顯示電路

　　顯示電路包括示波管及其控制電路兩個(gè)部分。示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個(gè)重要組成部分。示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏3個(gè)部分組成。

　　（1）電子槍　　

電子槍用于產(chǎn)生并形成高速、聚束的電子流，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。它主要由燈絲F、陰極K、控制極G、第一陽(yáng)極A1、第二陽(yáng)極A2組成。除燈絲外，其余電極的結(jié)構(gòu)都為金屬圓筒，且它們的軸心都保持在同一軸線上。陰極被加熱后，可沿軸向發(fā)射電子；控制極相對(duì)陰極來(lái)說(shuō)是負(fù)電位，改變電位可以改變通過(guò)控制極小孔的電子數(shù)目，也就是控制熒光屏上光點(diǎn)的亮度。為了提高屏上光點(diǎn)亮度，又不降低對(duì)電子束偏轉(zhuǎn)的靈敏度，現(xiàn)代示波管中，在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏之間還加上一個(gè)后加速電極A3。

　　第一陽(yáng)極對(duì)陰極而言加有約幾百伏的正電壓。在第二陽(yáng)極上加有一個(gè)比第一陽(yáng)極更高的正電壓。穿過(guò)控制極小孔的電子束，在第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極高電位的作用下，得到加速，向熒光屏方向作高速運(yùn)動(dòng)。由于電荷的同性相斥，電子束會(huì)逐漸散開(kāi)。通過(guò)第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極之間電場(chǎng)的聚焦作用，使電子重新聚集起來(lái)并交匯于一點(diǎn)。適當(dāng)控制第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極之間電位差的大小，便能使焦點(diǎn)剛好落在熒光屏上，顯現(xiàn)一個(gè)光亮細(xì)小的圓點(diǎn)。改變第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極之間的電位差，可起調(diào)節(jié)光點(diǎn)聚焦的作用，這就是示波器的“聚焦”和“輔助聚焦”調(diào)節(jié)的原理。第三陽(yáng)極是示波管錐體內(nèi)部涂上一層石墨形成的，通常加有很高的電壓，它有三個(gè)作用：①使穿過(guò)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)以后的電子進(jìn)一步加速，使電子有足夠的能量去轟擊熒光屏，以獲得足夠的亮度；②石墨層涂在整個(gè)錐體上，能起到屏蔽作用；③電子束轟擊熒光屏?xí)a(chǎn)生二次電子，處于高電位的A3可吸收這些電子。

(2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

　　示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)大都是靜電偏轉(zhuǎn)式，它由兩對(duì)相互垂直的平行金屬板組成，分別稱(chēng)為水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板。分別控制電子束在水平方向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電子在偏轉(zhuǎn)板之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果偏轉(zhuǎn)板上沒(méi)有加電壓，偏轉(zhuǎn)板之間無(wú)電場(chǎng)，離開(kāi)第二陽(yáng)極后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子將沿軸向運(yùn)動(dòng)，射向屏幕的中心。如果偏轉(zhuǎn)板上有電壓，偏轉(zhuǎn)板之間則有電場(chǎng)，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子會(huì)在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用下射向熒光屏的指定位置。

　　如果兩塊偏轉(zhuǎn)板互相平行，并且它們的電位差等于零，那么通過(guò)偏轉(zhuǎn)板空間的，具有速度υ的電子束就會(huì)沿著原方向（設(shè)為軸線方向）運(yùn)動(dòng)，并打在熒光屏的坐標(biāo)原點(diǎn)上。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板之間存在著恒定的電位差，則偏轉(zhuǎn)板間就形成一個(gè)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)與電子的運(yùn)動(dòng)方向相垂直，于是電子就朝著電位比較高的偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)。這樣，在兩偏轉(zhuǎn)板之間的空間，電子就沿著拋物線在這一點(diǎn)上做切線運(yùn)動(dòng)。最后，電子降落在熒光屏上的A點(diǎn)，這個(gè)A點(diǎn)距離熒光屏原點(diǎn)（0）有一段距離，這段距離稱(chēng)為偏轉(zhuǎn)量，用y表示。偏轉(zhuǎn)量y與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓Vy成正比。同理，在水平偏轉(zhuǎn)板上加有直流電壓時(shí)，也發(fā)生類(lèi)似情況，只是光點(diǎn)在水平方向上偏轉(zhuǎn)。

