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示波管_百度百科
百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心收藏查看我的收藏0有用+10示波管播报讨论上传视频电子示波器的心脏本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。示波管是电子示波器的心脏。示波管的主要部件有:电子枪,偏转板,后加速级,荧光屏,刻度格子。(注:某些型号的示波管无刻度格)中文名示波管外文名oscilloscope tube组 成电子枪、偏转系统和荧光屏用 途显示和观测电信号波形特 点信号频率范围很宽应 用示波器、雷达目录1工作原理2组成▪荧光屏▪电子枪及聚焦▪偏转系统▪示波管的电源3原理分析4多色示波管工作原理播报编辑电子枪产生了一个聚集很细的电子束,并把它加速到很高的速度。这个电子束以足够的能量撞击荧光屏上的一个小点,并使该点发光。电子束一离开电子枪,就在两副静电偏转板间通过。偏转板上的电压使电子束偏转,一副偏转板的电压使电子束上下运动;另一副偏转板的电压使电子左右运动。而这些运动都是彼此无关的。因此,在水平输入端和垂直输入端加上适当的电压,就可以把电子束定位到荧光屏的任何地方。组成播报编辑荧光屏示波管屏面通常是矩形平面,内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜,撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用,有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。当电子停止轰击后,亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10%所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间短于10μs为极短余辉,10μs—1ms为短余辉,1ms—0.1s为中余辉,0.1s-1s为长余辉,大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管,高频示波器选用短余辉,低频示波器选用长余辉。由于所用磷光材料不同,荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管,以保护人的眼睛。电子枪及聚焦电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极,阴极受热发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属圆筒,套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低,对阴极发射的电子起控制作用,一般只有运动初速度大的少量电子,在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔,奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低,则全部电子返回阴极,即管子截止。调节电路中的W1电位器,可以改变栅极电位,控制射向荧光屏的电子流密度,从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连,所加电位比A1高。G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。电子束从阴极奔向荧光屏的过程中,经过两次聚焦过程。第一次聚焦由K、G1、G2完成,K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域,调节第二阳极A2的电位,能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点,这是第二次聚焦。A1上的电压叫做聚焦电压,A1又被叫做聚焦极。有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦,需微调第二阳极A2的电压,A2又叫做辅助聚焦极。偏转系统偏转系统控制电子射线方向,使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。图8.1中,Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。Y轴偏转板在前,X轴偏转板在后,因此Y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y轴)。两对偏转板分别加上电压,使两对偏转板间各自形成电场,分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。示波管的电源为使示波管正常工作,对电源供给有一定要求。规定第二阳极与偏转板之间电位相近,偏转板的平均电位为零或接近为零。阴极必须工作在负电位上。栅极G1相对阴极为负电位(—30V~—100V),而且可调,以实现辉度调节。第一阳极为正电位(约+100V~+600V),也应可调,用作聚焦调节。