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示波器的原理
點擊次數(shù)：614 發(fā)布時間：2015-11-10
示波器的原理
在數(shù)字電路實驗中,，需要使用若干儀器,、儀表觀察實驗現(xiàn)象和結(jié)果。常用的電子測量儀器有萬用表,、邏輯筆,、普通示波器、存儲示波器,、邏輯分析儀等,。萬用表和邏輯筆使用方法比較簡單，而邏輯分析儀和存儲示波器目前在數(shù)字電路教學(xué)實驗中應(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,，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器,。它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象,、分析實驗中的問題、測量實驗結(jié)果*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)信號源組成。
1．1 示波管
陰極射線管（CRT）簡稱示波管,，是示波器的核心,。它將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。電子槍,、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內(nèi),，構(gòu)成了一個完整的示波管。
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,。高速電子穿過鋁膜,，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點。鋁膜具有內(nèi)反射作用,，有利于提高亮點的輝度,。鋁膜還有散熱等其他作用。
當(dāng)電子停止轟擊后,，亮點不能立即消失而要保留一段時間,。亮點輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過的時間叫做“余輝時間"。余輝時間短于10μs為極短余輝,，10μs—1ms為短余輝,，1ms—0．1s為中余輝，0．1s-1s為長余輝,，大于1s為極長余輝,。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）,、*陽極（A1）和第二陽極（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,，對陰極發(fā)射的電子起控制作用,，一般只有運動初速度大的少量電子，在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔,，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)亮點的輝度,。*陽極,、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒。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程中,，經(jīng)過兩次聚焦過程,。*次聚焦由K、G1,、G2完成,，K、K,、G1,、G2叫做示波管的*電子透鏡。第二次聚焦發(fā)生在G2,、A1,、A2區(qū)域，調(diào)節(jié)第二陽極A2的電位,，能使電子束正好會聚于熒光屏上的一點,，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,。有時調(diào)節(jié)A1電壓仍不能滿足良好聚焦，需微調(diào)第二陽極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,，使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。圖8．1中,，Y1,、Y2和Xl、X2兩對互相垂直的偏轉(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（被測信號經(jīng)處理后加到Y軸）,。兩對偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓,，使兩對偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場，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,，對電源供給有一定要求。規(guī)定第二陽極與偏轉(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相對陰極為負(fù)電位（—30V~—100V）,，而且可調(diào)，以實現(xiàn)輝度調(diào)節(jié),。*陽極為正電位（約+100V~+600V）,，也應(yīng)可調(diào)，用作聚焦調(diào)節(jié),。第二陽極與前加速極相連,，對陰極為正高壓（約+1000V），相對于地電位的可調(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,，一個電子信號是時間的函數(shù)f（t）,，它隨時間的變化而變化。因此,，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個與時間變量成正比的電壓,，在y軸加上被測信號（經(jīng)過比例放大或者縮小），示波管屏幕上就會顯示出被測信號隨時間變化的圖形,。電信號中,，在一段時間內(nèi)與時間變量成正比的信號是鋸齒波。
示波器的基本組成框圖,。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,。
被測信號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②和③,。經(jīng)延遲級延遲Г1時間，到Y2放大器,。放大后產(chǎn)生足夠大的信號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軸的被測信號③引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路,，在引入信號的正（或者負(fù)）極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥，啟動鋸齒波掃描電路（時基發(fā)生器）,，產(chǎn)生掃描電壓⑦,。由于從觸發(fā)到啟動掃描有一時間延遲Г2，為保證Y軸信號到達(dá)熒光屏之前X軸開始掃描,，Y軸的延遲時間Г1應(yīng)稍大于X軸的延遲時間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關(guān)將Y軸輸入的兩個不同的被測信號分別顯示在熒光屏上。由于人眼的視覺暫留作用,，當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率高到一定程度后,，看到的是兩個穩(wěn)定的、清晰的信號波形,。
示波器中往往有一個穩(wěn)定的方波信號發(fā)生器,，供校驗示波器用,。
2 示波器使用
本節(jié)介紹示波器的使用方法。示波器種類,、型號很多,，功能也不同。數(shù)字電路實驗中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器,。這些示波器用法大同小異,。本節(jié)不針對某一型號的示波器，只是從概念上介紹示波器在數(shù)字電路實驗中的常用功能,。
2.1 熒光屏
熒光屏是示波管的顯示部分,。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線,，指示出信號波形的電壓和時間之間的關(guān)系,。水平方向指示時間,，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格,，垂直方向分為8格,，每格又分為5份。垂直方向標(biāo)有0％,，10％,，90％，100％等標(biāo)志,，水平方向標(biāo)有10％,，90％標(biāo)志，供測直流電平,、交流信號幅度、延遲時間等參數(shù)使用,。根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當(dāng)?shù)谋壤?shù)（V／DIV,，TIME／DIV）能得出電壓值與時間值。
2．2 示波管和電源系統(tǒng)
1．電源（Power）
示波器主電源開關(guān),。當(dāng)此開關(guān)按下時,，電源指示燈亮，表示電源接通,。
2．輝度（Intensity）
旋轉(zhuǎn)此旋鈕能改變光點和掃描線的亮度,。觀察低頻信號時可小些，高頻信號時大些,。
一般不應(yīng)太亮,，以保護(hù)熒光屏。
3．聚焦（Focus）
聚焦旋鈕調(diào)節(jié)電子束截面大小,，將掃描線聚焦成zui清晰狀態(tài),。
4．標(biāo)尺亮度（Illuminance）
此旋鈕調(diào)節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度。正常室內(nèi)光線下，照明燈暗一些好,。室內(nèi)光線不足的環(huán)境中,，可適當(dāng)調(diào)亮照明燈。
2．3 垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)
1．垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇（VOLTS／DIV）和微調(diào)
在單位輸入信號作用下,，光點在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度,，這一定義對X軸和Y軸都適用。靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù),。垂直靈敏度的單位是為cm/V,，cm／mV或者DIV／mV，DIV／V,，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位是V／cm,，mV／cm或者V／DIV，mV／DIV,。實際上因習(xí)慣用法和測量電壓讀數(shù)的方便,，有時也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當(dāng)靈敏度。
蹤示波器中每個通道各有一個垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇波段開關(guān),。一般按1,，2，5方式從 5mV／DIV到5V／DIV分為10檔,。波段開關(guān)指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值,。例如波段開關(guān)置于1V／DIV檔時，如果屏幕上信號光點移動一格,，則代表輸入信號電壓變化1V,。
每個波段開關(guān)上往往還有一個小旋鈕，微調(diào)每檔垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù),。將它沿順時針方向旋到底,，處于“校準(zhǔn)"位置，此時垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開關(guān)所指示的值一致,。逆時針旋轉(zhuǎn)此旋鈕,，能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)后,，會造成與波段開關(guān)的指示值不一致,，這點應(yīng)引起注意。許多示波器具有垂直擴展功能,，當(dāng)微調(diào)旋鈕被拉出時,，垂直靈敏度擴大若干倍（偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小若干倍）。例如,，如果波段開關(guān)指示的偏轉(zhuǎn)因數(shù)是1V/DIV,，采用×5擴展?fàn)顟B(tài)時,，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)是0．2V／DIV。