　　（3）熒光屏

        熒光屏位于示波管的終端，它的作用是將偏轉(zhuǎn)后的電子束顯示出來(lái)，以便觀察。在示波器的熒光屏內(nèi)壁涂有一層發(fā)光物質(zhì)，因而，熒光屏上受到高速電子沖擊的地點(diǎn)就顯現(xiàn)出熒光。此時(shí)光點(diǎn)的亮度決定于電子束的數(shù)目、密度及其速度。改變控制極的電壓時(shí)，電子束中電子的數(shù)目將隨之改變，光點(diǎn)亮度也就改變。在使用示波器時(shí)，不宜讓很亮的光點(diǎn)固定出現(xiàn)在示波管熒光屏一個(gè)位置上，否則該點(diǎn)熒光物質(zhì)將因長(zhǎng)期受電子沖擊而燒壞，從而失去發(fā)光能力。

　　涂有不同熒光物質(zhì)的熒光屏，在受電子沖擊時(shí)將顯示出不同的顏色和不同的余輝時(shí)間，通常供觀察一般信號(hào)波形用的是發(fā)綠光的，屬中余輝示波管，供觀察非周期性及低頻信號(hào)用的是發(fā)橙黃色光的，屬長(zhǎng)余輝示波管；供照相用的示波器中，一般都采用發(fā)藍(lán)色的短余輝示波管。

垂直（Y軸）放大電路

         由于示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度甚低，例如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.86mm/V（約12V電壓產(chǎn)生1cm的偏轉(zhuǎn)量），所以一般的被測(cè)信號(hào)電壓都要先經(jīng)過(guò)垂直放大電路的放大，再加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，以得到垂直方向的適當(dāng)大小的圖形。

水平（X軸）放大電路

　　由于示波管水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度也很低，所以接入示波管水平偏轉(zhuǎn)板的電壓（鋸齒波電壓或其它電壓）也要先經(jīng)過(guò)水平放大電路的放大以后，再加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，以得到水平方向適當(dāng)大小的圖形。

掃描與同步電路

　　掃描電路產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波電壓。該鋸齒波電壓的頻率能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。鋸齒波電壓的作用是使示波管陰極發(fā)出的電子束在熒光屏上形成周期性的、與時(shí)間成正比的水平位移，即形成時(shí)間基線。這樣，才能把加在垂直方向的被測(cè)信號(hào)按時(shí)間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上。

電源供給電路

　　電源供給電路供給垂直與水平放大電路、掃描與同步電路以及示波管與控制電路所需的負(fù)高壓、燈絲電壓等。

　　由示波器的原理功能方框圖可見(jiàn)，被測(cè)信號(hào)電壓加到示波器的Y軸輸入端，經(jīng)垂直放大電路加于示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板。示波管的水平偏轉(zhuǎn)電壓，雖然多數(shù)情況都采用鋸齒電壓（用于觀察波形時(shí)），但有時(shí)也采用其它的外加電壓（用于測(cè)量頻率、相位差等時(shí)），因此在水平放大電路輸入端有一個(gè)水平信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)，以便按照需要選用示波器內(nèi)部的鋸齒波電壓，或選用外加在X軸輸入端上的其它電壓來(lái)作為水平偏轉(zhuǎn)電壓。