第二阳极与前加速极相连,对阴极为正高压(约+1000V),相对于地电位的可调范围为±50V。由于示波管各电极电流很小,可以用公共高压经电阻分压器供电。原理分析播报编辑<1.>YY'作用:被电子枪加速的电子在YY'电场中做匀变速曲线运动,出电场后做匀速直线运动打到荧光屏上,由几何知识 ,可以导出偏移 。若信号电压U=Umax*sinωt,y’=max*sin ωt=ymax*sinωt.y’随信号电压同步调变化,但由于视觉暂留及荧光物质的残光特性看到一条竖直亮线.加扫描电压可使这一竖直亮线转化成正弦图形。<2.>XX’的作用:与上同理,如果只在偏转电极XX’上加电压,亮斑就在水平方向发生偏移,加上扫描电压,一周期内,信号电压也变化一周期,荧光屏将出现一完整的正弦图形.多色示波管播报编辑七十年代中,、八十年代初,在示波管领域物起升了一颗超新星一一多色示波管。直至现在它已有三种类型的结构 [1]。液晶型多色示波管在普通示波管前加一液晶彩色光闸(Shutter)。在一组红-绿偏振光片和线性偏振光片之间嵌置一层尽可能薄的、能尽量扩大视角、并能满足整半波光程差的以及可变光程半波长液晶光学延迟元件。其轴线与偏振光片轴线呈45“倾斜角 [1]。光闸由两块涂有锢锡氧化物作透明导体的玻璃板、作绝缘用的氧化硅薄层以及能导致液晶主轴方向与两表面方向相倾斜的特殊“校正”层所组成。采用可变光程液晶元件的原因是其中心分子流扭矩为O,而没有光学反冲效应,且偏振态转换时间较短(1~2毫秒) [1]。液晶型多色示波管原理可简述为:示波管处于额定工作状态时,荧光粉受激发光,经搜红、绿蓝偏振滤色片正交扭转,又经可变光程延迟元件(Pi元件)按与示波管寻址顺序的场同步的方式旋转橙红、绿蓝信号,再经线性偏振片入人眼把所观察到的交变场信号,汇集成多色信号 [1]。这种示波管的优点是:(l)电子枪结构简单。且不需要偏转灵敏度补偿线路; (2)分辩率高;(3)高环境亮度下对比度高;(4)机械牢固性好;(5)可进行线性扫描和失量扫描。其缺点是:(1)彩色不丰富(多为橙红、蓝绿两色,或再混合为橙黄的三色);(2)经液晶光闸(Shu丰ter)两次偏振滤色后,使屏幕亮度降低。为此,要求更高的、末级电压;(3)要求着屏束电流较大,.从而降低分辩率,势必要求聚焦性能更好的电子枪多;(4)要求液晶Pi元件尽可能薄。其加工_条件要求相当严格,也较困难,否则色度分离较差。这意味着制作大屏幕液晶元件更为困难;(5)其致命弱点是,彩色重复率低(仅60赫),液晶偏振态转换时间为毫秒级。(这就限制了该型示波管的高频应用(只能在低频使用) [1]。穿透式多色示波管此管型自70年代穿透式电子束管出现后开始荫芽,于80年代逐渐趋于成熟的新管型 [1]。它是根据穿透屏原理与具有特殊扫描放大透镜的电子枪相配合而实现示波管功能的。早期的管子屏幕是由”夹心”荧光粉层组成。在两种发不同颜色的荧光粉层之、间,夹一层透明介质层,当较低电压(5kV)能量的电子轰击第一粉层时,发红光。当高压(12kV)高能量的电子激发第一粉层时,由于电子的动量大,能量也大,交给第一粉层的能量较小,其光输出也较小。之后,穿透介质层,主要是激发第二粉层发光 [1]。此种结构管子的优点为:(1)彩色丰富。有红.橙、黄、绿四色; (2)灵敏度高。εx:10~12V/c,εy:2~SV/cm;(3)满屏聚焦好。扫描线宽b<0.45mm/10uA;(4)颜色分离取决于屏幕电压,色纯高;(5)不受外界磁场干扰;(6)管内结构坚固,抗机械振动性能好;(7)由于颜色转换时间为微秒级,故管子工作频宽约高于液晶型一个数量级;(8)亮度高;(9)荧光屏制作工艺较为简便,可作成大屏幕的示波管。该型管的缺点是;(1)由于是通过高压切换,即通过改变屏和阴极间的高压来显示不同颜色,故高压切换性能与管子屏幕对地的电容有关。该电容又与管子尺寸和环境金属物有关。(2)由于屏对地的电容、管子为一容性负载,因而高压切换时,记录、存取、回束之间需要有一个时间分配过程。同时,又因为颜色转换也需一定的时间。因而管子的工作频宽仍然受到限制的 [1];电流灵敏式多色示波管其原理为,利用在屏幕上沉淀的、具有次线性特征的发红光粉与具有超线性特性的发绿光粉的混合粉层,另外具有特殊扫描放大(或一般扫描放大)的受斩波电路控制电流的电子枪两者相结合,可控制非规范亮度 [1]。其优点是:(l)偏转灵敏度高;(2)分辩牢高。且电子枪结构简单;(3)木需靠高压切换来转换颜色。偏转灵敏度无变化,不需灵敏度补偿线路和高压切换电路及调整电路;(4)成本低、功耗小、体积小,(5)可线性扫描和矢量扫描;(6)制屏工艺较简单,且易实现管子大屏幕化;(7)超线性绿粉和次线性红粉要比高压切换粉易作;(8)管子适合于高频应用,开辟了多色示波管高须应用的光辉前景。其缺点是:(1)彩色不丰富石(多为红、绿两色,或红、橙、玻拍绿色。目前色度分离尚差;(2)要求电子束发散角小,枪聚焦特性良好;(3)要求线路中具有斩波电路控制电流,方能实现非规范亮度控制 [1]。新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000【橘老师实验室】示波管原理_哔哩哔哩_bilibili
【橘老师实验室】示波管原理_哔哩哔哩_bilibili 首页番剧直播游戏中心会员购漫画赛事投稿【橘老师实验室】示波管原理
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7