在做數(shù)字電路實驗時,，在屏幕上被測信號的垂直移動距離與+5V信號的垂直移動距離之比常被用于判斷被測信號的電壓值,。
2．時基選擇（TIME／DIV）和微調(diào)
時基選擇和微調(diào)的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇和微調(diào)類似。時基選擇也通過一個波段開關(guān)實現(xiàn),，按1,、2、5方式把時基分為若干檔,。波段開關(guān)的指示值代表光點在水平方向移動一個格的時間值,。例如在1μS／DIV檔，光點在屏上移動一格代表時間值1μS,。
“微調(diào)"旋鈕用于時基校準(zhǔn)和微調(diào),。沿順時針方向旋到底處于校準(zhǔn)位置時，屏幕上顯示的時基值與波段開關(guān)所示的標(biāo)稱值一致,。逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕,，則對時基微調(diào)。旋鈕拔出后處于掃描擴展?fàn)顟B(tài),。通常為×10擴展,，即水平靈敏度擴大10倍，時基縮小到1／10,。例如在2μS/DIV檔,，掃描擴展?fàn)顟B(tài)下熒光屏上水平一格代表的時間值等于 2μS×（1/10）=0.2μS
TDS實驗臺上有10MHz、1MHz,、500kHz,、100kHz的時鐘信號，由石英晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生,，準(zhǔn)確度很高,，可用來校準(zhǔn)示波器的時基。
示波器的標(biāo)準(zhǔn)信號源CAL,，專門用于校準(zhǔn)示波器的時基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。例如COS5041型示波器標(biāo)準(zhǔn)信號源提供一個VP-P=2V,f=1kHz的方波信號,。
示波器前面板上的位移（Position）旋鈕調(diào)節(jié)信號波形在熒光屏上的位置,。旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕（標(biāo)有水平雙向箭頭）左右移動信號波形，旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕（標(biāo)有垂直雙向箭頭）上下移動信號波形,。
2.4 輸入通道和輸入耦合選擇
1．輸入通道選擇
輸入通道至少有三種選擇方式：通道1（CH1）,、通道2（CH2）、雙通道（DUAL）,。選擇通道1時,，示波器僅顯示通道1的信號,。選擇通道2時，示波器僅顯示通道2的信號,。選擇雙通道時,，示波器同時顯示通道1信號和通道2信號。測試信號時,，首先要將示波器的地與被測電路的地連接在一起,。根據(jù)輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上,，示波器探頭上的地與被測電路的地連接在一起,，示波器探頭接觸被測點。示波器探頭上有一雙位開關(guān),。此開關(guān)撥到“×1"位置時,，被測信號無衰減送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值,。此開關(guān)撥到“×10"位置時,，被測信號衰減為1／10，然后送往示波器,，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值,。
2．輸入耦合方式
輸入耦合方式有三種選擇：交流（AC）、地（GND）,、直流（DC）,。當(dāng)選擇“地"時，掃描線顯示出“示波器地"在熒光屏上的位置,。直流耦合用于測定信號直流值和觀測極低頻信號,。交流耦合用于觀測交流和含有直流成分的交流信號。在數(shù)字電路實驗中,，一般選擇“直流"方式,，以便觀測信號的電壓值。
2.5 觸發(fā)
*節(jié)指出,，被測信號從Y軸輸入后,，一部分送到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上，驅(qū)動光點在熒光屏上按比例沿垂直方向移動,；另一部分分流到x軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖,，觸發(fā)掃描發(fā)生器，產(chǎn)生重復(fù)的鋸齒波電壓加到示波管的X偏轉(zhuǎn)板上,，使光點沿水平方向移動,，兩者合一，光點在熒光屏上描繪出的圖形就是被測信號圖形,。由此可知,，正確的觸發(fā)方式直接影響到示波器的有效操作,。為了在熒光屏上得到穩(wěn)定的、清晰的信號波形,，掌握基本的觸發(fā)功能及其操作方法是十分重要的,。
1．觸發(fā)源（Source）選擇
要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形，則需將被測信號本身或者與被測信號有一定時間關(guān)系的觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路,。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號由何處供給,。通常有三種觸發(fā)源：內(nèi)觸發(fā)（INT）、電源觸發(fā)（LINE）,、外觸發(fā)EXT）,。
內(nèi)觸發(fā)使用被測信號作為觸發(fā)信號，是經(jīng)常使用的一種觸發(fā)方式,。由于觸發(fā)信號本身是被測信號的一部分,，在屏幕上可以顯示出非常穩(wěn)定的波形。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發(fā)信號,。
電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號作為觸發(fā)信號,。這種方法在測量與交流電源頻率有關(guān)的信號時是有效的。特別在測量音頻電路,、閘流管的低電平交流噪音時更為有效,。
外觸發(fā)使用外加信號作為觸發(fā)信號，外加信號從外觸發(fā)輸入端輸入,。外觸發(fā)信號與被測信號間應(yīng)具有周期性的關(guān)系,。由于被測信號沒有用作觸發(fā)信號，所以何時開始掃描與被測信號無關(guān),。
正確選擇觸發(fā)信號對波形顯示的穩(wěn)定,、清晰有很大關(guān)系。例如在數(shù)字電路的測量中,，對一個簡單的周期信號而言,，選擇內(nèi)觸發(fā)可能好一些，而對于一個具有復(fù)雜周期的信號,，且存在一個與它有周期關(guān)系的信號時,，選用外觸發(fā)可能更好。
2．觸發(fā)耦合（Coupling）方式選擇
觸發(fā)信號到觸發(fā)電路的耦合方式有多種,，目的是為了觸發(fā)信號的穩(wěn)定,、可靠。這里介紹常用的幾種,。
AC耦合又稱電容耦合。它只允許用觸發(fā)信號的交流分量觸發(fā),，觸發(fā)信號的直流分量被隔斷,。通常在不考慮DC分量時使用這種耦合方式,，以形成穩(wěn)定觸發(fā)。但是如果觸發(fā)信號的頻率小于10Hz,，會造成觸發(fā)困難,。
直流耦合（DC）不隔斷觸發(fā)信號的直流分量。當(dāng)觸發(fā)信號的頻率較低或者觸發(fā)信號的占空比很大時,，使用直流耦合較好,。
低頻抑制（LFR）觸發(fā)時觸發(fā)信號經(jīng)過高通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的低頻成分被抑制,；高頻抑制（HFR）觸發(fā)時,，觸發(fā)信號通過低通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的高頻成分被抑制,。此外還有用于電視維修的電視同步（TV）觸發(fā),。這些觸發(fā)耦合方式各有自己的適用范圍，需在使用中去體會,。
3．觸發(fā)電平（Level）和觸發(fā)極性（Slope）
觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又叫同步調(diào)節(jié),，它使得掃描與被測信號同步。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號的觸發(fā)電平,。一旦觸發(fā)信號超過由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時,，掃描即被觸發(fā)。順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕,，觸發(fā)電平上升,；逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平下降,。當(dāng)電平旋鈕調(diào)到電平鎖定位置時,，觸發(fā)電平自動保持在觸發(fā)信號的幅度之內(nèi)，不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個穩(wěn)定的觸發(fā),。當(dāng)信號波形復(fù)雜,，用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時，用釋抑（Hold Off）旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時間（掃描暫停時間）,，能使掃描與波形穩(wěn)定同步,。
極性開關(guān)用來選擇觸發(fā)信號的極性。撥在“+"位置上時,，在信號增加的方向上,，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。撥在“-"位置上時,，在信號減少的方向上,，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號的觸發(fā)點,。
2.6 掃描方式（SweepMode）
掃描有自動（Auto）,、常態(tài)（Norm）和單次（Single）三種掃描方式,。
自動：當(dāng)無觸發(fā)信號輸入，或者觸發(fā)信號頻率低于50Hz時,，掃描為自激方式,。
常態(tài)：當(dāng)無觸發(fā)信號輸入時，掃描處于準(zhǔn)備狀態(tài),，沒有掃描線,。觸發(fā)信號到來后，觸發(fā)掃描,。
單次：單次按鈕類似復(fù)位開關(guān),。單次掃描方式下，按單次按鈕時掃描電路復(fù)位,，此時準(zhǔn)備好（Ready）燈亮,。觸發(fā)信號到來后產(chǎn)生一次掃描。單次掃描結(jié)束后,，準(zhǔn)備燈滅,。單次掃描用于觀測非周期信號或者單次瞬變信號，往往需要對波形拍照,。
