wavesufer示波器掃描同步電路

掃描電路產(chǎn)生一個鋸齒波電壓。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、與時間成正比的水平位移，即形成時間基線。這樣，才能把加在垂直方向的被測信號按時間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上。

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。

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)，所以一般的被測信號電壓都要先經(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，以得到垂直方向的適當(dāng)大小的圖形。

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(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏3個部分組成。

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，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(shù)目，也就是控制熒光屏上光點的亮度。為了提高屏上光點亮度，又不降低對電子束偏轉(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后加速電極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，向熒光屏方向作高速運動。由于電荷的同性相斥，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并交匯于一點。適當(dāng)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熒光屏上，顯現(xiàn)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(diào)節(jié)光點聚焦的作用，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，它有三個作用:①使穿過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)以后的電子進一步加速，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。

示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)大都是靜電偏轉(zhuǎn)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(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動。當(dāng)電子在偏轉(zhuǎn)板之間運動時，如果偏轉(zhuǎn)板上沒有加電壓，偏轉(zhuǎn)板之間無電場，離開第二陽極后進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子將沿軸向運動，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，進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子會在偏轉(zhuǎn)電場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υ的電子束就會沿著原方向(設(shè)為軸線方向)運動，并打在熒光屏的坐標(biāo)原點上。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板之間存在著恒定的電位差，則偏轉(zhuǎn)板間就形成一個電場，這個電場與電子的運動方向相垂直，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，電子就沿著拋物線在這一點上做切線運動。最后，電子降落在熒光屏上的A點，這個A點距離熒光屏原點(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)板上加有直流電壓時，也發(fā)生類似情況，只是光點在水平方向上偏轉(zhuǎn)。

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就顯現(xiàn)出熒光。此時光點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，電子束中電子的數(shù)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(xiàn)在示波管熒光屏一個位置上，否則該點熒光物質(zhì)將因長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，在受電子沖擊時將顯示出不同的顏色和不同的余輝時間，通常供觀察一般信號波形用的是發(fā)綠光的，屬中余輝示波管，供觀察非周期性及低頻信號用的是發(fā)橙黃色光的，屬長余輝示波管;供照相用的示波器中，一般都采用發(fā)藍色的短余輝示波管。

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，便于人們研究各種電現(xiàn)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，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)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(diào)幅度等等。 普通示波器有五個基本組成部分:顯示電路、垂直(Y軸)放大電路、水平(X軸)放大電路、掃描與同步電路、電源供給電路。

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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高壓、燈絲電壓等。 由示波器的原理功能方框圖可見，被測信號電壓加到示波器的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)，但有時也采用其它的外加電壓(用于測量頻率、相位差等時)，因此在水平放大電路輸入端有一個水平信號選擇開關(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的頻率和被測信號的頻率保持同步。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同步信號。這樣，對于只能產(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)一種狀態(tài)的簡易示波器(如國產(chǎn)SB10型等示波器)而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被觀察信號頻率相關(guān)的同步信號，以牽制鋸齒波的振蕩頻率。對于具有等待掃描功能(即平時不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測信號來到時才產(chǎn)生一個鋸齒波，進行一次掃描)功能的示波器(如國產(chǎn)ST-16型示波器、SR-8型雙蹤示波器等而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被測信號相關(guān)的觸發(fā)信號，使掃描過程與被測信號密切配合。為了適應(yīng)各種需要，同步(或觸發(fā))信號可通過同步或觸發(fā)信號選擇開關(guān)來選擇，通常來源有3個:①從垂直放大電路引來被測信號作為同步(或觸發(fā))信號，此信號稱為"內(nèi)同步"(或"內(nèi)觸發(fā)")信號;②引入某種相關(guān)的外加信號為同步(或觸發(fā))信號，此信號稱為"外同步"(或"外觸發(fā)")信號，該信號加在外同步(或外觸發(fā))輸入端;③有些示波器的同步信號選擇開關(guān)還有一檔"電源同步"，是由220V，50Hz電源電壓，通過變壓器次級降壓后作為同步信號。

