兩種示波器示波原理分析法的比較

摘要：通過對兩種示波器示波原理分析的比較，在分別指出其不足之處的基礎(chǔ)上,，總結(jié)出一種分析任意波形形成原理的方法,，并舉實例證明該方法的可行性。
關(guān)鍵詞：示波器,；示波原理,；電子運(yùn)動規(guī)律；任意波形

0 引言
    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(xiàn)象的變化過程。利用示波器能觀察（ZKY-2000真空度測試儀）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。更廣義地說,，示波器是一種能夠反映任何兩個參數(shù)相互關(guān)聯(lián)的X-Y坐標(biāo)圖形的顯示儀器,。示波器不僅應(yīng)用于實驗室，更成為信息時代*的輔助工具（ZKY-2000真空度測試儀）,，利用示波器對電子產(chǎn)品的電路進(jìn)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(shù)同學(xué)對此難以理解,。文獻(xiàn)利用沙漏的單擺運(yùn)動實驗對示波器示波原理進(jìn)行類比簡化，解決了正弦波電壓的顯示原理問題（ZKY-2000真空度測試儀）,；文獻(xiàn)論述了示波管熒光屏上的顯示波形與電子運(yùn)動規(guī)律,、波形周期與掃描電壓周期的關(guān)系，但這兩種方法都存在不足,，需加以改進(jìn),。

1 示波管的結(jié)構(gòu)
    示波管是示波器的核心部件，其由電子槍,、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成（如圖1所示）,。電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束；（ZKY-2000真空度測試儀）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由水平（x）方向和垂直（y）方向兩對偏轉(zhuǎn)板組成,，它的作用是決定電子束怎樣偏轉(zhuǎn),；熒光屏的作用則是顯示偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)系統(tǒng)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,。

2 兩種示波原理分析法的比較
    文獻(xiàn)利用沙漏的單擺運(yùn)動實驗對示波器的示波原理進(jìn)行類比簡化,，當(dāng)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,；（ZKY-2000真空度測試儀）沙漏在模擬單擺運(yùn)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(xué)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(xiàn)論述了示波管熒光屏上的顯示波形與電子運(yùn)動規(guī)律,、波形周期與掃描電壓周期的關(guān)系,，應(yīng)用物理上力與運(yùn)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(xiàn)中沒有指出該種方法的關(guān)鍵之處,，（ZKY-2000真空度測試儀）即電子的數(shù)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(zhuǎn)系統(tǒng)的時間很短，每個電子穿過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的瞬間可將偏轉(zhuǎn)電壓看作恒定,。只有指出這兩點(diǎn),，當(dāng)選用電子運(yùn)動規(guī)律來分析顯示波形時，學(xué)生才不會只對某一個電子分析其運(yùn)動軌跡,。這樣,，更易于理解電子的運(yùn)動規(guī)律：電子束中電子偏離軸的距離
    
    其中KE是一個與偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)，U偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)電壓越大,，（ZKY-2000真空度測試儀）電子的偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)電壓成正比；也更易于理解由電子運(yùn)動規(guī)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(yùn)動,，即由水平偏轉(zhuǎn)板上的電壓而引起的水平方向上的運(yùn)動（x方向），由垂直偏轉(zhuǎn)板上的電壓而引起的垂直方向上的運(yùn)動（y方向）,，垂直于熒光屏的運(yùn)動（z方向）,。事實上，打在熒光屏上的電子是由三個分運(yùn)動合成的結(jié)果,。由于分析（ZKY-2000真空度測試儀）的是熒光屏上圖形,，即平面上的圖形，則沿著z方向的運(yùn)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(zhuǎn)系統(tǒng)的瞬間可將偏轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)示波器旋鈕,，使y偏轉(zhuǎn)板及x偏轉(zhuǎn)板上的電壓均為零時,，光點(diǎn)在熒光屏中心位置；
    （2）依據(jù)y偏轉(zhuǎn)板上的電壓波形特點(diǎn),，將y偏轉(zhuǎn)板及x偏轉(zhuǎn)板的（ZKY-2000真空度測試儀）電壓波形按時間取多個特殊點(diǎn),；
    （3）確定在某時刻y偏轉(zhuǎn)板及x偏轉(zhuǎn)板上的電壓；
    （4）由公式（UA為定值）確定y方向及x方向的偏轉(zhuǎn)距離,，并合成得到此刻光點(diǎn)在熒光屏上的位置,；
    （5）按同樣的方法確定各個特殊點(diǎn)所對應(yīng)的時刻光點(diǎn)在熒光屏的位置；
    （6）用描點(diǎn)（光點(diǎn)）法把波形畫出,。