上面扼要介紹了示波器的基本功能及操作,。示波器還有一些更復(fù)雜的功能，如延遲掃描,、觸發(fā)延遲,、X-Y工作方式等，這里就不介紹了,。示波器入門操作是容易的,，真正熟練則要在應(yīng)用中掌握。值得指出的是,，示波器雖然功能較多,，但許多情況下用其他儀器、儀表更好,。例如,，在數(shù)字電路實驗中，判斷一個脈寬較窄的單脈沖是否發(fā)生時,，用邏輯筆就簡單的多,；測量單脈沖脈寬時，用邏輯分析儀更好一些,。在數(shù)字電路實驗中,，需要使用若干儀器、儀表觀察實驗現(xiàn)象和結(jié)果。常用的電子測量儀器有萬用表,、邏輯筆,、普通示波器、存儲示波器,、邏輯分析儀等。萬用表和邏輯筆使用方法比較簡單,，而邏輯分析儀和存儲示波器目前在數(shù)字電路教學(xué)實驗中應(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，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉(zhuǎn)換成圖像,，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器,。它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象、分析實驗中的問題,、測量實驗結(jié)果*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)信號源組成,。
1．1 示波管
陰極射線管（CRT）簡稱示波管，是示波器的核心,。它將電信號轉(zhuǎn)換為光信號,。電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內(nèi),，構(gòu)成了一個完整的示波管,。
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,。高速電子穿過鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點,。鋁膜具有內(nèi)反射作用,，有利于提高亮點的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用,。
當(dāng)電子停止轟擊后,，亮點不能立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過的時間叫做“余輝時間"。余輝時間短于10μs為極短余輝,，10μs—1ms為短余輝,，1ms—0．1s為中余輝，0．1s-1s為長余輝,，大于1s為極長余輝,。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）,、*陽極（A1）和第二陽極（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,，對陰極發(fā)射的電子起控制作用，一般只有運動初速度大的少量電子,，在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔,，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)亮點的輝度,。*陽極、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒,。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程中,，經(jīng)過兩次聚焦過程,。*次聚焦由K、G1,、G2完成,，K、K,、G1,、G2叫做示波管的*電子透鏡。第二次聚焦發(fā)生在G2,、A1、A2區(qū)域,，調(diào)節(jié)第二陽極A2的電位,，能使電子束正好會聚于熒光屏上的一點，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。有時調(diào)節(jié)A1電壓仍不能滿足良好聚焦,，需微調(diào)第二陽極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,，使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形,。圖8．1中，Y1,、Y2和Xl,、X2兩對互相垂直的偏轉(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（被測信號經(jīng)處理后加到Y軸）。兩對偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓,，使兩對偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場,，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,，對電源供給有一定要求,。規(guī)定第二陽極與偏轉(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相對陰極為負(fù)電位（—30V~—100V）,，而且可調(diào)，以實現(xiàn)輝度調(diào)節(jié),。*陽極為正電位（約+100V~+600V）,，也應(yīng)可調(diào)，用作聚焦調(diào)節(jié),。第二陽極與前加速極相連,，對陰極為正高壓（約+1000V），相對于地電位的可調(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,，一個電子信號是時間的函數(shù)f（t），它隨時間的變化而變化,。因此,，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個與時間變量成正比的電壓,，在y軸加上被測信號（經(jīng)過比例放大或者縮?。静ü芷聊簧暇蜁@示出被測信號隨時間變化的圖形,。電信號中,，在一段時間內(nèi)與時間變量成正比的信號是鋸齒波。
示波器的基本組成框圖,。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,。
被測信號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②和③。經(jīng)延遲級延遲Г1時間,，到Y2放大器。放大后產(chǎn)生足夠大的信號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軸的被測信號③引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路，在引入信號的正（或者負(fù)）極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥,，啟動鋸齒波掃描電路（時基發(fā)生器）,，產(chǎn)生掃描電壓⑦,。由于從觸發(fā)到啟動掃描有一時間延遲Г2,，為保證Y軸信號到達(dá)熒光屏之前X軸開始掃描，Y軸的延遲時間Г1應(yīng)稍大于X軸的延遲時間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關(guān)將Y軸輸入的兩個不同的被測信號分別顯示在熒光屏上,。由于人眼的視覺暫留作用，當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率高到一定程度后,，看到的是兩個穩(wěn)定的,、清晰的信號波形,。
示波器中往往有一個穩(wěn)定的方波信號發(fā)生器，供校驗示波器用。
2 示波器使用
本節(jié)介紹示波器的使用方法,。示波器種類、型號很多,，功能也不同,。數(shù)字電路實驗中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器。這些示波器用法大同小異,。本節(jié)不針對某一型號的示波器,，只是從概念上介紹示波器在數(shù)字電路實驗中的常用功能。
2.1 熒光屏
熒光屏是示波管的顯示部分,。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，指示出信號波形的電壓和時間之間的關(guān)系,。水平方向指示時間,，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格,，垂直方向分為8格,，每格又分為5份。垂直方向標(biāo)有0％,，10％,，90％，100％等標(biāo)志,，水平方向標(biāo)有10％,，90％標(biāo)志，供測直流電平,、交流信號幅度,、延遲時間等參數(shù)使用,。根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當(dāng)?shù)谋壤?shù)（V／DIV，TIME／DIV）能得出電壓值與時間值,。
2．2 示波管和電源系統(tǒng)
1．電源（Power）
示波器主電源開關(guān),。當(dāng)此開關(guān)按下時，電源指示燈亮,，表示電源接通,。
2．輝度（Intensity）
旋轉(zhuǎn)此旋鈕能改變光點和掃描線的亮度。觀察低頻信號時可小些,，高頻信號時大些,。
一般不應(yīng)太亮，以保護(hù)熒光屏,。
3．聚焦（Focus）
聚焦旋鈕調(diào)節(jié)電子束截面大小,，將掃描線聚焦成zui清晰狀態(tài)。
4．標(biāo)尺亮度（Illuminance）
此旋鈕調(diào)節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度,。正常室內(nèi)光線下,，照明燈暗一些好。室內(nèi)光線不足的環(huán)境中,，可適當(dāng)調(diào)亮照明燈,。
2．3 垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)
1．垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇（VOLTS／DIV）和微調(diào)
在單位輸入信號作用下，光點在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度,，這一定義對X軸和Y軸都適用,。靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直靈敏度的單位是為cm/V,，cm／mV或者DIV／mV,，DIV／V，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位是V／cm,，mV／cm或者V／DIV,，mV／DIV。實際上因習(xí)慣用法和測量電壓讀數(shù)的方便,，有時也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當(dāng)靈敏度,。
蹤示波器中每個通道各有一個垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇波段開關(guān)。一般按1,，2,，5方式從 5mV／DIV到5V／DIV分為10檔。波段開關(guān)指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值,。例如波段開關(guān)置于1V／DIV檔時,，如果屏幕上信號光點移動一格，則代表輸入信號電壓變化1V。
每個波段開關(guān)上往往還有一個小旋鈕,，微調(diào)每檔垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù),。將它沿順時針方向旋到底，處于“校準(zhǔn)"位置,，此時垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開關(guān)所指示的值一致,。逆時針旋轉(zhuǎn)此旋鈕，能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù),。垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)后,，會造成與波段開關(guān)的指示值不一致，這點應(yīng)引起注意,。許多示波器具有垂直擴展功能,，當(dāng)微調(diào)旋鈕被拉出時，垂直靈敏度擴大若干倍（偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小若干倍）,。例如,，如果波段開關(guān)指示的偏轉(zhuǎn)因數(shù)是1V/DIV，采用×5擴展?fàn)顟B(tài)時,，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)是0．2V／DIV,。