　　此外，為了使熒光屏上顯示的圖形保持穩(wěn)定，要求鋸齒波電壓信號(hào)的頻率和被測(cè)信號(hào)的頻率保持同步。這樣，不僅要求鋸齒波電壓的頻率能連續(xù)調(diào)節(jié)，而且在產(chǎn)生鋸齒波的電路上還要輸入一個(gè)同步信號(hào)。這樣，對(duì)于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始、連續(xù)不斷的鋸齒波）一種狀態(tài)的簡(jiǎn)易示波器（如國(guó)產(chǎn)SB10型等示波器）而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被觀察信號(hào)頻率相關(guān)的同步信號(hào)，以牽制鋸齒波的振蕩頻率。對(duì)于具有等待掃描功能（即平時(shí)不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測(cè)信號(hào)來(lái)到時(shí)才產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波，進(jìn)行一次掃描）功能的示波器（如國(guó)產(chǎn)ST-16型示波器、SR-8型雙蹤示波器等而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被測(cè)信號(hào)相關(guān)的觸發(fā)信號(hào)，使掃描過(guò)程與被測(cè)信號(hào)密切配合。為了適應(yīng)各種需要，同步（或觸發(fā)）信號(hào)可通過(guò)同步或觸發(fā)信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)來(lái)選擇，通常來(lái)源有3個(gè)：①?gòu)拇怪狈糯箅娐芬齺?lái)被測(cè)信號(hào)作為同步（或觸發(fā)）信號(hào)，此信號(hào)稱(chēng)為“內(nèi)同步”（或“內(nèi)觸發(fā)”）信號(hào)；②引入某種相關(guān)的外加信號(hào)為同步（或觸發(fā)）信號(hào)，此信號(hào)稱(chēng)為“外同步”（或“外觸發(fā)”）信號(hào)，該信號(hào)加在外同步（或外觸發(fā)）輸入端；③有些示波器的同步信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)還有一檔“電源同步”，是由220V，50Hz電源電壓，通過(guò)變壓器次級(jí)降壓后作為同步信號(hào)。

波形顯示的基本原理

　　由示波管的原理可知，一個(gè)直流電壓加到一對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，將使光點(diǎn)在熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。如果分別將兩個(gè)直流電壓同時(shí)加到垂直和水平兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上，則熒光屏上的光點(diǎn)位置就由兩個(gè)方向的位移所共同決定。

　　如果將一個(gè)正弦交流電壓加到一對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，光點(diǎn)在熒光屏上將隨電壓的變化而移動(dòng)。參見(jiàn)圖5-4可知，當(dāng)垂直偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)正弦交流電壓時(shí)，在時(shí)間t=0的瞬間，電壓為Vo（零值），熒光屏上的光點(diǎn)位置在坐標(biāo)原點(diǎn)0上，在時(shí)間t=1的瞬間，電壓為V1（正值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)0點(diǎn)上方的1上，位移的大小正比于電壓V1；在時(shí)間t=2的瞬間，電壓為V2（最大正值），熒光屏上的光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)0點(diǎn)上方的2點(diǎn)上，位移的距離正比于電壓V2；以此類(lèi)推，在時(shí)間t=3，t=4，…，t=8的各個(gè)瞬間，熒光屏上光點(diǎn)位置分別為3，4，…，8點(diǎn)。在交流電壓的第二個(gè)周期、第三個(gè)周期……都將重復(fù)第一個(gè)周期的情況。如果此時(shí)加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的正弦交流電壓之頻率很低，僅為lHz～2Hz，那么，在熒光屏上便會(huì)看見(jiàn)一個(gè)上下移動(dòng)著的光點(diǎn)。這光點(diǎn)距離坐標(biāo)原點(diǎn)的瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)值將與加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的電壓瞬時(shí)值成正比。如果加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的交流電壓頻率在10Hz～20Hz以上，則由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，在熒光屏上看到的就不是一個(gè)上下移動(dòng)的點(diǎn)，而是一根垂直的亮線了。該亮線的長(zhǎng)短在示波器的垂直放大增益一定的情況下決定于正弦交流電壓峰一峰值的大小。如果在水平偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)正弦交流電壓，則會(huì)產(chǎn)生相類(lèi)似的情況，只是光點(diǎn)在水平軸上移動(dòng)罷了。