2021-05-19 15:40:22
未经作者授权,禁止转载68156763有一种电子仪器叫示波器,可以用来观察电信号随时间变化的情况。示波器的核心部件是示波管。它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,管内抽成真空。电子枪的作用是产生高速飞行的一束电子。如果在偏转电极之间加上电压,则电子会在电场中受到静电力而发生偏转,电子最终打到荧光屏上显示出来。知识分享官知识科学科普物理实验科普物理高中物理示波管原理电子
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示波器的原理和使用方法 - 知乎切换模式写文章登录/注册示波器的原理和使用方法泰勤科技致力于测试测量领域的综合服务商在数字电路实验中,需要使用若干仪器、仪表观察实验现象和结果。常用的电子测量仪器有万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。万用 表和逻辑笔使用方法比较简单,而逻辑分析仪和存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。示波器是一种使用非常广泛,且使用相对复杂的仪器。本 章从使用的角度介绍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电子示波管的特性,将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像,显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中 的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。1.1、示波管阴极射线管(CRT)简称示波管,是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。正如图1所示,电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内,构成了一个完整的示波管。图1示波管的内部结构和供电图示1.荧光屏现在的示波管屏面通常是矩形平面,内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜,撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用,有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。当电子停止轰击后,亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10%所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间短于10μs为极短余 辉,10μs—1ms为短余辉,1ms—0.1s为中余辉,0.1s-1s为长余辉,大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管,高频示波器选用 短余辉,低频示波器选用长余辉。由于所用磷光材料不同,荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管,以保护人的眼睛。2.电子枪及聚焦电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子并形成很 细的高速电子束。灯丝通电加热阴极,阴极受热发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属园筒,套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低,对阴极发射的电子起控制作 用,一般只有运动初速度大的少量电子,在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔,奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低,则全部电子返回阴 极,即管子截止。调节电路中的W1电位器,可以改变栅极电位,控制射向荧光屏的电子流密度,从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与 阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连,所加电位比A1高。G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。电子束从 阴极奔向荧光屏的过程中,经过两次聚焦过程。第一次聚焦由K、G1、G2完成,K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在G2、 A1、A2区域,调节第二阳极A2的电位,能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点,这是第二次聚焦。A1上的电压叫做聚焦电压,A1又被叫做聚焦极。有时调 节A1电压仍不能满足良好聚焦,需微调第二阳极A2的电压,A2又叫做辅助聚焦极。3.