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示波器基礎(chǔ)使用說(shuō)明和功能
2012-11-26
示波器的顯示器件是陰極射線(xiàn)管，縮寫(xiě)為CRT，見(jiàn)圖1。陰極射線(xiàn)管的基礎(chǔ)是一個(gè)能產(chǎn)生電子的系統(tǒng)，稱(chēng)為電子槍。電子槍向屏幕發(fā)射電子。電子槍發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束，并打在屏幕中心的一點(diǎn)上。屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì)，這樣電子束打中的點(diǎn)就發(fā)出光來(lái)。
圖1 陰極射線(xiàn)管圖
圖1 陰極射線(xiàn)管圖
電子在從電子槍到屏幕的途中要經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)上施加電壓就可以使光點(diǎn)在屏幕上移動(dòng)。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由水平（X）偏轉(zhuǎn)板和垂直（Y）偏轉(zhuǎn)板組成。這種偏轉(zhuǎn)方式稱(chēng)為靜電偏轉(zhuǎn)。
在屏幕的內(nèi)表面用刻劃或腐蝕的方法作出許多水平和垂直的直線(xiàn)形成網(wǎng)絡(luò)，稱(chēng)為標(biāo)尺。標(biāo)尺通常在垂直方向有8個(gè)，水平方向有10個(gè)，每個(gè)格為1cm。有的標(biāo)尺線(xiàn)又進(jìn)一步分成小格，并且還有標(biāo)明0％和100％的特別線(xiàn)。這些特別的線(xiàn)和標(biāo)明10％和90％的標(biāo)尺配合使用以進(jìn)行上升時(shí)間的測(cè)量。我們后面會(huì)討論這個(gè)問(wèn)題。
如上所述，受到電子轟擊后，CRT上的熒光物質(zhì)就會(huì)發(fā)光。當(dāng)電子束移開(kāi)后，熒光物質(zhì)在一個(gè)短的時(shí)間內(nèi)還會(huì)繼續(xù)發(fā)光。這個(gè)時(shí)間稱(chēng)為余輝時(shí)間。余輝時(shí)間的長(zhǎng)短隨熒光物質(zhì)的不同而變化。最常用的熒光物質(zhì)是P31，其余輝時(shí)間小于一毫秒(ms).而熒光物質(zhì)P7的余輝時(shí)間則較長(zhǎng)，約為300ms，這對(duì)于觀察較慢的信號(hào)非常有用。P31材料發(fā)射綠光，而P7材料發(fā)光的顏色為黃綠色。
將輸入信號(hào)加到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板上，而示波器自己使電子束沿X軸方向掃描。這樣就使得光點(diǎn)在屏幕上描繪出輸入信號(hào)的波形。這樣掃出的信號(hào)波形稱(chēng)為波形軌跡。
出于現(xiàn)實(shí)的理由，通常把帶寬想象成為叔響曲線(xiàn)一直平坦延伸至其截止頻率，然后從該頻率以－20dB/+倍頻程的斜率下降。當(dāng)然，這是一種簡(jiǎn)化的考慮。實(shí)際上，放大器的靈敏度從較低的頻率就開(kāi)始下降，百在其截止頻率達(dá)到－3dB。圖5中中同時(shí)給出了簡(jiǎn)化的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)和實(shí)際的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)。
上升時(shí)間直接和帶寬有關(guān)。上升時(shí)間通常規(guī)定為信號(hào)從其穩(wěn)態(tài)最大值的10％到90％所用的時(shí)間。
上升時(shí)間是一個(gè)示波器從理論上來(lái)說(shuō)能夠顯示的最快的瞬變的時(shí)間。示波器的高頻響應(yīng)曲線(xiàn)是經(jīng)過(guò)認(rèn)真安排的。這就保證了具有高諧波含量的信號(hào)，如方波，能夠在屏幕上精確的再現(xiàn)。如果頻響曲線(xiàn)下降太快，則在信號(hào)的快速上升沿上就會(huì)發(fā)生振鈴現(xiàn)象。如果頻響曲線(xiàn)下降太慢，即在頻響曲線(xiàn)上下降開(kāi)始得過(guò)早，則示波器總的高頻響應(yīng)就受到影響，使得方波失去“方形”特性。
在示波器的標(biāo)尺上刻有標(biāo)明0％和100％的專(zhuān)門(mén)的線(xiàn)，用來(lái)進(jìn)行上升時(shí)間的測(cè)量。測(cè)量時(shí)我們先用VAR靈敏度控制機(jī)構(gòu)將被測(cè)認(rèn)號(hào)的頂部和底部分別和標(biāo)有0％和100％的線(xiàn)對(duì)齊。
然后找出信號(hào)和標(biāo)尺上標(biāo)有10％和90％的兩條線(xiàn)的交點(diǎn)。這樣，上升時(shí)間就可以從這兩個(gè)交點(diǎn)沿X軸方向的時(shí)間間隔讀出來(lái)。