　　如果將一隨時(shí)間線性變化的電壓（如鋸齒波電壓）加到一對(duì)偏轉(zhuǎn)板上，則光點(diǎn)在熒光屏上又會(huì)怎樣移動(dòng)呢？參看圖5-5可見(jiàn)，當(dāng)水平偏轉(zhuǎn)板上有鋸齒波電壓時(shí)，在時(shí)間t=0瞬間，電壓為Vo（最大負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左側(cè)的起始位置（零點(diǎn)上），位移的距離正比于電壓Vo；在時(shí)間t=1的瞬間，電壓為V1（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左方的1點(diǎn)上，位移的距離正比于電壓V1；以此類(lèi)推，在時(shí)間t=2，t=3，。..，t=8的各個(gè)瞬間，熒光屏上光點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置是2，3，…，8各點(diǎn)。在t=8這個(gè)瞬間，鋸齒波電壓由最大正值V8躍變到最大負(fù)值Vo，則熒光屏上光點(diǎn)從8點(diǎn)極其迅速地向左移到起始位置零點(diǎn)。如果鋸齒波電壓是周期性的，則在鋸齒波電壓的第二個(gè)周期、第三個(gè)周期、……都將重復(fù)第一個(gè)周期的情形。如果此時(shí)加在水平偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波電壓頻率很低，僅為1Hz ～2Hz，在熒光屏上便會(huì)看見(jiàn)光點(diǎn)自左邊起始位置零點(diǎn)向右邊8點(diǎn)處勻速地移動(dòng)，隨后光點(diǎn)又從右邊8點(diǎn)處極其迅速地移動(dòng)到左邊起始位置零點(diǎn)。上述這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為掃描。在水平軸加有周期性鋸齒波電壓時(shí)，掃描將周而復(fù)始地進(jìn)行下去。光點(diǎn)距離起始位置零點(diǎn)的瞬時(shí)值，將與加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓瞬時(shí)值成正比。如果加在偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波電壓頻率在10Hz～20Hz以上，則由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，就看到一根水平亮線，該水平亮線的長(zhǎng)度，在示波器水平放大增益一定的情況下決定于鋸齒波電壓值，鋸齒波電壓值是與時(shí)間變化成正比的，而熒光屏上光點(diǎn)的位移又是與電壓值成正比的，因此熒光屏上的水平亮線可以代表時(shí)間軸。在此亮線上的任何相等的線段都代表相等的一段時(shí)間。

　　如果將被測(cè)信號(hào)電壓加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，鋸齒波掃描電壓加到水平偏轉(zhuǎn)板上，而且被測(cè)信號(hào)電壓的頻率等于鋸齒波掃描電壓的頻率，則熒光屏上將顯示出一個(gè)周期的被測(cè)信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的波形曲線。由圖5-6所示可見(jiàn)，在時(shí)間t=0的瞬間，信號(hào)電壓為Vo（零值），鋸齒波電壓為V0′（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左面，位移的距離正比于電壓V0′；在時(shí)間t=1的瞬間，交流電壓為V1（正值），鋸齒波電壓為V1′（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)的第Ⅱ象限中。同理，在時(shí)間t=2，t=3，…，t=8的瞬間，熒光屏上光點(diǎn)分別位于2，3，…，8點(diǎn)。在t=8瞬間，鋸齒波電壓由最大正值V8′跳變到最大負(fù)V0′，因而熒光屏上的光點(diǎn)也從8點(diǎn)極其迅速地向左移到起始位置0點(diǎn)。以后，在被測(cè)周期信號(hào)的第二個(gè)周期、第三個(gè)周期……都重復(fù)第一個(gè)周期的情形，光點(diǎn)在熒光屏上描出的軌跡也都重疊在第一次描出的軌跡上。所以，熒光屏上顯示出來(lái)的被測(cè)信號(hào)電壓是隨時(shí)間變化的穩(wěn)定波形曲線。

　　為使熒光屏上的圖形穩(wěn)定，被測(cè)信號(hào)電壓的頻率應(yīng)與鋸齒波電壓的頻率保持整數(shù)比的關(guān)系，即同步關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就要求鋸齒波電壓的頻率連續(xù)可調(diào)，以便適應(yīng)觀察各種不同頻率的周期信號(hào)。其次，由于被測(cè)信號(hào)頻率和鋸齒波振蕩信號(hào)頻率的相對(duì)不穩(wěn)定性，即使把鋸齒波電壓的頻率臨時(shí)調(diào)到與被測(cè)信號(hào)頻率成整倍數(shù)關(guān)系，也不能使圖形一直保持穩(wěn)定。因此，示波器中都設(shè)有同步裝置。也就是在鋸齒波電路的某部分加上一個(gè)同步信號(hào)來(lái)促使掃描的同步，對(duì)于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始連續(xù)不斷的鋸齒波）一種狀態(tài)的簡(jiǎn)易示波器（如國(guó)產(chǎn)SB-10型示波器等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被觀察信號(hào)頻率相關(guān)的同步信號(hào)，當(dāng)所加同步信號(hào)的頻率接近鋸齒波頻率的自主振蕩頻率（或接近其整數(shù)倍）時(shí)，就可以把鋸齒波頻率“拖入同步”或“鎖住”。對(duì)于具有等待掃描（即平時(shí)不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測(cè)信號(hào)來(lái)到時(shí)才產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波進(jìn)行一次掃描）功能的示波器（如國(guó)產(chǎn)ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型雙蹤示波器等等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被測(cè)信號(hào)相關(guān)的觸發(fā)信號(hào)，使掃描過(guò)程與被測(cè)信號(hào)密切配合。這樣，只要按照需要來(lái)選擇適當(dāng)?shù)耐叫盘?hào)或觸發(fā)信號(hào)，便可使任何欲研究的過(guò)程與鋸齒波掃描頻率保持同步。
 