偏转系统偏转系统控制电子射线方向,使荧 光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。图8.1中,Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。Y轴偏转板在前,X轴偏转板 在后,因此Y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y轴)。两对偏转板分别加上电压,使两对偏转板间各自形成电场,分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。4.示波管的电源为使示波管正常工作,对电源供给有一定要求。规定第二阳极与偏转板之间电位相近,偏转板的平均电位为零或接近为零。阴极必须工作在负电位上。栅极G1相对阴 极为负电位(—30V~—100V),而且可调,以实现辉度调节。第一阳极为正电位(约+100V~+600V),也应可调,用作聚焦调节。第二阳极与前 加速极相连,对阴极为正高压(约+1000V),相对于地电位的可调范围为±50V。由于示波管各电极电流很小,可以用公共高压经电阻分压器供电。1.2示波器的基本组成从上一小节可以看出,只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压,就能控制示波管显示的图形形状。我们知道,一个电子信号是时间的函数f(t),它随时间的变 化而变化。因此,只要在示波管的X轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压,在y轴加上被测信号(经过比例放大或者缩小),示波管屏幕上就会显示出被测信 号随时间变化的图形。电信号中,在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。示波器的基本组成框图如图2所示。它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成。图2示波器基本组成框图被测信号①接到“Y"输入端,经Y轴衰减器适当衰减后送至Y1放大器(前置放大),推挽输出信号②和③。经延迟级延迟Г1时间,到Y2放大器。放大后产生足 够大的信号④和⑤,加到示波管的Y轴偏转板上。为了在屏幕上显示出完整的稳定波形,将Y轴的被测信号③引入X轴系统的触发电路,在引入信号的正(或者负) 极性的某一电平值产生触发脉冲⑥,启动锯齿波扫描电路(时基发生器),产生扫描电压⑦。由于从触发到启动扫描有一时间延迟Г2,为保证Y轴信号到达荧光屏 之前X轴开始扫描,Y轴的延迟时间Г1应稍大于X轴的延迟时间Г2。扫描电压⑦经X轴放大器放大,产生推挽输出⑨和⑩,加到示波管的X轴偏转板上。z轴系 统用于放大扫描电压正程,并且变成正向矩形波,送到示波管栅极。这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度,而在扫描回程进行抹迹。以上是示波器的基本工作原理。双踪显示则是利用电子开关将Y轴输入的两个不同的被测信号分别显示在荧光屏上。由于人眼的视觉暂留作用,当转换频率高到一定程度后,看到的是两个稳定的、清晰的信号波形。示波器中往往有一个精确稳定的方波信号发生器,供校验示波器用。2、示波器使用本节介绍示波器的使用方法。示波器种类、型号很多,功能也不同。数字电路实验中使用较多的是20MHz或者40MHz的双踪示波器。这些示波器用法大同小异。本节不针对某一型号的示波器,只是从概念上介绍示波器在数字电路实验中的常用功能。2.1荧光屏荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线,指示出信号波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间,垂直方向指示电压。水平方向 分为10格,垂直方向分为8格,每格又分为5份。垂直方向标有0%,10%,90%,100%等标志,水平方向标有10%,90%标志,供测直流电平、交 流信号幅度、延迟时间等参数使用。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V/DIV,TIME/DIV)能得出电压值与时间值。2.2示波管和电源系统1.电源(Power)示波器主电源开关。当此开关按下时,电源指示灯亮,表示电源接通。2.辉度(Intensity)旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些,高频信号时大些。一般不应太亮,以保护荧光屏。3.聚焦(Focus)聚焦旋钮调节电子束截面大小,将扫描线聚焦成最清晰状态。4.标尺亮度(Illuminance)此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下,照明灯暗一些好。室内光线不足的环境中,可适当调亮照明灯。2.3垂直偏转因数和水平偏转因数1.垂直偏转因数选择(VOLTS/DIV)和微调在 单位输入信号作用下,光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度,这一定义对X轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为 cm/V,cm/mV或者DIV/mV,DIV/V,垂直偏转因数的单位是V/cm,mV/cm或者V/DIV,mV/DIV。