而且還可以觀測脈衝信號的前後沿、脈寬、上沖、下沖等參數。為保證示波器的正常使用和測量精度，應對示波器定期進行檢定和校準。通用示波器的很多技術指標難以用一般儀器直接檢定,採取間接方法利用常用電子測量儀器既可達到檢定的目的，又可以擴展它的使用範圍，提高它的測量精度。

組成

顯示電路包括示波管及其控制電路兩個部分。示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個重要組成部分。示波管由電子槍、偏轉系統和螢光屏3個部分組成。

電子槍

電子槍用於產生並形成高速、聚束的電子流，去轟擊螢光屏使之發光。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，其餘電極的結構都為金屬圓筒，且它們的軸心都保持在同一軸線上。陰極被加熱後，可沿軸向發射電子；控制極相對陰極來說是負電位，改變電位可以改變通過控制極小孔的電子數目，也就是控制螢光屏上光點的亮度。為了提高屏上光點亮度，又不降低對電子束偏轉的靈敏度，現代示波管中，在偏轉系統和螢光屏之間還加上一個後加速電極A3。

第一陽極對陰極而言加有約幾百伏的正電壓。在第二陽極上加有一個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，向螢光屏方向作高速運動。由於電荷的同性相斥，電子束會逐漸散開。通過第一陽極、第二陽極之間電場的聚焦作用，使電子重新聚集起來並交匯於一點。適當控制第一陽極和第二陽極之間電位差的大小，便能使焦點剛好落在螢光屏上，顯現一個光亮細小的圓點。改變第一陽極和第二陽極之間的電位差，可起調節光點聚焦的作用，這就是示波器的“聚焦”和“輔助聚焦”調節的原理。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使穿過偏轉系統以後的電子進一步加速，使電子有足夠的能量去轟擊螢光屏，以獲得足夠的亮度；②石墨層塗在整個錐體上，能起到禁止作用；③電子束轟擊螢光屏會產生二次電子，處於高電位的A3可吸收這些電子。crt數字讀出示波器

偏轉系統

示波管的偏轉系統大都是靜電偏轉式，它由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為水平偏轉板和垂直偏轉板。分別控制電子束在水平方向和垂直方向的運動。當電子在偏轉板之間運動時，如果偏轉板上沒有加電壓，偏轉板之間無電場，離開第二陽極後進入偏轉系統的電子將沿軸向運動，射向螢幕的中心。如果偏轉板上有電壓，偏轉板之間則有電場，進入偏轉系統的電子會在偏轉電場的作用下射向螢光屏的指定位置。

如果兩塊偏轉板互相平行，並且它們的電位差等於零，那么通過偏轉板空間的，具有速度υ的電子束就會沿著原方向（設為軸線方向）運動，並打在螢光屏的坐標原點上。如果兩塊偏轉板之間存在著恆定的電位差，則偏轉板間就形成一個電場，這個電場與電子的運動方向相垂直，於是電子就朝著電位比較高的偏轉板偏轉。這樣，在兩偏轉板之間的空間，電子就沿著拋物線在這一點上做切線運動。最後，電子降落在螢光屏上的A點，這個A點距離螢光屏原點（0）有一段距離，這段距離稱為偏轉量，用y表示。偏轉量y與偏轉板上所加的電壓Vy成正比。同理，在水平偏轉板上加有直流電壓時，也發生類似情況，只是光點在水平方向上偏轉。

螢光屏示波器

螢光屏位於示波管的終端，它的作用是將偏轉後的電子束顯示出來，以便觀察。在示波器的螢光屏內壁塗有一層發光物質，因而，螢光屏上受到高速電子衝擊的地點就顯現出螢光。此時光點的亮度決定於電子束的數目、密度及其速度。改變控制極的電壓時，電子束中電子的數目將隨之改變，光點亮度也就改變。在使用示波器時，不宜讓很亮的光點固定出現在示波管螢光屏一個位置上，否則該點螢光物質將因長期受電子衝擊而燒壞，從而失去發光能力。　塗有不同螢光物質的螢光屏，在受電子衝擊時將顯示出不同的顏色和不同的餘輝時間，通常供觀察一般信號波形用的是發綠光的，屬中餘輝示波管，供觀察非周期性及低頻信號用的是發橙黃色光的，屬長餘輝示波管；供照相用的示波器中，一般都採用發藍色的短餘輝示波管。