雙線示波的顯示原理

　　在電子實(shí)踐技術(shù)過(guò)程中，常常需要同時(shí)觀察兩種（或兩種以上）信號(hào)隨時(shí)間變化的過(guò)程。并對(duì)這些不同信號(hào)進(jìn)行電參量的測(cè)試和比較。為了達(dá)到這個(gè)目的，人們?cè)趹?yīng)用普通示波器原理的基礎(chǔ)上，采用了以下兩種同時(shí)顯示多個(gè)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(lái)的示波器分別稱(chēng)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?zhuān)ɑ蚨鄻專(zhuān)┦静ü軄?lái)實(shí)現(xiàn)的。下面以雙槍示波管為例加以簡(jiǎn)單說(shuō)明。雙槍示波管有兩個(gè)互相獨(dú)立的電子槍產(chǎn)生兩束電子。另有兩組互相獨(dú)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(yùn)動(dòng)。熒光屏是共用的，因而屏上可以同時(shí)顯示出兩種不同的電信號(hào)波形，雙線示波也可以采用單槍雙線示波管來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種示波管只有一個(gè)電子槍?zhuān)诠ぷ鲿r(shí)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(dú)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，分別控制兩束電子上下、左右運(yùn)動(dòng)。熒光屏是共用的，能同時(shí)顯示出兩種不同的電信號(hào)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。

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(gè)專(zhuān)用電子開(kāi)關(guān)，用它來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種（或多種）波形的分別顯示。由于實(shí)現(xiàn)雙蹤（或多蹤）示波比實(shí)現(xiàn)雙線（或多線）示波來(lái)得簡(jiǎn)單，不需要使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)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(kāi)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(hào)電壓作周期性轉(zhuǎn)換。例如，在0～1這段時(shí)間里，電子開(kāi)關(guān)K與信號(hào)通道A接通，這時(shí)在熒光屏上顯示出信號(hào)UA的一段波形；在1～2這段時(shí)間里，電子開(kāi)關(guān)K與信號(hào)通道B接通，這時(shí)在熒光屏上顯現(xiàn)出信號(hào)UB的一段波形；在2～3這段時(shí)間里，熒光屏上再一次顯示出信號(hào)UA的一段波形；在3～4這段時(shí)間里，熒光屏上將再一次顯示出UB的一段波形……。這樣，兩個(gè)信號(hào)在熒光屏上雖然是交替顯示的，但由于人眼的視覺(jué)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(shí)間）現(xiàn)象，就可在熒光屏上同時(shí)看到兩個(gè)被測(cè)信號(hào)波形（圖5-8（b）所示）。

　　圖5-8 雙蹤示波器基本原理

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

　　首先，兩個(gè)被測(cè)信號(hào)頻率與掃描信號(hào)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(diǎn)與單線示波器的原理是相同的，只是現(xiàn)在的被測(cè)信號(hào)是兩個(gè)，而掃描電壓是一個(gè)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要觀察和比較的兩個(gè)信號(hào)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(mǎn)足的。

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

　　電子開(kāi)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(kāi)關(guān)“交替”轉(zhuǎn)換工作方式的波形示意圖。在0～1時(shí)間內(nèi)，電子開(kāi)關(guān)與通道A接通，加在X軸上的掃描信號(hào)開(kāi)始進(jìn)行第一個(gè)正程掃描，此時(shí)熒光屏上將顯現(xiàn)出信號(hào)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(shí)間內(nèi)，電子開(kāi)關(guān)K與通道B接通，X軸上的掃描信號(hào)開(kāi)始進(jìn)行第二個(gè)正程掃描，熒光屏上將顯示出信號(hào)UB的波形；在2～3時(shí)間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號(hào)UA的波形；在3～4時(shí)間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號(hào)UB的波形……。由此可見(jiàn)，被測(cè)信號(hào)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顯然，此時(shí)電子開(kāi)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(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率等于X軸掃描信號(hào)的頻率。