示波器可以分為模擬示波器和數(shù)字示波器，對于大多數(shù)的電子應(yīng)用，無論模擬示波器和數(shù)字示波器都是可以勝任的，只是對于一些特定的應(yīng)用，由于模擬示波器和數(shù)字示波器所具備的不同特性，才會出現(xiàn)適合和不適合的地方。

模擬示波器的工作方式是直接測量信號電壓，并且通過從左到右穿過示波器屏幕的電子束在垂直方向描繪電壓。

數(shù)字示波器的工作方式是通過模擬轉(zhuǎn)換器（ADC）把被測電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。數(shù)字示波器捕獲的是波形的一系列樣值，并對樣值進行存儲，存儲限度是判斷累計的樣值是否能描繪出波形為止，隨后，數(shù)字示波器重構(gòu)波形。

數(shù)字示波器可以分為數(shù)字存儲示波器（DSO），數(shù)字熒光示波器（DPO）和采樣示波器。

模擬示波器要提高帶寬，需要示波管、垂直放大和水平掃描全面推進。數(shù)字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉(zhuǎn)換器的性能，對示波管和掃描電路沒有特殊要求。加上數(shù)字示波管能充分利用記憶、存儲和處理，以及多種觸發(fā)和超前觸發(fā)能力。廿世紀八十年代數(shù)字示波器異軍突起，成果累累，大有全面取代模擬示波器之勢，模擬示波器的確從前臺退到后臺。

數(shù)字示波器，英文名：Digital Oscilloscope

數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨特優(yōu)點，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當(dāng)，會產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。

1.1 示波器探頭的定義

本質(zhì)上，示波器探頭是在測試點或信號源和示波器之間建立了一條物理和電子連接;實際上，示波器探頭是把信號源連接到示波器輸入上的某類設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)，它必須在信號源和示波器輸入之間提供足夠方便優(yōu)質(zhì)的連接。連接的充分程度有三個關(guān)鍵的問題:物理連接、對電路操作的影響和信號傳輸。

1.2 示波器探頭的發(fā)展過程

在過去50年中，各種示波器探頭接口設(shè)計一直在不斷演進，以滿足提高的儀器帶寬速度和測量性能要求。在最早的年代，通常使用香蕉式插頭和UHF型連接器。在20世紀60年代，普通BNC型連接器成為常用的探頭接口類型，因為BNC體積更小、頻率更高。BNC探頭接口仍用于測試和測量儀器設(shè)計，當(dāng)前更高質(zhì)量的BNC型連接器提供了接近4GHz的最大可用帶寬功能。

之后，某些廠家提出了普通BNC型探頭接口設(shè)計變通方案，在使用BNC連接器的同時，額外提供了一個模擬編碼的標(biāo)度系數(shù)檢測針腳，作為機械和電子接口設(shè)計的一部分，使得兼容的示波器能夠自動檢測和改變示波器顯示的垂直衰減范圍。

1.3 示波器探頭的結(jié)構(gòu)形式

大多數(shù)探頭由探頭頭部、探頭電纜、補償設(shè)備或其他信號調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)和探頭連接頭組成。如圖1所示。

圖1 探頭的結(jié)構(gòu)形式

為進行示波器測量，必須先能夠在物理上把探頭連接到測試點。為實現(xiàn)這一點，大多數(shù)探頭至少有一兩米長的相關(guān)電纜，如圖1所示。但是探頭電纜降低了探頭帶寬:電纜越長，下降的幅度越大。除了一兩米長的電纜外，大多數(shù)探頭還有一個探頭頭部或帶探針的把手，探頭頭部可以固定探頭，用戶則可以移動探針，與測試點接觸。通常這一探針采用彈簧支撐的掛鉤形式，可以把探頭實際連接到測試點上。

為了獲得可用的測量結(jié)果，探針上的信號必須通過探頭頭部和電纜，以足夠的保真度傳送到示波器的輸入。