數字示波器基本指標

頻寬、採樣率和存儲深度是示波器的三大技術指標。示波器的頻寬定義為信號衰減3dB時的信號頻率。若一台示波器頻寬不夠會導致看到的信號失真，測試不準確。頻寬指標主要體現在衰減器與放大器的指標。實時採樣率體現出示波器的ADC的指標。採樣率通常要大於等於頻寬的4倍。存儲深度影響觀測時間的長短，另外也會影響到示波器的採樣率。因為存儲深度=採樣率×觀測時間，若觀測時間較長（與水平觀測時間相關），則採樣率會下降。除此之外，波形捕獲率和示波器回響速度，觸發條件的多少，底噪的情況，使用的方便性，及擴展性也體現了示波器的性能。

頻寬選擇實例：已知條件：示波器主機1GHz，探頭配置1.5GHz，被測信號200MHz（上升時間500ps）。

示波器參數	參數值
示波器上升時間	0.35/1GHz = 350ps
探頭上升時間	0.35/1.5GHz = 233ps
整個測量系統上升時間	√￣350²+233² = 420ps
整個測量系統實際頻寬	0.35/420 = 833MHz
實測信號所得上升時間	√￣420²+500² = 653ps
實際測量誤差	（653 – 500） / 500 = 30.6%

波形顯示的基本原理

由示波管的原理可知，一個直流電壓加到一對偏轉板上時，將使光點在螢光屏上產生一個固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。如果分別將兩個直流電壓同時加到垂直和水平兩對偏轉板上，則螢光屏上的光點位置就由兩個方向的位移所共同決定。

如果將一個正弦交流電壓加到一對偏轉板上時，光點在螢光屏上將隨電壓的變化而移動。當垂直偏轉板上加一個正弦交流電壓時，在時間t=0的瞬間，電壓為Vo（零值），螢光屏上的光點位置在坐標原點0上，在時間t=1的瞬間，電壓為V1（正值），螢光屏上光點在坐標原點0點上方的1上，位移的大小正比於電壓V1；在時間t=2的瞬間，電壓為V2（最大正值），螢光屏上的光點在坐標原點0點上方的2點上，位移的距離正比於電壓V2；以此類推，在時間t=3，t=4，…，t=8的各個瞬間，螢光屏上光點位置分別為3，4，…，8點。在交流電壓的第二個周期、第三個周期……都將重複第一個周期的情況。如果此時加在垂直偏轉板上的正弦交流電壓之頻率很低，僅為lHz～2Hz，那么，在螢光屏上便會看見一個上下移動著的光點。這光點距離坐標原點的瞬時偏轉值將與加在垂直偏轉板上的電壓瞬時值成正比。如果加在垂直偏轉板上的交流電壓頻率在10Hz～20Hz以上，則由於螢光屏的餘輝現象和人眼的視覺暫留現象，在螢光屏上看到的就不是一個上下移動的點，而是一根垂直的亮線了。該亮線的長短在示波器的垂直放大增益一定的情況下決定於正弦交流電壓峰一峰值的大小。如果在水平偏轉板上加一個正弦交流電壓，則會產生相類似的情況，只是光點在水平軸上移動罷了。

發展趨勢

高性能與通用是示波器發展的兩個趨勢。體現高性能的例子是安捷倫科技的63GHz模擬頻寬、160GSa/s採樣的實時示波器，同時具有低噪聲和高輸入動態範圍的特性，美國力科公司宣布了65GHz模擬頻寬、160GS/s實時採樣率、4~40通道的任意通道示波器系統，大幅的最佳化了示波器的通道選擇性。另一個趨勢是通用，將更多的功能集成到示波器中，常見的有將邏輯分析功能集成，形成混合型號示波器；將協定分析功能集成，最近安捷倫又將信號源集成到示波器中。力科也在全系列示波器中加上邏輯模組，隨著技術的發展，也許示波器會集成越來越多的功能。

世界主要廠商

美國：泰克（Tektronix），安捷倫（Agilent，原HP惠普儀器），福祿克(Fluke)，力科（LeCroy）、國家儀器(National Instruments) 荷蘭：飛利浦（Philips）（90年代其儀器部門與美國福祿克合併）德國：羅德與施瓦茨（R&S，原HAMEG）英國：古爾德（GOULD）日本：日立（Hitachi），菊水（Kikusui），岩崎（Iwatsu）,建伍（Kenwood/Trio）台灣：固緯（Gwinstek）

通用示波器