　　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(méi)有間斷點(diǎn)。但由于被測(cè)信號(hào)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(shí)間超過(guò)了人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間和熒光屏的余輝時(shí)間，則人們所看到的熒光屏上的波形就會(huì)有閃爍現(xiàn)象。為了避免這種情況的出現(xiàn)，就要求電子開(kāi)關(guān)有足夠高的轉(zhuǎn)換頻率。這就是說(shuō)當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，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(kāi)關(guān)用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式時(shí)，在X軸掃描的每一個(gè)過(guò)程中，電子開(kāi)關(guān)都以足夠高的轉(zhuǎn)換頻率，分別對(duì)所顯示的每個(gè)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行多次取樣。這樣，即使被測(cè)信號(hào)頻率較低，也可避免出現(xiàn)波形的閃爍現(xiàn)象。同時(shí)，由于在一次掃描的過(guò)程中，光點(diǎn)在兩個(gè)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(duì)波形細(xì)節(jié)的觀察。圖5-10是電于開(kāi)關(guān)采用斷續(xù)轉(zhuǎn)換方式時(shí)的波形示意圖。實(shí)際上，由于開(kāi)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(huì)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(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程。因在轉(zhuǎn)換過(guò)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(shí)際上也是不可見(jiàn)的。

　　在了解上述用電子開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙蹤示波的原理后，就不難聯(lián)想到用環(huán)形計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)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。

　　（2）雙蹤示波器的基本組成

　　圖5-11是雙蹤示波器的原理功能方框圖。由圖可見(jiàn)，它主要是由兩個(gè)通道的Y軸前置放大電路、門(mén)控電路、電子開(kāi)關(guān)、混合電路、延遲電路、Y軸后置放大電路、觸發(fā)電路、掃描電路、X軸放大電路、Z軸放大電路、校準(zhǔn)信號(hào)電路、示波管和高低壓電源供給電路等組成。

　　觀察信號(hào)波形時(shí)，被測(cè)信號(hào)uA，uB通過(guò)YA，YB兩個(gè)輸入端輸入示波器，先分別送到Y(jié)軸前置放大電路YA和YB進(jìn)行放大。因通道YA和通道YB都受電子開(kāi)關(guān)的控制，所以u(píng)A，uB兩信號(hào)輪換著輸送到后面的混合電路，加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上。

　　為了適應(yīng)各種不同的測(cè)試需要，電子開(kāi)關(guān)可有五種不同的工作狀態(tài)，即交替、YA、YB、YA+YB、斷續(xù)等。這5種工作狀態(tài)由顯示方式開(kāi)關(guān)來(lái)控制。

　　當(dāng)顯示方式開(kāi)關(guān)置于交替位置時(shí)，電子開(kāi)關(guān)為一雙穩(wěn)態(tài)電路。它受由掃描電路來(lái)的閘門(mén)信號(hào)控制，使得Y軸兩個(gè)前置通道隨著掃描電路門(mén)信號(hào)的變化而交替地工作。每秒鐘交替轉(zhuǎn)換次數(shù)與由掃描電路產(chǎn)生的掃描信號(hào)的重復(fù)頻率有關(guān)。交替工作狀態(tài)適用于觀察頻率不太低的被測(cè)信號(hào)。

　　當(dāng)顯示方式開(kāi)關(guān)置于YA或YB位置時(shí)，電子開(kāi)關(guān)為一單穩(wěn)態(tài)電路。前置放大電路YA或YB可單獨(dú)工作，此時(shí)，雙蹤示波器可作為普通單線示波器使用。

　　當(dāng)顯示方式開(kāi)關(guān)置于YA+YB位置時(shí)，電子開(kāi)關(guān)處于不工作狀態(tài)。此時(shí)，YA、YB兩通道同時(shí)工作，因而可得到兩信號(hào)相加或兩信號(hào)相減的顯示。然而，兩信號(hào)究竟是相加還是相減，這要通過(guò)YA通道的極性作用開(kāi)關(guān)來(lái)選擇。這個(gè)開(kāi)關(guān)有兩個(gè)位置，在第一個(gè)位置時(shí)，熒光屏上的圖形為兩信號(hào)之和；在第二個(gè)位置（-YA）時(shí)，熒光屏上的圖形為兩信號(hào)之差。