要想測(cè)量一臺(tái)示波器的上升時(shí)間，我們使用與上述相同的方法，只是要求測(cè)試信號(hào)的上升時(shí)間應(yīng)當(dāng)比該示波器的上升時(shí)間短得多。為獲得2％的測(cè)量誤差，測(cè)試信號(hào)的上升時(shí)間至少應(yīng)小于示波器上升時(shí)間的五分之一。示波器上顯示的上升時(shí)間應(yīng)當(dāng)是示波器上升時(shí)間和信號(hào)上升時(shí)間和組合函數(shù)。
在屏幕的內(nèi)表面用刻劃或腐蝕的方法作出許多水平和垂直的直線(xiàn)形成網(wǎng)絡(luò)，稱(chēng)為標(biāo)尺。標(biāo)尺通常在垂直方向有8個(gè)，水平方向有10個(gè)，每個(gè)格為1cm。有的標(biāo)尺線(xiàn)又進(jìn)一步分成小格，并且還有標(biāo)明0％和100％的特別線(xiàn)。這些特別的線(xiàn)和標(biāo)明10％和90％的標(biāo)尺配合使用以進(jìn)行上升時(shí)間的測(cè)量。我們后面會(huì)討論這個(gè)問(wèn)題。
如上所述，受到電子轟擊后，CRT上的熒光物質(zhì)就會(huì)發(fā)光。當(dāng)電子束移開(kāi)后，熒光物質(zhì)在一個(gè)短的時(shí)間內(nèi)還會(huì)繼續(xù)發(fā)光。這個(gè)時(shí)間稱(chēng)為余輝時(shí)間。余輝時(shí)間的長(zhǎng)短隨熒光物質(zhì)的不同而變化。最常用的熒光物質(zhì)是P31，其余輝時(shí)間小于一毫秒(ms).而熒光物質(zhì)P7的余輝時(shí)間則較長(zhǎng)，約為300ms，這對(duì)于觀察較慢的信號(hào)非常有用。P31材料發(fā)射綠光，而P7材料發(fā)光的顏色為黃綠色。
將輸入信號(hào)加到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板上，而示波器自己使電子束沿X軸方向掃描。這樣就使得光點(diǎn)在屏幕上描繪出輸入信號(hào)的波形。這樣掃出的信號(hào)波形稱(chēng)為波形軌跡。
出于現(xiàn)實(shí)的理由，通常把帶寬想象成為叔響曲線(xiàn)一直平坦延伸至其截止頻率，然后從該頻率以－20dB/+倍頻程的斜率下降。當(dāng)然，這是一種簡(jiǎn)化的考慮。實(shí)際上，放大器的靈敏度從較低的頻率就開(kāi)始下降，百在其截止頻率達(dá)到－3dB。圖5中中同時(shí)給出了簡(jiǎn)化的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)和實(shí)際的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)。
上升時(shí)間直接和帶寬有關(guān)。上升時(shí)間通常規(guī)定為信號(hào)從其穩(wěn)態(tài)最大值的10％到90％所用的時(shí)間。
上升時(shí)間是一個(gè)示波器從理論上來(lái)說(shuō)能夠顯示的最快的瞬變的時(shí)間。示波器的高頻響應(yīng)曲線(xiàn)是經(jīng)過(guò)認(rèn)真安排的。這就保證了具有高諧波含量的信號(hào)，如方波，能夠在屏幕上精確的再現(xiàn)。如果頻響曲線(xiàn)下降太快，則在信號(hào)的快速上升沿上就會(huì)發(fā)生振鈴現(xiàn)象。如果頻響曲線(xiàn)下降太慢，即在頻響曲線(xiàn)上下降開(kāi)始得過(guò)早，則示波器總的高頻響應(yīng)就受到影響，使得方波失去“方形”特性。
在示波器的標(biāo)尺上刻有標(biāo)明0％和100％的專(zhuān)門(mén)的線(xiàn)，用來(lái)進(jìn)行上升時(shí)間的測(cè)量。測(cè)量時(shí)我們先用VAR靈敏度控制機(jī)構(gòu)將被測(cè)認(rèn)號(hào)的頂部和底部分別和標(biāo)有0％和100％的線(xiàn)對(duì)齊。
然后找出信號(hào)和標(biāo)尺上標(biāo)有10％和90％的兩條線(xiàn)的交點(diǎn)。這樣，上升時(shí)間就可以從這兩個(gè)交點(diǎn)沿X軸方向的時(shí)間間隔讀出來(lái)。
要想測(cè)量一臺(tái)示波器的上升時(shí)間，我們使用與上述相同的方法，只是要求測(cè)試信號(hào)的上升時(shí)間應(yīng)當(dāng)比該示波器的上升時(shí)間短得多。為獲得2％的測(cè)量誤差，測(cè)試信號(hào)的上升時(shí)間至少應(yīng)小于示波器上升時(shí)間的五分之一。示波器上顯示的上升時(shí)間應(yīng)當(dāng)是示波器上升時(shí)間和信號(hào)上升時(shí)間和組合函數(shù)。
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