实际上因习惯用法和测量电 压读数的方便,有时也把偏转因数当灵敏度。踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按1,2,5方式从5mV/DIV到5V/DIV分为10档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于1V/DIV档时,如果屏幕上信号光点移动一格,则代表输入信号电压变化1V。每个波段开关上往往还有一个小旋钮,微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底,处于“校准”位置,此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时 针旋转此旋钮,能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后,会造成与波段开关的指示值不一致,这点应引起注意。许多示波器具有垂直扩展功能,当微调旋钮被 拉出时,垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。例如,如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV,采用×5扩展状态时,垂直偏转因数是 0.2V/DIV。在做数字电路实验时,在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V信号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的电压值。2.时基选择(TIME/DIV)和微调时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。时基选择也通过一个波段开关实现,按1、2、5方式把时基分为若干档。波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。例如在1μS/DIV档,光点在屏上移动一格代表时间值1μS。“微调”旋钮用于时基校准和微调。沿顺时针方向旋到底处于校准位置时,屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致。逆时针旋转旋钮,则对时基微调。旋钮拔 出后处于扫描扩展状态。通常为×10扩展,即水平灵敏度扩大10倍,时基缩小到1/10。例如在2μS/DIV档,扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的 时间值等于2μS×(1/10)=0.2μSTDS实验台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的时钟信号,由石英晶体振荡器和分频器产生,准确度很高,可用来校准示波器的时基。示波器的标准信号源CAL,专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。例如COS5041型示波器标准信号源提供一个VP-P=2V,f=1kHz的方波信号。示波器前面板上的位移(Position)旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。旋转水平位移旋钮(标有水平双向箭头)左右移动信号波形,旋转垂直位移旋钮(标有垂直双向箭头)上下移动信号波形。2.4输入通道和输入耦合选择1.输入通道选择输入通道至少有三种选择方式:通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)。选择通道1时,示波器仅显示通道1的信号。选择通道2时,示波器仅 显示通道2的信号。选择双通道时,示波器同时显示通道1信号和通道2信号。测试信号时,首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起。根据输入通道的选 择,将示波器探头插到相应通道插座上,示波器探头上的地与被测电路的地连接在一起,示波器探头接触被测点。示波器探头上有一双位开关。此开关拨到“×1” 位置时,被测信号无衰减送到示波器,从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值。此开关拨到“×10"位置时,被测信号衰减为1/10,然后送往示波器, 从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值。2.输入耦合方式输入耦合方式有三种选择:交流(AC)、地(GND)、 直流(DC)。当选择“地”时,扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号。交流耦合用于观测交流和含 有直流成分的交流信号。在数字电路实验中,一般选择“直流”方式,以便观测信号的绝对电压值。2.5触发第一节指出,被测信号从 Y轴输入后,一部分送到示波管的Y轴偏转板上,驱动光点在荧光屏上按比例沿垂直方向移动;另一部分分流到x轴偏转系统产生触发脉冲,触发扫描发生器,产生 重复的锯齿波电压加到示波管的X偏转板上,使光点沿水平方向移动,两者合一,光点在荧光屏上描绘出的图形就是被测信号图形。