在做數(shù)字電路實驗時，在屏幕上被測信號的垂直移動距離與+5V信號的垂直移動距離之比常被用于判斷被測信號的電壓值,。
2．時基選擇（TIME／DIV）和微調(diào)
時基選擇和微調(diào)的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇和微調(diào)類似,。時基選擇也通過一個波段開關(guān)實現(xiàn)，按1,、2,、5方式把時基分為若干檔。波段開關(guān)的指示值代表光點在水平方向移動一個格的時間值,。例如在1μS／DIV檔,，光點在屏上移動一格代表時間值1μS。
“微調(diào)"旋鈕用于時基校準(zhǔn)和微調(diào),。沿順時針方向旋到底處于校準(zhǔn)位置時,，屏幕上顯示的時基值與波段開關(guān)所示的標(biāo)稱值一致。逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕,，則對時基微調(diào),。旋鈕拔出后處于掃描擴展?fàn)顟B(tài),。通常為×10擴展,，即水平靈敏度擴大10倍，時基縮小到1／10,。例如在2μS/DIV檔,，掃描擴展?fàn)顟B(tài)下熒光屏上水平一格代表的時間值等于 2μS×（1/10）=0.2μS
TDS實驗臺上有10MHz、1MHz、500kHz,、100kHz的時鐘信號,，由石英晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生，準(zhǔn)確度很高,，可用來校準(zhǔn)示波器的時基,。
示波器的標(biāo)準(zhǔn)信號源CAL，專門用于校準(zhǔn)示波器的時基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù),。例如COS5041型示波器標(biāo)準(zhǔn)信號源提供一個VP-P=2V,f=1kHz的方波信號,。
示波器前面板上的位移（Position）旋鈕調(diào)節(jié)信號波形在熒光屏上的位置。旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕（標(biāo)有水平雙向箭頭）左右移動信號波形,，旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕（標(biāo)有垂直雙向箭頭）上下移動信號波形,。
2.4 輸入通道和輸入耦合選擇
1．輸入通道選擇
輸入通道至少有三種選擇方式：通道1（CH1）、通道2（CH2）,、雙通道（DUAL）,。選擇通道1時，示波器僅顯示通道1的信號,。選擇通道2時,，示波器僅顯示通道2的信號。選擇雙通道時,，示波器同時顯示通道1信號和通道2信號,。測試信號時，首先要將示波器的地與被測電路的地連接在一起,。根據(jù)輸入通道的選擇,，將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上，示波器探頭上的地與被測電路的地連接在一起,，示波器探頭接觸被測點,。示波器探頭上有一雙位開關(guān)。此開關(guān)撥到“×1"位置時,，被測信號無衰減送到示波器,，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值。此開關(guān)撥到“×10"位置時,，被測信號衰減為1／10,，然后送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值,。
2．輸入耦合方式
輸入耦合方式有三種選擇：交流（AC）,、地（GND）、直流（DC）,。當(dāng)選擇“地"時,，掃描線顯示出“示波器地"在熒光屏上的位置。直流耦合用于測定信號直流值和觀測極低頻信號。交流耦合用于觀測交流和含有直流成分的交流信號,。在數(shù)字電路實驗中,，一般選擇“直流"方式，以便觀測信號的電壓值,。
2.5 觸發(fā)
*節(jié)指出,，被測信號從Y軸輸入后，一部分送到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上,，驅(qū)動光點在熒光屏上按比例沿垂直方向移動,；另一部分分流到x軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，觸發(fā)掃描發(fā)生器,，產(chǎn)生重復(fù)的鋸齒波電壓加到示波管的X偏轉(zhuǎn)板上,，使光點沿水平方向移動，兩者合一,，光點在熒光屏上描繪出的圖形就是被測信號圖形,。由此可知，正確的觸發(fā)方式直接影響到示波器的有效操作,。為了在熒光屏上得到穩(wěn)定的,、清晰的信號波形，掌握基本的觸發(fā)功能及其操作方法是十分重要的,。
1．觸發(fā)源（Source）選擇
要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形,，則需將被測信號本身或者與被測信號有一定時間關(guān)系的觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號由何處供給,。通常有三種觸發(fā)源：內(nèi)觸發(fā)（INT）,、電源觸發(fā)（LINE）、外觸發(fā)EXT）,。
內(nèi)觸發(fā)使用被測信號作為觸發(fā)信號,，是經(jīng)常使用的一種觸發(fā)方式。由于觸發(fā)信號本身是被測信號的一部分,，在屏幕上可以顯示出非常穩(wěn)定的波形,。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發(fā)信號。
電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號作為觸發(fā)信號,。這種方法在測量與交流電源頻率有關(guān)的信號時是有效的,。特別在測量音頻電路、閘流管的低電平交流噪音時更為有效,。
外觸發(fā)使用外加信號作為觸發(fā)信號,，外加信號從外觸發(fā)輸入端輸入。外觸發(fā)信號與被測信號間應(yīng)具有周期性的關(guān)系,。由于被測信號沒有用作觸發(fā)信號,，所以何時開始掃描與被測信號無關(guān),。
正確選擇觸發(fā)信號對波形顯示的穩(wěn)定、清晰有很大關(guān)系。例如在數(shù)字電路的測量中,，對一個簡單的周期信號而言，選擇內(nèi)觸發(fā)可能好一些,，而對于一個具有復(fù)雜周期的信號,，且存在一個與它有周期關(guān)系的信號時，選用外觸發(fā)可能更好,。
2．觸發(fā)耦合（Coupling）方式選擇
觸發(fā)信號到觸發(fā)電路的耦合方式有多種,，目的是為了觸發(fā)信號的穩(wěn)定、可靠,。這里介紹常用的幾種,。
AC耦合又稱電容耦合。它只允許用觸發(fā)信號的交流分量觸發(fā),，觸發(fā)信號的直流分量被隔斷,。通常在不考慮DC分量時使用這種耦合方式，以形成穩(wěn)定觸發(fā),。但是如果觸發(fā)信號的頻率小于10Hz,，會造成觸發(fā)困難。
直流耦合（DC）不隔斷觸發(fā)信號的直流分量,。當(dāng)觸發(fā)信號的頻率較低或者觸發(fā)信號的占空比很大時,，使用直流耦合較好。
低頻抑制（LFR）觸發(fā)時觸發(fā)信號經(jīng)過高通濾波器加到觸發(fā)電路,，觸發(fā)信號的低頻成分被抑制,；高頻抑制（HFR）觸發(fā)時，觸發(fā)信號通過低通濾波器加到觸發(fā)電路,，觸發(fā)信號的高頻成分被抑制,。此外還有用于電視維修的電視同步（TV）觸發(fā)。這些觸發(fā)耦合方式各有自己的適用范圍,，需在使用中去體會,。
3．觸發(fā)電平（Level）和觸發(fā)極性（Slope）
觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又叫同步調(diào)節(jié)，它使得掃描與被測信號同步,。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號的觸發(fā)電平,。一旦觸發(fā)信號超過由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時，掃描即被觸發(fā),。順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕,，觸發(fā)電平上升；逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕,，觸發(fā)電平下降,。當(dāng)電平旋鈕調(diào)到電平鎖定位置時,，觸發(fā)電平自動保持在觸發(fā)信號的幅度之內(nèi)，不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個穩(wěn)定的觸發(fā),。當(dāng)信號波形復(fù)雜,，用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時，用釋抑（Hold Off）旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時間（掃描暫停時間）,，能使掃描與波形穩(wěn)定同步,。
極性開關(guān)用來選擇觸發(fā)信號的極性。撥在“+"位置上時,，在信號增加的方向上,，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。撥在“-"位置上時,，在信號減少的方向上,，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號的觸發(fā)點,。
2.6 掃描方式（SweepMode）
掃描有自動（Auto）,、常態(tài)（Norm）和單次（Single）三種掃描方式。
自動：當(dāng)無觸發(fā)信號輸入,，或者觸發(fā)信號頻率低于50Hz時,，掃描為自激方式。
常態(tài)：當(dāng)無觸發(fā)信號輸入時,，掃描處于準(zhǔn)備狀態(tài),，沒有掃描線。觸發(fā)信號到來后,，觸發(fā)掃描,。
單次：單次按鈕類似復(fù)位開關(guān)。單次掃描方式下,，按單次按鈕時掃描電路復(fù)位,，此時準(zhǔn)備好（Ready）燈亮。觸發(fā)信號到來后產(chǎn)生一次掃描,。單次掃描結(jié)束后,，準(zhǔn)備燈滅。單次掃描用于觀測非周期信號或者單次瞬變信號,，往往需要對波形拍照,。
上面扼要介紹了示波器的基本功能及操作。示波器還有一些更復(fù)雜的功能,，如延遲掃描,、觸發(fā)延遲、X-Y工作方式等,，這里就不介紹了,。示波器入門操作是容易的,，真正熟練則要在應(yīng)用中掌握。值得指出的是,，示波器雖然功能較多,，但許多情況下用其他儀器、儀表更好,。例如，在數(shù)字電路實驗中,，判斷一個脈寬較窄的單脈沖是否發(fā)生時,，用邏輯筆就簡單的多；測量單脈沖脈寬時,，用邏輯分析儀更好一些,。在數(shù)字電路實驗中，需要使用若干儀器,、儀表觀察實驗現(xiàn)象和結(jié)果,。常用的電子測量儀器有萬用表、邏輯筆,、普通示波器,、存儲示波器、邏輯分析儀等,。萬用表和邏輯筆使用方法比較簡單,，而邏輯分析儀和存儲示波器目前在數(shù)字電路教學(xué)實驗中應(yīng)用還不十分普遍。示波器是一種使用非常廣泛,，且使用相對復(fù)雜的儀器,。本章從使用的角度介紹一下和使用方法。
