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示波器不同示波原理比較

來源:山西電子技術 作者:馬美娟2011年08月04日 11:15
[導讀] 文獻利用沙漏的單擺運動實驗對示波器示波原理進行類比簡化,解決了正弦波電壓的顯示原理問題;文獻論述了示波管熒光屏上的顯示波形與電子運動規律、波形周期與掃描電壓周期的關

 

  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形,便于人們研究各種電現象的變化過程。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。更廣義地說,示波器是一種能夠反映任何兩個參數相互關聯的X-Y坐標圖形的顯示儀器。示波器不僅應用于實驗室,更成為信息時代不可缺少的輔助工具,利用示波器對電子產品的電路進行信號的檢測和分析,可以大大提高檢修效率。理解并掌握示波器的示波原理是解決這些問題的前提,但大多數同學對此難以理解。文獻利用沙漏的單擺運動實驗對示波器示波原理進行類比簡化,解決了正弦波電壓的顯示原理問題;文獻論述了示波管熒光屏上的顯示波形與電子運動規律、波形周期與掃描電壓周期的關系,但這兩種方法都存在不足,需加以改進。

  1 示波管的結構

  示波管是示波器的核心部件,其由電子槍、偏轉系統和熒光屏三部分組成(如圖1所示)。電子槍的作用是發射電子并形成很細的高速電子束;偏轉系統由水平(x)方向和垂直(y)方向兩對偏轉板組成,它的作用是決定電子束怎樣偏轉;熒光屏的作用則是顯示偏轉電信號的波形??梢杂靡粋€形象的比喻來說明示波管的示波原理,即將電子槍比作畫圖的筆,筆尖就是高速電子束,將電子偏轉系統比作握筆的手,將熒光屏比作畫圖的紙,那么將示波原理可比作用手握著筆在紙上作畫。

  

示波管的結構

 

  2 兩種示波原理分析法的比較

  文獻利用沙漏的單擺運動實驗對示波器的示波原理進行類比簡化,當示波管熒光屏上顯示正弦波形時,電子束轟擊熒光屏上的熒光粉而形成正弦波;沙漏在模擬單擺運動時,在硬紙板上也能描繪出正弦曲線。這兩種情況無論在波形還是原理上,都是相通的。這種分析法對于分析用示波器顯示正弦波原理時有效,并且易于讓學生理解,但對于分析顯示非正弦波形時無效,而實際上用示波器顯示的不僅是正弦波,故還需要有其他的分析方法。

  文獻論述了示波管熒光屏上的顯示波形與電子運動規律、波形周期與掃描電壓周期的關系,應用物理上力與運動的知識來分析示波原理。這種方法雖然較難理解,但它能分析所有波形的示波原理。但是,文獻中沒有指出該種方法的關鍵之處,即電子的數目很多,不同的時刻所研究的電子(實際上是電子束)是不同的;再就是電子的速度很快,穿過偏轉系統的時間很短,每個電子穿過偏轉系統的瞬間可將偏轉電壓看作恒定。只有指出這兩點,當選用電子運動規律來分析顯示波形時,學生才不會只對某一個電子分析其運動軌跡。這樣,更易于理解電子的運動規律:電子束中電子偏離軸的距離

  

電子束中電子偏離軸的距離

 

  其中KE是一個與偏轉系統的幾何尺寸有關的常數,U偏轉板兩端的電壓,UA為電子槍中加速極的加速電壓。因此,UA一定時,偏轉電壓越大,電子的偏轉距離與偏轉電壓成正比;也更易于理解由電子運動規律得出的示波管示波原理。

  3 任意波形形成原理的分析法

  示波管中的電子有著三維運動,即由水平偏轉板上的電壓而引起的水平方向上的運動(x方向),由垂直偏轉板上的電壓而引起的垂直方向上的運動(y方向),垂直于熒光屏的運動(z方向)。事實上,打在熒光屏上的電子是由三個分運動合成的結果。由于分析的是熒光屏上圖形,即平面上的圖形,則沿著z方向的運動可不分析。又由于不同的時刻所研究的電子是不同的,并且每個電子穿過偏轉系統的瞬間可將偏轉電壓看作恒定,再由公式(1),可得到任意波形形成原理的分析法如下:

  (1)調節示波器旋鈕,使y偏轉板及x偏轉板上的電壓均為零時,光點在熒光屏中心位置;

  (2)依據y偏轉板上的電壓波形特點,將y偏轉板及x偏轉板上的電壓波形按時間取多個特殊點;

  (3)確定在某時刻y偏轉板及x偏轉板上的電壓;

  (4)由公式

公式

(UA為定值)確定y方向及x方向的偏轉距離,并合成得到此刻光點在熒光屏上的位置;

 

  (5)按同樣的方法確定各個特殊點所對應的時刻光點在熒光屏的位置;

  (6)用描點(光點)法把波形畫出。

  

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