由此可知,正确的触发方式直接 影响到示波器的有效操作。为了在荧光屏上得到稳定的、清晰的信号波形,掌握基本的触发功能及其操作方法是十分重要的。1.触发源(Source)选择要使屏幕上显示稳定的波形,则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号加到触发电路。触发源选择确定触发信号由何处供给。通常有三种触发源:内触发(INT)、电源触发(LINE)、外触发EXT)。内触发使用被测信号作为触发信号,是经常使用的一种触发方式。由于触发信号本身是被测信号的一部分,在屏幕上可以显示出非常稳定的波形。双踪示波器中通道1或者通道2都可以选作触发信号。电源触发使用交流电源频率信号作为触发信号。这种方法在测量与交流电源频率有关的信号时是有效的。特别在测量音频电路、闸流管的低电平交流噪音时更为有效。外触发使用外加信号作为触发信号,外加信号从外触发输入端输入。外触发信号与被测信号间应具有周期性的关系。由于被测信号没有用作触发信号,所以何时开始扫描与被测信号无关。正确选择触发信号对波形显示的稳定、清晰有很大关系。例如在数字电路的测量中,对一个简单的周期信号而言,选择内触发可能好一些,而对于一个具有复杂周期的信号,且存在一个与它有周期关系的信号时,选用外触发可能更好。2.触发耦合(Coupling)方式选择触发信号到触发电路的耦合方式有多种,目的是为了触发信号的稳定、可靠。这里介绍常用的几种。AC耦合又称电容耦合。它只允许用触发信号的交流分量触发,触发信号的直流分量被隔断。通常在不考虑DC分量时使用这种耦合方式,以形成稳定触发。但是如果触发信号的频率小于10Hz,会造成触发困难。直流耦合(DC)不隔断触发信号的直流分量。当触发信号的频率较低或者触发信号的占空比很大时,使用直流耦合较好。低 频抑制(LFR)触发时触发信号经过高通滤波器加到触发电路,触发信号的低频成分被抑制;高频抑制(HFR)触发时,触发信号通过低通滤波器加到触发电 路,触发信号的高频成分被抑制。此外还有用于电视维修的电视同步(TV)触发。这些触发耦合方式各有自己的适用范围,需在使用中去体会。3.触发电平(Level)和触发极性(Slope)触发电平调节又叫同步调节,它使得扫描与被测信号同步。电平调节旋钮调节触发信号的触发电平。一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时,扫描即被触发。顺时 针旋转旋钮,触发电平上升;逆时针旋转旋钮,触发电平下降。当电平旋钮调到电平锁定位置时,触发电平自动保持在触发信号的幅度之内,不需要电平调节就能产 生一个稳定的触发。当信号波形复杂,用电平旋钮不能稳定触发时,用释抑(HoldOff)旋钮调节波形的释抑时间(扫描暂停时间),能使扫描与波形稳定同 步。极性开关用来选择触发信号的极性。拨在“+”位置上时,在信号增加的方向上,当触发信号超过触发电平时就产生触发。拨在“-”位置上时,在信号减少的方向上,当触发信号超过触发电平时就产生触发。触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。2.6扫描方式(SweepMode)扫描有自动(Auto)、常态(Norm)和单次(Single)三种扫描方式。自动:当无触发信号输入,或者触发信号频率低于50Hz时,扫描为自激方式。常态:当无触发信号输入时,扫描处于准备状态,没有扫描线。触发信号到来后,触发扫描。单次:单次按钮类似复位开关。单次扫描方式下,按单次按钮时扫描电路复位,此时准备好(Ready)灯亮。触发信号到来后产生一次扫描。单次扫描结束后,准备灯灭。单次扫描用于观测非周期信号或者单次瞬变信号,往往需要对波形拍照。上面扼要介绍了示波器的基本功能及操作。示波器还有一些更复杂的功能,如延迟扫描、触发延迟、X-Y工作方式等,这里就不介绍了。示波器入门操作是容易的, 真正熟练则要在应用中掌握。值得指出的是,示波器虽然功能较多,但许多情况下用其他仪器、仪表更好。例如,在数字电路实验中,判断一个脉宽较窄的单脉冲是 否发生时,用逻辑笔就简单的多;测量单脉冲脉宽时,用逻辑分析仪更好一些。数字示波器使用必须注意问题前言数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点,其使用日益普及。由于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异,如果使用不当,会产生较大的测量误差,从而影响测试任务。区分模拟带宽和数字实时带宽带宽是最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值,而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随 机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽,数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关(数字实时带宽=最高数字化速率/K),一 般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出,模拟带宽只适合重复周期信号的测量,而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声 称示波器的带宽能达到多少兆,实际上指的是模拟带宽,数字实时带宽是要低于这个值的。