1 示波器工作原理
示波器是利用電子示波管的特性,，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉(zhuǎn)換成圖像,，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象,、分析實驗中的問題,、測量實驗結(jié)果*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)信號源組成。
1．1 示波管
陰極射線管（CRT）簡稱示波管,，是示波器的核心,。它將電信號轉(zhuǎn)換為光信號,。電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內(nèi),，構(gòu)成了一個完整的示波管,。
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,。高速電子穿過鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點,。鋁膜具有內(nèi)反射作用,，有利于提高亮點的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用,。
當(dāng)電子停止轟擊后,，亮點不能立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過的時間叫做“余輝時間",。余輝時間短于10μs為極短余輝,，10μs—1ms為短余輝，1ms—0．1s為中余輝,，0．1s-1s為長余輝,，大于1s為極長余輝。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）,、*陽極（A1）和第二陽極（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，對陰極發(fā)射的電子起控制作用,，一般只有運動初速度大的少量電子,，在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔,，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)亮點的輝度,。*陽極、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒,。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程中，經(jīng)過兩次聚焦過程,。*次聚焦由K,、G1、G2完成,，K,、K、G1,、G2叫做示波管的*電子透鏡,。第二次聚焦發(fā)生在G2、A1,、A2區(qū)域,，調(diào)節(jié)第二陽極A2的電位，能使電子束正好會聚于熒光屏上的一點,，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,。有時調(diào)節(jié)A1電壓仍不能滿足良好聚焦,，需微調(diào)第二陽極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,，使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。圖8．1中,，Y1,、Y2和Xl,、X2兩對互相垂直的偏轉(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（被測信號經(jīng)處理后加到Y軸）。兩對偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓,，使兩對偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場,，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,，對電源供給有一定要求,。規(guī)定第二陽極與偏轉(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相對陰極為負(fù)電位（—30V~—100V），而且可調(diào),，以實現(xiàn)輝度調(diào)節(jié),。*陽極為正電位（約+100V~+600V），也應(yīng)可調(diào),，用作聚焦調(diào)節(jié),。第二陽極與前加速極相連，對陰極為正高壓（約+1000V）,，相對于地電位的可調(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,，一個電子信號是時間的函數(shù)f（t），它隨時間的變化而變化,。因此,，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個與時間變量成正比的電壓，在y軸加上被測信號（經(jīng)過比例放大或者縮?。?，示波管屏幕上就會顯示出被測信號隨時間變化的圖形。電信號中,，在一段時間內(nèi)與時間變量成正比的信號是鋸齒波,。
示波器的基本組成框圖。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。
被測信號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②和③。經(jīng)延遲級延遲Г1時間,，到Y2放大器,。放大后產(chǎn)生足夠大的信號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軸的被測信號③引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路，在引入信號的正（或者負(fù)）極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥,，啟動鋸齒波掃描電路（時基發(fā)生器）,，產(chǎn)生掃描電壓⑦。由于從觸發(fā)到啟動掃描有一時間延遲Г2,，為保證Y軸信號到達(dá)熒光屏之前X軸開始掃描,，Y軸的延遲時間Г1應(yīng)稍大于X軸的延遲時間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關(guān)將Y軸輸入的兩個不同的被測信號分別顯示在熒光屏上,。由于人眼的視覺暫留作用，當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率高到一定程度后,，看到的是兩個穩(wěn)定的,、清晰的信號波形。
示波器中往往有一個穩(wěn)定的方波信號發(fā)生器,，供校驗示波器用,。
2 示波器使用
本節(jié)介紹示波器的使用方法。示波器種類,、型號很多,，功能也不同。數(shù)字電路實驗中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器。這些示波器用法大同小異,。本節(jié)不針對某一型號的示波器,，只是從概念上介紹示波器在數(shù)字電路實驗中的常用功能。
2.1 熒光屏
熒光屏是示波管的顯示部分,。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線,，指示出信號波形的電壓和時間之間的關(guān)系。水平方向指示時間,，垂直方向指示電壓,。水平方向分為10格，垂直方向分為8格,，每格又分為5份,。垂直方向標(biāo)有0％，10％,，90％,，100％等標(biāo)志，水平方向標(biāo)有10％,，90％標(biāo)志,，供測直流電平、交流信號幅度,、延遲時間等參數(shù)使用,。根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當(dāng)?shù)谋壤?shù)（V／DIV，TIME／DIV）能得出電壓值與時間值,。
2．2 示波管和電源系統(tǒng)
1．電源（Power）
示波器主電源開關(guān),。當(dāng)此開關(guān)按下時，電源指示燈亮,，表示電源接通,。
2．輝度（Intensity）
旋轉(zhuǎn)此旋鈕能改變光點和掃描線的亮度。觀察低頻信號時可小些,，高頻信號時大些,。
一般不應(yīng)太亮，以保護(hù)熒光屏,。
3．聚焦（Focus）
聚焦旋鈕調(diào)節(jié)電子束截面大小,，將掃描線聚焦成zui清晰狀態(tài)。
4．標(biāo)尺亮度（Illuminance）
此旋鈕調(diào)節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度,。正常室內(nèi)光線下,，照明燈暗一些好。室內(nèi)光線不足的環(huán)境中,，可適當(dāng)調(diào)亮照明燈,。
2．3 垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)
1．垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇（VOLTS／DIV）和微調(diào)
在單位輸入信號作用下,，光點在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度，這一定義對X軸和Y軸都適用,。靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù),。垂直靈敏度的單位是為cm/V，cm／mV或者DIV／mV,，DIV／V,，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位是V／cm，mV／cm或者V／DIV,，mV／DIV,。實際上因習(xí)慣用法和測量電壓讀數(shù)的方便，有時也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當(dāng)靈敏度,。
蹤示波器中每個通道各有一個垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇波段開關(guān),。一般按1，2,，5方式從 5mV／DIV到5V／DIV分為10檔,。波段開關(guān)指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值。例如波段開關(guān)置于1V／DIV檔時,，如果屏幕上信號光點移動一格,，則代表輸入信號電壓變化1V。
每個波段開關(guān)上往往還有一個小旋鈕,，微調(diào)每檔垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù),。將它沿順時針方向旋到底，處于“校準(zhǔn)"位置,，此時垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開關(guān)所指示的值一致,。逆時針旋轉(zhuǎn)此旋鈕，能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù),。垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)后,，會造成與波段開關(guān)的指示值不一致,，這點應(yīng)引起注意,。許多示波器具有垂直擴展功能，當(dāng)微調(diào)旋鈕被拉出時,，垂直靈敏度擴大若干倍（偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小若干倍）,。例如，如果波段開關(guān)指示的偏轉(zhuǎn)因數(shù)是1V/DIV,，采用×5擴展?fàn)顟B(tài)時,，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)是0．2V／DIV。
