示波器原理

　　雙線示波的顯示原理

　　在電子實踐技術(shù)過程中，常常需要同時觀察兩種（或兩種以上）信號隨時間變化的過程。并對這些不同信號進(jìn)行電參量的測試和比較。為了達(dá)到這個目的，人們在應(yīng)用普通示波器原理的基礎(chǔ)上，采用了以下兩種同時顯示多個波形的方法：一種是雙線（或多線）示波法;另一種是雙蹤（或多蹤）示波法。應(yīng)用這兩種方法制造出來的示波器分別稱為雙線（或多線）示波器和雙蹤（或多蹤）示波器。

雙線（或多線）示波器是采用雙槍（或多槍）示波管來實現(xiàn)的。下面以雙槍示波管為例加以簡單說明。雙槍示波管有兩個互相獨立的電子槍產(chǎn)生兩束電子。另有兩組互相獨立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，它們各自控制一束電子作上下、左右的運動。熒光屏是共用的，因而屏上可以同時顯示出兩種不同的電信號波形，雙線示波也可以采用單槍雙線示波管來實現(xiàn)。這種示波管只有一個電子槍，在工作時是依靠特殊的電極把電子分成兩束。然后，由管內(nèi)的兩組互相獨立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，分別控制兩束電子上下、左右運動。熒光屏是共用的，能同時顯示出兩種不同的電信號波形。由于雙線示波管的制造工藝要求高，成本也高，所以應(yīng)用并不十分普遍?！?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" height=1 src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20140718/252881_2_0.jpg" width=1 border=0>

　　雙蹤示波的顯示原理

　　雙蹤（或多蹤）示波是在單線示波器的基礎(chǔ)上，增設(shè)一個專用電子開關(guān)，用它來實現(xiàn)兩種（或多種）波形的分別顯示。由于實現(xiàn)雙蹤（或多蹤）示波比實現(xiàn)雙線（或多線）示波來得簡單，不需要使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴的“雙腔”或“多腔”示波管，所以雙蹤（或多蹤）示波獲得了普遍的應(yīng)用。

　?。?）雙蹤示波的顯示原理

　　圖5-8（a）是雙蹤示波法基本原理的示意圖。圖中，電子開關(guān)K的作用是使加在示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上的兩種信號電壓作周期性轉(zhuǎn)換。例如，在0～1這段時間里，電子開關(guān)K與信號通道A接通，這時在熒光屏上顯示出信號UA的一段波形;在1～2這段時間里，電子開關(guān)K與信號通道B接通，這時在熒光屏上顯現(xiàn)出信號UB的一段波形;在2～3這段時間里，熒光屏上再一次顯示出信號UA的一段波形;在3～4這段時間里，熒光屏上將再一次顯示出UB的一段波形……。這樣，兩個信號在熒光屏上雖然是交替顯示的，但由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象和熒光屏的余輝（高速電子在停止沖擊熒光屏后，熒光屏上受沖擊處仍保留一段發(fā)光時間）現(xiàn)象，就可在熒光屏上同時看到兩個被測信號波形 （圖5-8（b）所示）。

　　為了保持熒光屏顯示出來的兩種信號波形穩(wěn)定，則要求被測信號頻率、掃描信號頻率與電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率三者之間必須滿足一定的關(guān)系。

　　首先，兩個被測信號頻率與掃描信號頻率之間應(yīng)該是成整數(shù)比的關(guān)系，也就是要求“同步”。這一點與單線示波器的原理是相同的，只是現(xiàn)在的被測信號是兩個，而掃描電壓是一個。在實際應(yīng)用中，需要觀察和比較的兩個信號常常是互相有內(nèi)在聯(lián)系的，所以上述的同步要求一般是容易滿足的。

為了使熒光屏上顯示的兩個被測信號波形都穩(wěn)定，除滿足上述要求外，還必須合理地選擇電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率，使得在示波器上所顯示的波形個數(shù)合適，以便于觀察。下面談?wù)勲娮娱_關(guān)的工作方式問題，這個問題與電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率有關(guān)。

　　電子開關(guān)的工作方式有“交替”轉(zhuǎn)換和“斷續(xù)”轉(zhuǎn)換兩種。

　　圖5-9是電子開關(guān)“交替”轉(zhuǎn)換工作方式的波形示意圖。在0～1時間內(nèi)，電子開關(guān)與通道A接通，加在X軸上的掃描信號開始進(jìn)行第一個正程掃描，此時熒光屏上將顯現(xiàn)出信號UA的波形;在完成UA波形顯示后，掃描電壓迅速回掃;在1～2時間內(nèi)，電子開關(guān)K與通道B接通，X軸上的掃描信號開始進(jìn)行第二個正程掃描，熒光屏上將顯示出信號UB的波形;在2～3時間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號UA的波形;在3～4時間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號UB的波形……。由此可見，被測信號UA、UB的波形是依次、交替地出現(xiàn)在熒光屏上的，熒光屏上顯示的波形如圖5-9（b）所示。顯然，此時電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換與X軸的掃描始終保持著一致的步調(diào)，即電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率等于X軸掃描信號的頻率。圖5-9（b）中的虛線實際上是看不見的。

　　采用交替轉(zhuǎn)換工作方式的顯示的波形與雙線示波法所顯示的波形非常相似，它們都沒有間斷點。但由于被測信號UA、UB的波形是依次交替地出現(xiàn)在熒光屏上的，所以，如果交替的間隙時間超過了人眼的視覺暫留時間和熒光屏的余輝時間，則人們所看到的熒光屏上的波形就會有閃爍現(xiàn)象。為了避免這種情況的出現(xiàn)，就要求電子開關(guān)有足夠高的轉(zhuǎn)換頻率。這就是說當(dāng)被測信號的頻率較低時，不宜采用交替轉(zhuǎn)換工作方式，而應(yīng)采用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式。

　　當(dāng)電子開關(guān)用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式時，在X軸掃描的每一個過程中，電子開關(guān)都以足夠高的轉(zhuǎn)換頻率，分別對所顯示的每個被測信號進(jìn)行多次取樣。這樣，即使被測信號頻率較低，也可避免出現(xiàn)波形的閃爍現(xiàn)象。同時，由于在一次掃描的過程中，光點在兩個圖形上交換的次數(shù)極多，所以圖形上的細(xì)小斷裂痕跡不顯著，并不妨礙對波形細(xì)節(jié)的觀察。圖5-10是電于開關(guān)采用斷續(xù)轉(zhuǎn)換方式時的波形示意圖。實際上，由于開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率選得遠(yuǎn)大于X軸掃描頻率，所以熒光屏上顯示的圖形不會是圖5-10所示的斷續(xù)圖形，而是連續(xù)的圖形。圖中垂直方向的細(xì)虛線表示了電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程。因在轉(zhuǎn)換過程中示波器電路的設(shè)置使電子束截止，所以圖中所示的垂直細(xì)虛線實際上也是不可見的。

　　在了解上述用電子開關(guān)來實現(xiàn)雙蹤示波的原理后，就不難聯(lián)想到用環(huán)形計數(shù)器來實現(xiàn)多蹤示波的原理。由于兩者的顯示原理相似，這里就不再贅述。