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在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中,，需要使用若干儀器,、儀表觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。常用的電子測(cè)量?jī)x器有萬(wàn)用表,、邏輯筆,、普通示波器,、存儲(chǔ)示波器、邏輯分析儀等,。萬(wàn)用表和邏輯筆使用方法比較簡(jiǎn)單,，而邏輯分析儀和存儲(chǔ)示波器目前在數(shù)字電路教學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用還不十分普遍,。示波器是一種使用非常廣泛，且使用相對(duì)復(fù)雜的儀器,。本章從使用的角度介紹一下示波器的原理和使用方法,。

1 示波器工作原理

　　示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無(wú)法直接觀測(cè)的交變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像,，顯示在熒光屏上以便測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器,。它是觀察數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題,、測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器,。示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng),、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng),、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源組成。
　　1．1 示波管
　　陰極射線管(CRT)簡(jiǎn)稱示波管,，是示波器的核心,。它將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。正如圖1所示,，電子槍,、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個(gè)真空玻璃殼內(nèi)，構(gòu)成了一個(gè)完整的示波管,。

圖1 示波管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和供電圖示

　　1．熒光屏
　　現(xiàn)在的示波管屏面通常是矩形平面,，內(nèi)表面沉積一層磷光材料構(gòu)成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜,。高速電子穿過(guò)鋁膜,，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點(diǎn)。鋁膜具有內(nèi)反射作用,，有利于提高亮點(diǎn)的輝度,。鋁膜還有散熱等其他作用。
　　當(dāng)電子停止轟擊后,，亮點(diǎn)不能立即消失而要保留一段時(shí)間,。亮點(diǎn)輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過(guò)的時(shí)間叫做“余輝時(shí)間”。余輝時(shí)間短于10μs為極短余輝,，10μs—1ms為短余輝,，1ms—0．1s為中余輝，0．1s-1s為長(zhǎng)余輝,，大于1s為極長(zhǎng)余輝,。一般的示波器配備中余輝示波管,，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長(zhǎng)余輝,。
　　由于所用磷光材料不同,，熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管,，以保護(hù)人的眼睛,。
　　2．電子槍及聚焦
　　電子槍由燈絲(F)、陰極(K),、柵極(G1),、前加速極(G2)(或稱第二柵極)、第一陽(yáng)極(A1)和第二陽(yáng)極(A2)組成,。它的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束,。燈絲通電加熱陰極，陰極受熱發(fā)射電子,。柵極是一個(gè)頂部有小孔的金屬園筒,，套在陰極外面。由于柵極電位比陰極低,，對(duì)陰極發(fā)射的電子起控制作用,，一般只有運(yùn)動(dòng)初速度大的少量電子，在陽(yáng)極電壓的作用下能穿過(guò)柵極小孔,，奔向熒光屏,。初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過(guò)低,，則全部電子返回陰極,，即管子截止。調(diào)節(jié)電路中的W1電位器,，可以改變柵極電位,，控制射向熒光屏的電子流密度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮點(diǎn)的輝度,。第一陽(yáng)極,、第二陽(yáng)極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個(gè)金屬圓筒。前加速極G2與A2相連,，所加電位比A1高,。G2的正電位對(duì)陰極電子奔向熒光屏起加速作用。
　　電子束從陰極奔向熒光屏的過(guò)程中,，經(jīng)過(guò)兩次聚焦過(guò)程,。第一次聚焦由K、G1、G2完成,，K,、K、G1,、G2叫做示波管的第一電子透鏡,。第二次聚焦發(fā)生在G2、A1,、A2區(qū)域,，調(diào)節(jié)第二陽(yáng)極A2的電位，能使電子束正好會(huì)聚于熒光屏上的一點(diǎn),，這是第二次聚焦,。A1上的電壓叫做聚焦電壓，A1又被叫做聚焦極,。有時(shí)調(diào)節(jié)A1電壓仍不能滿足良好聚焦,，需微調(diào)第二陽(yáng)極A2的電壓，A2又叫做輔助聚焦極,。
　　3．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
　　偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子射線方向,，使熒光屏上的光點(diǎn)隨外加信號(hào)的變化描繪出被測(cè)信號(hào)的波形。圖8．1中,，Y1,、Y2和Xl、X2兩對(duì)互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),。Y軸偏轉(zhuǎn)板在前，X軸偏轉(zhuǎn)板在后,，因此Y軸靈敏度高(被測(cè)信號(hào)經(jīng)處理后加到Y(jié)軸),。兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓，使兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場(chǎng),，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn),。
　　4．示波管的電源
　　為使示波管正常工作，對(duì)電源供給有一定要求,。規(guī)定第二陽(yáng)極與偏轉(zhuǎn)板之間電位相近,，偏轉(zhuǎn)板的平均電位為零或接近為零。陰極必須工作在負(fù)電位上,。柵極G1相對(duì)陰極為負(fù)電位(—30V~—100V),，而且可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)輝度調(diào)節(jié),。第一陽(yáng)極為正電位(約+100V~+600V),，也應(yīng)可調(diào)，用作聚焦調(diào)節(jié),。第二陽(yáng)極與前加速極相連,，對(duì)陰極為正高壓(約+1000V),，相對(duì)于地電位的可調(diào)范圍為±50V。由于示波管各電極電流很小,，可以用公共高壓經(jīng)電阻分壓器供電,。
　　1.2 示波器的基本組成
　　從上一小節(jié)可以看出，只要控制X軸偏轉(zhuǎn)板和Y軸偏轉(zhuǎn)板上的電壓,，就能控制示波管顯示的圖形形狀,。我們知道，一個(gè)電子信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)f(t),，它隨時(shí)間的變化而變化,。因此，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)與時(shí)間變量成正比的電壓,，在y軸加上被測(cè)信號(hào)(經(jīng)過(guò)比例放大或者縮小),，示波管屏幕上就會(huì)顯示出被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的圖形。電信號(hào)中,，在一段時(shí)間內(nèi)與時(shí)間變量成正比的信號(hào)是鋸齒波,。
　　示波器的基本組成框圖如圖2所示。它由示波管,、Y軸系統(tǒng),、X軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)和電源等五部分組成,。