在做數(shù)字電路實驗時,，在屏幕上被測信號的垂直移動距離與+5V信號的垂直移動距離之比常被用于判斷被測信號的電壓值,。
2．時基選擇（TIME／DIV）和微調(diào)
時基選擇和微調(diào)的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇和微調(diào)類似。時基選擇也通過一個波段開關(guān)實現(xiàn)，按1,、2,、5方式把時基分為若干檔。波段開關(guān)的指示值代表光點在水平方向移動一個格的時間值,。例如在1μS／DIV檔,，光點在屏上移動一格代表時間值1μS。
“微調(diào)"旋鈕用于時基校準(zhǔn)和微調(diào),。沿順時針方向旋到底處于校準(zhǔn)位置時,，屏幕上顯示的時基值與波段開關(guān)所示的標(biāo)稱值一致。逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕,，則對時基微調(diào),。旋鈕拔出后處于掃描擴展?fàn)顟B(tài)。通常為×10擴展,，即水平靈敏度擴大10倍,，時基縮小到1／10。例如在2μS/DIV檔,，掃描擴展?fàn)顟B(tài)下熒光屏上水平一格代表的時間值等于 2μS×（1/10）=0.2μS
TDS實驗臺上有10MHz,、1MHz、500kHz,、100kHz的時鐘信號,，由石英晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生，準(zhǔn)確度很高,，可用來校準(zhǔn)示波器的時基,。
示波器的標(biāo)準(zhǔn)信號源CAL，專門用于校準(zhǔn)示波器的時基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù),。例如COS5041型示波器標(biāo)準(zhǔn)信號源提供一個VP-P=2V,f=1kHz的方波信號,。
示波器前面板上的位移（Position）旋鈕調(diào)節(jié)信號波形在熒光屏上的位置。旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕（標(biāo)有水平雙向箭頭）左右移動信號波形,，旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕（標(biāo)有垂直雙向箭頭）上下移動信號波形,。
2.4 輸入通道和輸入耦合選擇
1．輸入通道選擇
輸入通道至少有三種選擇方式：通道1（CH1）、通道2（CH2）,、雙通道（DUAL）,。選擇通道1時，示波器僅顯示通道1的信號,。選擇通道2時,，示波器僅顯示通道2的信號。選擇雙通道時,，示波器同時顯示通道1信號和通道2信號,。測試信號時,，首先要將示波器的地與被測電路的地連接在一起。根據(jù)輸入通道的選擇,，將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上,，示波器探頭上的地與被測電路的地連接在一起，示波器探頭接觸被測點,。示波器探頭上有一雙位開關(guān),。此開關(guān)撥到“×1"位置時，被測信號無衰減送到示波器,，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值,。此開關(guān)撥到“×10"位置時，被測信號衰減為1／10,，然后送往示波器,，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值。
2．輸入耦合方式
輸入耦合方式有三種選擇：交流（AC）,、地（GND）,、直流（DC）。當(dāng)選擇“地"時,，掃描線顯示出“示波器地"在熒光屏上的位置,。直流耦合用于測定信號直流值和觀測極低頻信號。交流耦合用于觀測交流和含有直流成分的交流信號,。在數(shù)字電路實驗中,，一般選擇“直流"方式，以便觀測信號的電壓值,。
2.5 觸發(fā)
*節(jié)指出,，被測信號從Y軸輸入后，一部分送到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上,，驅(qū)動光點在熒光屏上按比例沿垂直方向移動,；另一部分分流到x軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，觸發(fā)掃描發(fā)生器,，產(chǎn)生重復(fù)的鋸齒波電壓加到示波管的X偏轉(zhuǎn)板上,，使光點沿水平方向移動，兩者合一,，光點在熒光屏上描繪出的圖形就是被測信號圖形,。由此可知，正確的觸發(fā)方式直接影響到示波器的有效操作,。為了在熒光屏上得到穩(wěn)定的、清晰的信號波形,，掌握基本的觸發(fā)功能及其操作方法是十分重要的,。
1．觸發(fā)源（Source）選擇
要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形,，則需將被測信號本身或者與被測信號有一定時間關(guān)系的觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號由何處供給,。通常有三種觸發(fā)源：內(nèi)觸發(fā)（INT）,、電源觸發(fā)（LINE）、外觸發(fā)EXT）,。
內(nèi)觸發(fā)使用被測信號作為觸發(fā)信號,，是經(jīng)常使用的一種觸發(fā)方式。由于觸發(fā)信號本身是被測信號的一部分,，在屏幕上可以顯示出非常穩(wěn)定的波形,。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發(fā)信號。
電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號作為觸發(fā)信號,。這種方法在測量與交流電源頻率有關(guān)的信號時是有效的,。特別在測量音頻電路、閘流管的低電平交流噪音時更為有效,。
外觸發(fā)使用外加信號作為觸發(fā)信號,，外加信號從外觸發(fā)輸入端輸入。外觸發(fā)信號與被測信號間應(yīng)具有周期性的關(guān)系,。由于被測信號沒有用作觸發(fā)信號,，所以何時開始掃描與被測信號無關(guān)。
正確選擇觸發(fā)信號對波形顯示的穩(wěn)定,、清晰有很大關(guān)系,。例如在數(shù)字電路的測量中，對一個簡單的周期信號而言,，選擇內(nèi)觸發(fā)可能好一些,，而對于一個具有復(fù)雜周期的信號，且存在一個與它有周期關(guān)系的信號時,，選用外觸發(fā)可能更好,。
2．觸發(fā)耦合（Coupling）方式選擇
觸發(fā)信號到觸發(fā)電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發(fā)信號的穩(wěn)定,、可靠,。這里介紹常用的幾種。
AC耦合又稱電容耦合,。它只允許用觸發(fā)信號的交流分量觸發(fā),，觸發(fā)信號的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時使用這種耦合方式,，以形成穩(wěn)定觸發(fā),。但是如果觸發(fā)信號的頻率小于10Hz，會造成觸發(fā)困難,。
直流耦合（DC）不隔斷觸發(fā)信號的直流分量,。當(dāng)觸發(fā)信號的頻率較低或者觸發(fā)信號的占空比很大時,，使用直流耦合較好。
低頻抑制（LFR）觸發(fā)時觸發(fā)信號經(jīng)過高通濾波器加到觸發(fā)電路,，觸發(fā)信號的低頻成分被抑制,；高頻抑制（HFR）觸發(fā)時，觸發(fā)信號通過低通濾波器加到觸發(fā)電路,，觸發(fā)信號的高頻成分被抑制,。此外還有用于電視維修的電視同步（TV）觸發(fā)。這些觸發(fā)耦合方式各有自己的適用范圍,，需在使用中去體會,。
3．觸發(fā)電平（Level）和觸發(fā)極性（Slope）
觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又叫同步調(diào)節(jié)，它使得掃描與被測信號同步,。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號的觸發(fā)電平,。一旦觸發(fā)信號超過由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時，掃描即被觸發(fā),。順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕,，觸發(fā)電平上升；逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕,，觸發(fā)電平下降,。當(dāng)電平旋鈕調(diào)到電平鎖定位置時，觸發(fā)電平自動保持在觸發(fā)信號的幅度之內(nèi),，不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個穩(wěn)定的觸發(fā),。當(dāng)信號波形復(fù)雜，用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時,，用釋抑（Hold Off）旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時間（掃描暫停時間）,，能使掃描與波形穩(wěn)定同步。
極性開關(guān)用來選擇觸發(fā)信號的極性,。撥在“+"位置上時,，在信號增加的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā),。撥在“-"位置上時,，在信號減少的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā),。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號的觸發(fā)點,。
2.6 掃描方式（SweepMode）
掃描有自動（Auto）、常態(tài)（Norm）和單次（Single）三種掃描方式,。
自動：當(dāng)無觸發(fā)信號輸入,，或者觸發(fā)信號頻率低于50Hz時，掃描為自激方式。
常態(tài)：當(dāng)無觸發(fā)信號輸入時,，掃描處于準(zhǔn)備狀態(tài),，沒有掃描線,。觸發(fā)信號到來后,，觸發(fā)掃描。
單次：單次按鈕類似復(fù)位開關(guān),。單次掃描方式下,，按單次按鈕時掃描電路復(fù)位，此時準(zhǔn)備好（Ready）燈亮,。觸發(fā)信號到來后產(chǎn)生一次掃描,。單次掃描結(jié)束后，準(zhǔn)備燈滅,。單次掃描用于觀測非周期信號或者單次瞬變信號,，往往需要對波形拍照。
上面扼要介紹了示波器的基本功能及操作,。示波器還有一些更復(fù)雜的功能,，如延遲掃描、觸發(fā)延遲,、X-Y工作方式等,，這里就不介紹了。示波器入門操作是容易的,，真正熟練則要在應(yīng)用中掌握,。值得指出的是，示波器雖然功能較多,，但許多情況下用其他儀器,、儀表更好。例如,，在數(shù)字電路實驗中,，判斷一個脈寬較窄的單脈沖是否發(fā)生時，用邏輯筆就簡單的多,；測量單脈沖脈寬時,，用邏輯分析儀更好一些。在數(shù)字電路實驗中,，需要使用若干儀器,、儀表觀察實驗現(xiàn)象和結(jié)果。常用的電子測量儀器有萬用表,、邏輯筆,、普通示波器、存儲示波器,、邏輯分析儀等,。萬用表和邏輯筆使用方法比較簡單,，而邏輯分析儀和存儲示波器目前在數(shù)字電路教學(xué)實驗中應(yīng)用還不十分普遍。示波器是一種使用非常廣泛,，且使用相對復(fù)雜的儀器,。本章從使用的角度介紹一下和使用方法。