例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz,实际上是指 其模拟带宽为500MHz,而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。所以在测量单次信号时,一定要参考数字示波器的数字实时带宽,否则会 给测量带来意想不到的误差。有关采样速率采样速率也称为数字化速率,是指单位时间内,对模拟输入信号的采样次数,常以MS/s表示。采样速率是数字示波器的一项重要指标。1.如果采样速率不够,容易出现混迭现象如果示波器的输人信号为一个100KHz的正弦信号,示波器显示的信号频率却是50KHz,这是怎么回事呢?这是因为示波器的采样速率太慢,产生了混迭现 象。混迭就是屏幕上显示的波形频率低于信号的实际频率,或者即使示波器上的触发指示灯已经亮了,而显示的波形仍不稳定。混迭的产生如图1所示。那么,对于 一个未知频率的波形,如何判断所显示的波形是否已经产生混迭呢?可以通过慢慢改变扫速t/div到较快的时基档,看波形的频率参数是否急剧改变,如果是, 说明波形混迭已经发生;或者晃动的波形在某个较快的时基档稳定下来,也说明波形混迭已经发生。根据奈奎斯特定理,采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不 会发生混迭,如一个500MHz的信号,至少需要1GS/s的采样速率。有如下几种方法可以简单地防止混迭发生:·调整扫速;·采用自动设置(Autoset);·试着将收集方式切换到包络方式或峰值检测方式,因为包络方式是在多个收集记录中寻找极值,而峰值检测方式则是在单个收集记录中寻找最大最小值,这两种方法都能检测到较快的信号变化。·如果示波器有InstaVu采集方式,可以选用,因为这种方式采集波形速度快,用这种方法显示的波形类似于用模拟示波器显示的波形。2.采样速率与t/div的关系每台数字示波器的最大采样速率是一个定值。但是,在任意一个扫描时间t/div,采样速率fs由下式给出:fs=N/(t/div)N为每格采样点当采样点数N为一定值时,fs与t/div成反比,扫速越大,采样速率越低。下面是TDS520B的一组扫速与采样速率的数据:表1扫速与采样速率t/div(ns)1252550100200fs(GS/s)502510210.50.25综上所述,使用数字示波器时,为了避免混迭,扫速档最好置于扫速较快的位置。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺,扫速档则最好置于主扫速较慢的位置。数字示波器的上升时间在模拟示波器中,上升时间是的一项极其重要的指标。而在数字示波器中,上升时间甚至都不作为指标明确给出。由于数字示波器测量方法的原因,以致于自动 测量出的上升时间不仅与采样点的位置相关,如图2中a表示上升沿恰好落在两采样点中间,这时上升时间为数字化间隔的0.8倍。图2中的b的上升沿的中部有 一采样点,则同样的波形,上升时间为数字化间隔的1.6倍。另外,上升时间还与扫速有关,下面是TDS520B测量同一波形时的一组扫速与上升时间的数 据:表2扫速与上升时间t/div(ms)502010521tr(μs)800320160803216由上面这组数据可以看 出,虽然波形的上升时间是一个定值,而用数字示波器测量出来的结果却因为扫速不同而相差甚远。模拟示波器的上升时间与扫速无关,而数字示波器的上升时间不 仅与扫速有关,还与采样点的位置有关,使用数字示波器时,我们不能象用模拟示波器那样,根据测出的时间来反推出信号的上升时间。广东泰测电子有限公司(简称:广东泰测)成立于2021年,是深圳市泰勤科技有限公司的子公司,公司立身于测试测量仪器行、工业与制造行业,与多家国内外业界著名仪器厂商有着长远而稳固的战略合作关系,公司成立至今,紧跟世界工业与制造业发展趋势,为广大的客户提供了多元化的服务,产品用于研发、生产、测试、检测、高校实验室等,涉及领域有: 5G、人工智能、新基建、智能制造、智慧城市、光伏、新能源、电源、电池、半导体、储能等引领未来科技的新行业,在多个领域提供了具有竞争力的综合性测试服务和解决方案,满足客户各类需求。主营:数字示波器、探头、交直流电源、交直流电子负载、万用表、数据采集器、功率分析仪、信号发生器、热像仪、示波记录仪、安规测试仪等产品代理品牌:RIGOL普源精电,ITECH艾德克斯,CYBERTK知用电子,EEC华仪,FLUKE福禄克,KHC北京科环,Tektronix泰克,KEITHLEY吉时利,KEYSIGHT是德科技,HIOKL日置等品牌厂家编辑于 2022-04-15 14:28数字系统设计数字信号示波器赞同 13添加评论分享喜欢收藏申请
高中物理教案|借助虚拟现实技术直观讲解《示波管的原理》 - 知乎