圖2 示波器基本組成框圖

　　被測(cè)信號(hào)①接到“Y"輸入端,，經(jīng)Y軸衰減器適當(dāng)衰減后送至Y1放大器(前置放大)，推挽輸出信號(hào)②和③,。經(jīng)延遲級(jí)延遲Г1時(shí)間,，到Y(jié)2放大器。放大后產(chǎn)生足夠大的信號(hào)④和⑤,，加到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上,。為了在屏幕上顯示出完整的穩(wěn)定波形，將Y軸的被測(cè)信號(hào)③引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路,，在引入信號(hào)的正(或者負(fù))極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥,，啟動(dòng)鋸齒波掃描電路(時(shí)基發(fā)生器)，產(chǎn)生掃描電壓⑦,。由于從觸發(fā)到啟動(dòng)掃描有一時(shí)間延遲Г2,，為保證Y軸信號(hào)到達(dá)熒光屏之前X軸開(kāi)始掃描，Y軸的延遲時(shí)間Г1應(yīng)稍大于X軸的延遲時(shí)間Г2,。掃描電壓⑦經(jīng)X軸放大器放大,，產(chǎn)生推挽輸出⑨和⑩，加到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上。z軸系統(tǒng)用于放大掃描電壓正程,，并且變成正向矩形波,，送到示波管柵極。這使得在掃描正程顯示的波形有某一固定輝度,，而在掃描回程進(jìn)行抹跡,。
　　以上是示波器的基本工作原理。雙蹤顯示則是利用電子開(kāi)關(guān)將Y軸輸入的兩個(gè)不同的被測(cè)信號(hào)分別顯示在熒光屏上,。由于人眼的視覺(jué)暫留作用,，當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率高到一定程度后，看到的是兩個(gè)穩(wěn)定的,、清晰的信號(hào)波形,。
　　示波器中往往有一個(gè)精確穩(wěn)定的方波信號(hào)發(fā)生器，供校驗(yàn)示波器用,。

2 示波器使用

　　本節(jié)介紹示波器的使用方法,。示波器種類、型號(hào)很多,，功能也不同,。數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器。這些示<