電子學中重要的測量儀器

摘 要：電子示波器是一種能把隨時間變化的電信號用圖象顯示出來的電子儀器。用它來觀察電壓或電流（被轉化成電壓的電流）的波形，并可測量出電壓的幅度、頻率和相位等。因它可以把電壓或電流的變化用時間函數的形式描繪顯示在熒光屏上，因此示波器是時域測量中一種用來分析電信號的重要顯示儀器。示波器被廣泛地應用在無線電測量中。

關鍵詞：電子示波器；組成；性能

1 電子示波器的基本組成

示波器通常由示波管、掃描系統、垂直通道、水平通道和電源五個主要基本部分組成。

⑴示波管：是示波器中用以顯示被測信號波形的器件，是示波器的重要核心部件，目前大多數示波器中的示波管都是采用靜電偏轉的陰極射線管（CRT）。它主要由電子槍、偏轉系統和熒光屏三大部分組成。

1）電子槍：它的作用是產生高速的匯聚電子束。由陰極發射出的電子經過控制柵極和加速陽極形成的第一重電子透鏡前進到達由聚焦陽極和加速陽極所形成的第二重電子透鏡，電子在這里被聚合成一束，然后經過偏轉板投向熒光屏成為一個很小的亮點。

2）偏轉系統：它的作用是使電子束隨外加信號偏轉。其工作原理是：電子束在偏轉極板間通過時將受到二塊偏轉板（垂直和水平偏轉板）間的電位差的影響，致使電子束的前進路徑發生偏轉，當電子束到達熒光屏時將形成一個偏離中心的亮點，其偏離大小和方向受二塊偏轉板間的電位差控制。

3）熒光屏：它是在玻殼圓平面的內層涂有熒光粉而制成的。由于采用熒光粉材料不同，產生的熒光顏色和余輝時間也就不同，一般示波管都選用人眼最敏感的黃、綠、藍三色。所謂余輝時間，就是指電子束停止轟擊后，光點在熒光屏上的殘留時間。根據殘留時間的長短，可分為長余輝（100毫秒～1秒）、中余輝（10毫秒～100毫秒）和短余輝（10微秒～10毫秒）三種。通常綠色大都為中余輝管，宜于肉眼觀察。藍色大都為短余輝管，宜用于攝影。而黃色大都為長余輝管，宜用于觀察慢變化信號及一次性信號。高速電子束轟擊熒光屏時，其動能的一部分轉變為光能，而大部分卻轉變為熱能，因此在使用示波器過程中，切忌在屏幕上出現一個不動的亮點，避免該點因熒光粉過熱而逐漸失去發光性能，影響示波管的使用壽命。

⑵掃描系統：通常是由一個鋸齒波電壓發生器為主體再輔以必要的輔助電路組成。

鋸齒波發生器的作用是使電子束在熒光屏上形成與時間成正比的水平位移，即形成所謂時間基線，以便把隨時間變化的被測信號不失真地描繪顯示于熒光屏上，故而又稱之為掃描發生器。系統中含有其它輔助電路以確保掃描發生器能正常工作，產生穩定的掃描電壓，使顯示的圖形穩定。

⑶垂直通道：是被測信號的重要通道，它主要由垂直放大器組成，其主要作用是放大“Y輸入”端輸入信號，使示波管的電子束產生足夠的垂直偏移，使得熒光屏上不失真地顯示出被測信號的波形。

一般要求垂直通道具有足夠高的可調增益、足夠寬的通頻帶（普通示波器的頻率范圍是DC～30MHz，寬顯示波器為DC～750MHz）、非線性失真小（一般要求非線性失真系數小于10～3%）、足夠大的輸入電阻和足夠小的輸入電容（其目的是為了減小示波器接入被測電路進行測量時對被測電路的影響，一般示波器輸入電阻為1M Q左右，輸入電容為10 ～50pf左右）。

⑷水平通道：通常把掃描系統與水平放大器部分統稱為水平通道。其主要作用是放大“X輸入”端輸入的信號，或由掃描發生器輸出的鋸齒波掃描電壓，使示波管的電子束產生足夠的水平偏移，控制電子束的水平掃描。

⑸電源：供給示波器各部件必要的各種工作電壓。

通常示波器外接50Hz，220士10%V的交流電壓。

2 電子示波器的性能特點

電子示波器的種類繁多，按其用途和特點大體可分為：通用示波器；多線示波器；取樣示波器；記憶、存貯示波器；特殊示波器等五類。示波器在測量中應用極為廣泛，由于電子的慣性很小，光斑在熒光屏上的運動能準確地反映極板上電壓的微小的或迅速的變化，這對于研究各種電信號電壓的變化情況是很方便的。它幾乎可以測量所有的電參量，而且可以通過適當的變換器測量各種非電量。

正因為電子示波器具有下述的幾大優點，因而使得它獲得了極為廣泛的應用。⑴能直觀地顯示被測量的信號波形，現代的示波器甚至可以用數字顯示出被測信號波形的各種參數。⑵工作頻帶寬。由于電子的荷質比很大，所以電子束的慣性小，速度快，測量的工作頻率就很寬，一般可達幾十兆赫至數百兆赫，如采用特殊的技術甚至可達數十千兆赫。⑶輸入阻抗高。對被測系統幾乎不吸收功率因而影響極小。⑷靈敏度高。由于采用了高增益放大器，靈敏度一般可達毫伏甚至微伏量級，且過載能力也強。⑸多功能。配以一定的輔助電路或變換器，可以測量各種電量或非電量。

示波器的應用極為廣泛，它不但能觀察電壓和電流波形，還能測定各種基本電學量，如：電壓、電流、時間、頻率、相位（或相位差）、功率、阻抗以及已調波的參數等等。此外，配以必要的變換器還可以對各種非電量進行測量。其它的物理現象，如振動、聲音、光和溫度的變化，也可以把它們轉化變為電壓的變化，然后用示波器來研究。示波器已成了科學研究、檢測和修理各種電子儀器的不可缺少的工具。

示波器測量具有快速、方便、直觀的特點，其缺點是測量誤差較大，但隨著數字化與數據處理技術在示波器中的應用，測量誤差已可大大下降。