1 示波器工作原理
示波器是利用電子示波管的特性,，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉(zhuǎn)換成圖像,，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象,、分析實驗中的問題,、測量實驗結(jié)果*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)信號源組成。
1．1 示波管
陰極射線管（CRT）簡稱示波管,，是示波器的核心,。它將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。電子槍,、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內(nèi),，構(gòu)成了一個完整的示波管。
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。高速電子穿過鋁膜,，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點,。鋁膜具有內(nèi)反射作用，有利于提高亮點的輝度,。鋁膜還有散熱等其他作用,。
當(dāng)電子停止轟擊后，亮點不能立即消失而要保留一段時間,。亮點輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過的時間叫做“余輝時間",。余輝時間短于10μs為極短余輝，10μs—1ms為短余輝,，1ms—0．1s為中余輝,，0．1s-1s為長余輝，大于1s為極長余輝。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）、*陽極（A1）和第二陽極（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,，對陰極發(fā)射的電子起控制作用,，一般只有運動初速度大的少量電子，在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔,，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)亮點的輝度,。*陽極,、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒。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程中,，經(jīng)過兩次聚焦過程,。*次聚焦由K、G1、G2完成,，K,、K、G1,、G2叫做示波管的*電子透鏡,。第二次聚焦發(fā)生在G2、A1,、A2區(qū)域,，調(diào)節(jié)第二陽極A2的電位，能使電子束正好會聚于熒光屏上的一點,，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,。有時調(diào)節(jié)A1電壓仍不能滿足良好聚焦,，需微調(diào)第二陽極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,，使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。圖8．1中,，Y1,、Y2和Xl、X2兩對互相垂直的偏轉(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（被測信號經(jīng)處理后加到Y軸）,。兩對偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓,，使兩對偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場，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,，對電源供給有一定要求。規(guī)定第二陽極與偏轉(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相對陰極為負(fù)電位（—30V~—100V）,，而且可調(diào),，以實現(xiàn)輝度調(diào)節(jié)。*陽極為正電位（約+100V~+600V）,，也應(yīng)可調(diào),，用作聚焦調(diào)節(jié),。第二陽極與前加速極相連，對陰極為正高壓（約+1000V）,，相對于地電位的可調(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,，一個電子信號是時間的函數(shù)f（t），它隨時間的變化而變化,。因此,，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個與時間變量成正比的電壓，在y軸加上被測信號（經(jīng)過比例放大或者縮?。?，示波管屏幕上就會顯示出被測信號隨時間變化的圖形。電信號中,，在一段時間內(nèi)與時間變量成正比的信號是鋸齒波。
示波器的基本組成框圖,。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,。
被測信號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②和③,。經(jīng)延遲級延遲Г1時間，到Y2放大器,。放大后產(chǎn)生足夠大的信號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軸的被測信號③引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路,，在引入信號的正（或者負(fù)）極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥，啟動鋸齒波掃描電路（時基發(fā)生器）,，產(chǎn)生掃描電壓⑦,。由于從觸發(fā)到啟動掃描有一時間延遲Г2，為保證Y軸信號到達(dá)熒光屏之前X軸開始掃描,，Y軸的延遲時間Г1應(yīng)稍大于X軸的延遲時間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關(guān)將Y軸輸入的兩個不同的被測信號分別顯示在熒光屏上,。由于人眼的視覺暫留作用，當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率高到一定程度后,，看到的是兩個穩(wěn)定的,、清晰的信號波形。
示波器中往往有一個穩(wěn)定的方波信號發(fā)生器,，供校驗示波器用,。
2 示波器使用
本節(jié)介紹示波器的使用方法。示波器種類,、型號很多,，功能也不同。數(shù)字電路實驗中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器,。這些示波器用法大同小異,。本節(jié)不針對某一型號的示波器，只是從概念上介紹示波器在數(shù)字電路實驗中的常用功能,。
2.1 熒光屏
熒光屏是示波管的顯示部分,。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，指示出信號波形的電壓和時間之間的關(guān)系,。水平方向指示時間,，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格,，垂直方向分為8格,，每格又分為5份。垂直方向標(biāo)有0％,，10％,，90％，100％等標(biāo)志,，水平方向標(biāo)有10％,，90％標(biāo)志，供測直流電平,、交流信號幅度,、延遲時間等參數(shù)使用,。根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當(dāng)?shù)谋壤?shù)（V／DIV，TIME／DIV）能得出電壓值與時間值,。
2．2 示波管和電源系統(tǒng)
1．電源（Power）
示波器主電源開關(guān),。當(dāng)此開關(guān)按下時，電源指示燈亮,，表示電源接通,。
2．輝度（Intensity）
旋轉(zhuǎn)此旋鈕能改變光點和掃描線的亮度。觀察低頻信號時可小些,，高頻信號時大些,。
一般不應(yīng)太亮，以保護(hù)熒光屏,。
3．聚焦（Focus）
聚焦旋鈕調(diào)節(jié)電子束截面大小,，將掃描線聚焦成zui清晰狀態(tài)。
4．標(biāo)尺亮度（Illuminance）
此旋鈕調(diào)節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度,。正常室內(nèi)光線下,，照明燈暗一些好。室內(nèi)光線不足的環(huán)境中,，可適當(dāng)調(diào)亮照明燈,。
2．3 垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)
1．垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇（VOLTS／DIV）和微調(diào)
在單位輸入信號作用下，光點在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度,，這一定義對X軸和Y軸都適用,。靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直靈敏度的單位是為cm/V,，cm／mV或者DIV／mV，DIV／V,，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位是V／cm,，mV／cm或者V／DIV，mV／DIV,。實際上因習(xí)慣用法和測量電壓讀數(shù)的方便,，有時也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當(dāng)靈敏度。
蹤示波器中每個通道各有一個垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇波段開關(guān),。一般按1,，2，5方式從 5mV／DIV到5V／DIV分為10檔,。波段開關(guān)指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值,。例如波段開關(guān)置于1V／DIV檔時，如果屏幕上信號光點移動一格,，則代表輸入信號電壓變化1V,。
每個波段開關(guān)上往往還有一個小旋鈕,，微調(diào)每檔垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。將它沿順時針方向旋到底,，處于“校準(zhǔn)"位置,，此時垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開關(guān)所指示的值一致。逆時針旋轉(zhuǎn)此旋鈕,，能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù),。垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)后，會造成與波段開關(guān)的指示值不一致,，這點應(yīng)引起注意,。許多示波器具有垂直擴展功能，當(dāng)微調(diào)旋鈕被拉出時,，垂直靈敏度擴大若干倍（偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小若干倍）,。例如，如果波段開關(guān)指示的偏轉(zhuǎn)因數(shù)是1V/DIV,，采用×5擴展?fàn)顟B(tài)時,，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)是0．2V／DIV。