高中物理教案|借助虚拟现实技术直观讲解《示波管的原理》 - 知乎首发于【教学设计】专栏切换模式写文章登录/注册高中物理教案|借助虚拟现实技术直观讲解《示波管的原理》矩道科技已认证账号《示波管的原理》,节选自高中必修三《带电粒子在电场中的运动》的第二课时。本课借助虚拟现实技术,将示波管内部的原理构造转换成可交互的3D模型,直观动态的呈现深奥、抽象的物理原理,让大家在自主探究中完成知识的探索。一、教学目标1. 认识示波管的结构,知道示波管的基本原理。2. 理解带电粒子在匀强电场中的运动规律,分析解决加速偏转方面的问题。3. 分析示波管得到正弦图像的条件。二、重难点1.教学重点:带电粒子在电场中的偏转规律。2.教学难点:综合运用电学和力学知识处理偏转问题。三、教学过程1、新课导入上一节我们已经讲过了电场对带电粒子的加速和偏转的作用。它的一个实际应用就是示波器,示波器的核心部件叫示波管,能够用来观察电信号随时间的波形,这种波形是如何产生的呢?今天的这节课我们就一起来探究示波管的工作原理。2、示波管的结构介绍示波器的组成,重点介绍核心部件——示波管。通过介绍电子枪、加速电极、相互垂直的偏转电极和荧光屏,让学生初步形成对示波管结构的认识。【VR观察环节】教师借助播控系统统一下发课件,让学生戴上VR设备进行沉浸式观察示波管的结构。3、示波管的工作原理【VR探究环节】让学生在VR下操作体验带电粒子在加速电压及偏转电压下的加速和偏转过程,并探究以下问题:(1)闭合电源开关,只调节加速电压大小,你观察到什么?为什么?(2)两偏转电极均不施加电压,电子打在何处?(3)在YY’电极上施加电压,电子打在何处?分析电子的受力,电子在电场中作何种运动?增大电压后电子打在何处?(4)同时在两偏转电极上施加电压,电子打在何处?【过程分析】电子在示波管中的三段运动示意图:加速电场:电子在加速电场中做匀加速直线运动。偏转电场:电子在偏转电场中做类平抛运动。电子在平行于电场方向的偏转距离y:电子射出偏转电场时速度与水平方向的夹角φ:荧光屏:电子射出偏转电场后做匀速直线运动。电子打在荧光屏上的位置距中心点的距离y’:4、各种图像的形成01.分析电子随电压变化时的位置变化在学生了解了示波管的基本工作原理后,向学生提问:(1)如果在YY’或XX’偏转电极上施加正弦交变电压,能在荧光屏上能看到什么?(2)如果一组偏转电极上施加正弦交变电压,另一组将电压调至某一定值,荧光屏上的图像如何变化?学生先自己猜想,然后在VR下操作验证是否正确,最后分析原因。【VR探究环节】在YY’偏转电极上施加正弦交变电压:在XX’偏转电极上施加一定的电压值:【分析】荧光屏上的亮斑会随着电子的移动在竖直方向或水平方向做简谐运动。由于电压变化快,亮斑移动速度快,加上人眼视觉暂留的影响,看起来就形成了一条竖直亮线或水平亮线。02.正弦图像的形成教师:如果在YY’偏转电极上施加正弦电压,在XX’偏转电极上施加同周期的扫描电压,能在荧光屏上得到什么图像?如果改变正弦电压初始相位(正弦电压的初始值),图像发生什么变化?为什么?【VR探究环节】在YY’偏转电极上施加正弦电压,在XX’偏转电极上施加同周期的扫描电压,能在荧光屏上得到在一个周期内随时间变化的稳定图像:改变正弦电压初始相位后得到的波形:【分析】在一个周期内,Ux∝t,说明电子在水平方向做匀速运动;而Uy是正弦变化,说明电子在竖直方向做简谐运动。水平方向和竖直方向的运动合成,形成如上图所示的正弦波。改变正弦电压的相位后,荧光屏上的图像也发生相应的变化。03.【拓展】圆或椭圆图像的形成教师:如果将XX’偏转电极上的扫描电压更改为正弦电压,能在荧光屏上得到什么图像?如果改变正弦电压的初始相位,图像会发生什么变化?为什么?【VR探究环节】将XX’偏转电极上的扫描电压更改为正弦电压后得到的图像:改变正弦电压的初始相位后得到的图像:【分析】从数学角度看,圆的方程为:可改写为:因此,如果在x方向输入正弦电压,y方向输入余弦电压,则电子在荧光屏上的轨迹是一个圆。如果改变电压的初始值,轨迹则为椭圆。04.【拓展】不同周期的电压教师:如果在两偏转电极上施加不同周期的电压,将会得到什么样的图像?这个问题留待课后供学生探讨。四、点评通过VR自主探究的教学方式,既降低了老师的讲解难度,又促进了学生的理解吸收;同时,突出了将学生作为主体、以学生为本的教育理念,符合新课标中“引导学生自主学习、积极参与、乐于探究、促进学生核心素养发展”的基本理念。发布于 2023-10-07 17:30・IP 属地上海虚拟现实(VR)VR虚拟课堂物理教案赞同1 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录【教学设计
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简述示波管的结构组成及各部分的作用
示波管是一种电子元件,常用于电子测量、通讯和显示等领域。它的主要作用是将输入的电信号转换为可视化的图像,以便于人们观察和分析。下面我们来详细了解一下示波管的结构组成及各部分的作用。
一、示波管的结构组成
1. 真空管:示波管内部需要保持真空状态,因此采用了真空管结构。
2. 电子枪:电子枪是示波管中最重要的部分之一,它由阴极、网格和阳极组成。阴极通过加热发射出电子,网格控制电子流的方向和数量,阳极接收并放大电子信号。
3. 驱动线圈:驱动线圈是控制电子束在屏幕上移动的部件。它通过改变磁场强度和方向来控制电子束在屏幕上绘制出不同形状的图案。
4. 屏幕:屏幕是示波管显示信号的地方,通常采用荧光屏或者荧光粉涂覆在玻璃表面上。
5. 真空封装:为了保证真空度和稳定性,示波管需要进行真空封装。通常采用玻璃或者金属壳体进行封装。
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