　　為了觀察被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的波形，示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上必須加以線性掃描電壓（鋸齒波電壓）。這個(gè)掃描電壓是由掃描電路產(chǎn)生的。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)加到觸發(fā)電路時(shí)，觸發(fā)了掃描電路，掃描電路就產(chǎn)生相應(yīng)的掃描信號(hào)；當(dāng)不加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，掃描電路就不產(chǎn)生掃描信號(hào)。

　　觸發(fā)有內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)兩種，由觸發(fā)選擇開(kāi)關(guān)來(lái)選擇。當(dāng)該開(kāi)關(guān)置于內(nèi)的位置時(shí)，觸發(fā)信號(hào)來(lái)自經(jīng)Y軸通道送入的被測(cè)信號(hào)。當(dāng)該開(kāi)關(guān)置于外的位置時(shí)，觸發(fā)信號(hào)是由外部送入的。這個(gè)信號(hào)應(yīng)與被測(cè)信號(hào)的頻率成整數(shù)比的關(guān)系。示波器在使用中，多數(shù)采用內(nèi)觸發(fā)工作方式。

　　所謂內(nèi)觸發(fā)也分為兩種情況，并由內(nèi)觸發(fā)選擇開(kāi)關(guān)控制。當(dāng)開(kāi)關(guān)置于常態(tài)的位置時(shí)，觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)來(lái)自YA，YB通道。此時(shí)，兩個(gè)通道即可同時(shí)穩(wěn)定地顯示出各自的被測(cè)信號(hào)。當(dāng)用雙蹤顯示來(lái)作時(shí)間比較分析時(shí)，就應(yīng)該將內(nèi)觸發(fā)選擇開(kāi)關(guān)置于YB的位置。在這個(gè)位置時(shí)，觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)只取自YB通道的輸入信號(hào)。此時(shí)只有當(dāng)uA，uB的頻率成整數(shù)比時(shí)，熒光屏上才能同時(shí)穩(wěn)定地顯示兩個(gè)波形。

　　掃描電路產(chǎn)生的掃描信號(hào)（鋸齒波信號(hào)），通過(guò)X軸選擇開(kāi)關(guān)接到X軸放大電路，經(jīng)放大后送到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板。這就是通常在觀察信號(hào)隨時(shí)間變化的波形時(shí)，開(kāi)關(guān)選掃描檔的情況。除上述情況外，用示波器進(jìn)行其它測(cè)試（比如觀察李沙育圖形）時(shí)，開(kāi)關(guān)置X外接檔，此時(shí)可將X軸輸入端輸入的信號(hào)，加到X軸放大電路進(jìn)行放大，隨后再送至X軸偏轉(zhuǎn)板。

　　Z軸放大電路對(duì)熒光屏上光點(diǎn)輝度起著調(diào)節(jié)的作用，抹去不必要顯示的光點(diǎn)軌跡。當(dāng)掃描電路閘門(mén)信號(hào)來(lái)到Z軸放大電路，Z軸放大電路便輸出正向的增輝脈沖信號(hào)，加至示波管的控制極。這就是說(shuō)，在掃描信號(hào)的過(guò)程中，熒光屏上的光點(diǎn)得以增輝；在電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，電子開(kāi)關(guān)電路將輸出脈沖信號(hào)也加至Z軸放大電路，此時(shí)Z軸放大電路便輸出負(fù)向脈沖信號(hào)，加至示波管的控制極。這樣，在電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，就消去了兩個(gè)通道交替工作時(shí)的過(guò)渡光點(diǎn)，以提高顯示波形的清晰度。

　　校正信號(hào)電路產(chǎn)生一個(gè)一定頻率、一定幅度的矩形信號(hào)（如國(guó)產(chǎn)SR-8型兩蹤示波器的校正信號(hào)是頻率為lkHz、幅度為1V）。它是作校正Y軸放大電路的靈敏度和X軸的掃描速度之用的。

　　高、低壓電源供給電路中的低壓是供給示波器各級(jí)所需的低壓電源的，高壓是供給示波管顯示系統(tǒng)電源的。