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实验4-6示波器的工作原理与使用

示波器用处广泛，它的最大特点是能把看不见的电信号变换成能直接观察的电压波形，

并能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。双踪示波器还可测量两个信号之间的位相差，

是工程技术中常用的电子仪器。

【实验目的】

1．了解示波器的主要结构和基本工作原理。

2．学会使用示波器和信号发生器。

3．学会用示波器观察信号波形。

4．学会用示波器观察李萨如图形并测量市电的频率。

【实验器材】

示波器、函数信号发生器、小变压器等。

【实验原理】

示波器的规格和型号很多，但不管哪种示波器都由图4-6-1所示的几个基本组成部分：

示波管、竖直放大器（Y轴放大器）、水平放大器（X轴放大器）、扫描发生器、触发同步和

直流电源等部分。

图4-6-1示波器结构框图

一、示波管

示波管是呈喇叭形的玻璃泡，抽成高真空，内部装有电子枪和两对相互垂直的偏转

板，喇叭口的球面壁上涂有荧光物质，构成荧光屏。如图4-6-2所示。

图4-6-2示波管

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1．电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成，阴极是一个

表面涂有氧化层的金属圆筒，灯丝通电加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，

套在阴极外面，它的电位比阴极稍低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大

的电子才能穿过栅极顶端的小孔，然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“亮度”

调整旋钮，就是通过调节栅极电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变屏上光斑的亮

度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一

阳极与第二阳极之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，所以第一阳

极也称聚焦阳极，第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚焦”调节旋钮，就是调

节第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚焦”，

实际是调节第二阳极电位。

2．偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，称为Y偏转板；一

对水平偏转板，称为X偏转板。在偏转板上加上适当电压，当电子束通过时运动方向将发生

偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。

3．荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。荧光屏前有一块透明

的、带刻度的坐标板，供测量光点位置用，在性能较好的示波管中，通常将刻度线直接刻在

屏玻璃内表面上，使其与荧光粉紧贴在一起，以消除视差，使光点位置的测量更准确。

二、示波器显示波形的原理

1．扫描作用:

如果只在竖直偏转板上加

一交变的正弦电压，则电子束的亮

点将随电压的变化在竖直方向来

回运动，如果电压频率较高，则看

到的将是一条竖直亮线。要显示出

波形，必须同时在水平偏转板上加

一个扫描电压，使电子束的亮点同

时沿着水平方向拉开。这种扫描电

压的特点是电压随时间成线性关

系增加到最大值，然后突然回到最

小，此后再重复地变化。扫描电压

随时间变化的关系曲线形同“锯

齿”，故称“锯齿波电压”。

在竖直偏转板上加正弦电压，

同时在水平偏转板上加锯齿波电

压，电子同时受竖直、水平两个方图4-6-3示波器显示正弦波形原理图

向的力的作用，则电子的运动为两

相互垂直的运动的合成。当锯齿波电压与正弦电压变化周期相等时，在荧光屏上将能显示出

一个完整的正弦电压的波形图（随着时间的推移,X和Y信号同步周期性地出现），如图4-6-3

所示。

2．同步作用

要在示波器荧屏上获得稳定的波形，被测信号的频率f必须为扫描电压（锯齿波）频

Y

率f的整数（N）倍，即有

X

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fNf