在做數(shù)字電路實驗時,，在屏幕上被測信號的垂直移動距離與+5V信號的垂直移動距離之比常被用于判斷被測信號的電壓值,。
2．時基選擇（TIME／DIV）和微調(diào)
時基選擇和微調(diào)的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇和微調(diào)類似。時基選擇也通過一個波段開關(guān)實現(xiàn),，按1,、2、5方式把時基分為若干檔,。波段開關(guān)的指示值代表光點在水平方向移動一個格的時間值,。例如在1μS／DIV檔，光點在屏上移動一格代表時間值1μS,。
“微調(diào)"旋鈕用于時基校準(zhǔn)和微調(diào),。沿順時針方向旋到底處于校準(zhǔn)位置時，屏幕上顯示的時基值與波段開關(guān)所示的標(biāo)稱值一致,。逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕,，則對時基微調(diào)。旋鈕拔出后處于掃描擴展?fàn)顟B(tài),。通常為×10擴展,，即水平靈敏度擴大10倍，時基縮小到1／10,。例如在2μS/DIV檔,，掃描擴展?fàn)顟B(tài)下熒光屏上水平一格代表的時間值等于 2μS×（1/10）=0.2μS
TDS實驗臺上有10MHz、1MHz,、500kHz,、100kHz的時鐘信號,，由石英晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生，準(zhǔn)確度很高,，可用來校準(zhǔn)示波器的時基,。
示波器的標(biāo)準(zhǔn)信號源CAL，專門用于校準(zhǔn)示波器的時基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù),。例如COS5041型示波器標(biāo)準(zhǔn)信號源提供一個VP-P=2V,f=1kHz的方波信號,。
示波器前面板上的位移（Position）旋鈕調(diào)節(jié)信號波形在熒光屏上的位置。旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕（標(biāo)有水平雙向箭頭）左右移動信號波形,，旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕（標(biāo)有垂直雙向箭頭）上下移動信號波形,。
2.4 輸入通道和輸入耦合選擇
1．輸入通道選擇
輸入通道至少有三種選擇方式：通道1（CH1）、通道2（CH2）,、雙通道（DUAL）,。選擇通道1時，示波器僅顯示通道1的信號,。選擇通道2時,，示波器僅顯示通道2的信號。選擇雙通道時,，示波器同時顯示通道1信號和通道2信號,。測試信號時，首先要將示波器的地與被測電路的地連接在一起,。根據(jù)輸入通道的選擇,，將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上，示波器探頭上的地與被測電路的地連接在一起,，示波器探頭接觸被測點,。示波器探頭上有一雙位開關(guān)。此開關(guān)撥到“×1"位置時,，被測信號無衰減送到示波器,，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值。此開關(guān)撥到“×10"位置時,，被測信號衰減為1／10，然后送往示波器,，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值,。
2．輸入耦合方式
輸入耦合方式有三種選擇：交流（AC）、地（GND）,、直流（DC）,。當(dāng)選擇“地"時，掃描線顯示出“示波器地"在熒光屏上的位置,。直流耦合用于測定信號直流值和觀測極低頻信號,。交流耦合用于觀測交流和含有直流成分的交流信號,。在數(shù)字電路實驗中，一般選擇“直流"方式,，以便觀測信號的電壓值,。
2.5 觸發(fā)
*節(jié)指出，被測信號從Y軸輸入后,，一部分送到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上,，驅(qū)動光點在熒光屏上按比例沿垂直方向移動；另一部分分流到x軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖,，觸發(fā)掃描發(fā)生器,，產(chǎn)生重復(fù)的鋸齒波電壓加到示波管的X偏轉(zhuǎn)板上，使光點沿水平方向移動,，兩者合一,，光點在熒光屏上描繪出的圖形就是被測信號圖形。由此可知,，正確的觸發(fā)方式直接影響到示波器的有效操作,。為了在熒光屏上得到穩(wěn)定的、清晰的信號波形,，掌握基本的觸發(fā)功能及其操作方法是十分重要的,。
1．觸發(fā)源（Source）選擇
要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形，則需將被測信號本身或者與被測信號有一定時間關(guān)系的觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路,。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號由何處供給,。通常有三種觸發(fā)源：內(nèi)觸發(fā)（INT）、電源觸發(fā)（LINE）,、外觸發(fā)EXT）,。
內(nèi)觸發(fā)使用被測信號作為觸發(fā)信號，是經(jīng)常使用的一種觸發(fā)方式,。由于觸發(fā)信號本身是被測信號的一部分,，在屏幕上可以顯示出非常穩(wěn)定的波形。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發(fā)信號,。
電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號作為觸發(fā)信號,。這種方法在測量與交流電源頻率有關(guān)的信號時是有效的。特別在測量音頻電路,、閘流管的低電平交流噪音時更為有效,。
外觸發(fā)使用外加信號作為觸發(fā)信號，外加信號從外觸發(fā)輸入端輸入,。外觸發(fā)信號與被測信號間應(yīng)具有周期性的關(guān)系,。由于被測信號沒有用作觸發(fā)信號，所以何時開始掃描與被測信號無關(guān)。
正確選擇觸發(fā)信號對波形顯示的穩(wěn)定,、清晰有很大關(guān)系,。例如在數(shù)字電路的測量中，對一個簡單的周期信號而言,，選擇內(nèi)觸發(fā)可能好一些,，而對于一個具有復(fù)雜周期的信號，且存在一個與它有周期關(guān)系的信號時,，選用外觸發(fā)可能更好,。
2．觸發(fā)耦合（Coupling）方式選擇
觸發(fā)信號到觸發(fā)電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發(fā)信號的穩(wěn)定,、可靠,。這里介紹常用的幾種。
AC耦合又稱電容耦合,。它只允許用觸發(fā)信號的交流分量觸發(fā),，觸發(fā)信號的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時使用這種耦合方式,，以形成穩(wěn)定觸發(fā),。但是如果觸發(fā)信號的頻率小于10Hz，會造成觸發(fā)困難,。
直流耦合（DC）不隔斷觸發(fā)信號的直流分量,。當(dāng)觸發(fā)信號的頻率較低或者觸發(fā)信號的占空比很大時，使用直流耦合較好,。
低頻抑制（LFR）觸發(fā)時觸發(fā)信號經(jīng)過高通濾波器加到觸發(fā)電路,，觸發(fā)信號的低頻成分被抑制；高頻抑制（HFR）觸發(fā)時,，觸發(fā)信號通過低通濾波器加到觸發(fā)電路,，觸發(fā)信號的高頻成分被抑制。此外還有用于電視維修的電視同步（TV）觸發(fā),。這些觸發(fā)耦合方式各有自己的適用范圍,，需在使用中去體會。
3．觸發(fā)電平（Level）和觸發(fā)極性（Slope）
觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又叫同步調(diào)節(jié),，它使得掃描與被測信號同步,。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號的觸發(fā)電平。一旦觸發(fā)信號超過由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時,，掃描即被觸發(fā),。順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平上升,；逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平下降,。當(dāng)電平旋鈕調(diào)到電平鎖定位置時,，觸發(fā)電平自動保持在觸發(fā)信號的幅度之內(nèi),，不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個穩(wěn)定的觸發(fā)。當(dāng)信號波形復(fù)雜,，用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時,，用釋抑（Hold Off）旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時間（掃描暫停時間），能使掃描與波形穩(wěn)定同步,。
極性開關(guān)用來選擇觸發(fā)信號的極性,。撥在“+"位置上時，在信號增加的方向上,，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā),。撥在“-"位置上時，在信號減少的方向上,，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā),。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號的觸發(fā)點。
2.6 掃描方式（SweepMode）
掃描有自動（Auto）,、常態(tài)（Norm）和單次（Single）三種掃描方式,。
自動：當(dāng)無觸發(fā)信號輸入，或者觸發(fā)信號頻率低于50Hz時,，掃描為自激方式,。
常態(tài)：當(dāng)無觸發(fā)信號輸入時，掃描處于準(zhǔn)備狀態(tài),，沒有掃描線,。觸發(fā)信號到來后，觸發(fā)掃描,。
單次：單次按鈕類似復(fù)位開關(guān),。單次掃描方式下，按單次按鈕時掃描電路復(fù)位,，此時準(zhǔn)備好（Ready）燈亮,。觸發(fā)信號到來后產(chǎn)生一次掃描。單次掃描結(jié)束后,，準(zhǔn)備燈滅,。單次掃描用于觀測非周期信號或者單次瞬變信號，往往需要對波形拍照,。
上面扼要介紹了示波器的基本功能及操作,。示波器還有一些更復(fù)雜的功能，如延遲掃描,、觸發(fā)延遲,、X-Y工作方式等，這里就不介紹了。示波器入門操作是容易的,，真正熟練則要在應(yīng)用中掌握,。值得指出的是，示波器雖然功能較多,，但許多情況下用其他儀器,、儀表更好。例如,，在數(shù)字電路實驗中,，判斷一個脈寬較窄的單脈沖是否發(fā)生時，用邏輯筆就簡單的多,；測量單脈沖脈寬時,，用邏輯分析儀更好一些。