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兩種示波器示波原理分析法的比較-真空度測(cè)試儀

瀏覽次數(shù):3404發(fā)布日期:2011-07-29

兩種示波器示波原理分析法的比較

摘要:通過對(duì)兩種示波器示波原理分析的比較,在分別指出其不足之處的基礎(chǔ)上,總結(jié)出一種分析任意波形形成原理的方法,并舉實(shí)例證明該方法的可行性。
關(guān)鍵詞:示波器;示波原理;電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律;任意波形

0 引言
    示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見的電信號(hào)變換成看得見的圖形,便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。利用示波器能觀察(ZKY-2000真空度測(cè)試儀)各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線,還可以用它測(cè)試各種不同的電量,如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。更廣義地說,示波器是一種能夠反映任何兩個(gè)參數(shù)相互關(guān)聯(lián)的X-Y坐標(biāo)圖形的顯示儀器。示波器不僅應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室,更成為信息時(shí)代*的輔助工具(ZKY-2000真空度測(cè)試儀),利用示波器對(duì)電子產(chǎn)品的電路進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè)和分析,可以大大提高檢修效率。理解并掌握示波器的示波原理是解決這些問題的前提,但大多數(shù)同學(xué)對(duì)此難以理解。文獻(xiàn)利用沙漏的單擺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)對(duì)示波器示波原理進(jìn)行類比簡(jiǎn)化,解決了正弦波電壓的顯示原理問題(ZKY-2000真空度測(cè)試儀);文獻(xiàn)論述了示波管熒光屏上的顯示波形與電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律、波形周期與掃描電壓周期的關(guān)系,但這兩種方法都存在不足,需加以改進(jìn)。

1 示波管的結(jié)構(gòu)
    示波管是示波器的核心部件,其由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成(如圖1所示)。電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束;(ZKY-2000真空度測(cè)試儀)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由水平(x)方向和垂直(y)方向兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板組成,它的作用是決定電子束怎樣偏轉(zhuǎn);熒光屏的作用則是顯示偏轉(zhuǎn)電信號(hào)的波形??梢杂靡粋€(gè)形象的比喻來說明示波管的示波原理,即將電子槍比作畫圖的筆,筆尖就是高速電子束,將電子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)比作握筆的手,將熒光屏比作畫圖的紙,那么將示波原理可比作用手握著筆在紙上作畫。

 



2 兩種示波原理分析法的比較
    文獻(xiàn)利用沙漏的單擺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)對(duì)示波器的示波原理進(jìn)行類比簡(jiǎn)化,當(dāng)示波管熒光屏上顯示正弦波形時(shí),電子束轟擊熒光屏上的熒光粉而形成正弦波;(ZKY-2000真空度測(cè)試儀)沙漏在模擬單擺運(yùn)動(dòng)時(shí),在硬紙板上也能描繪出正弦曲線。這兩種情況無論在波形還是原理上,都是相通的。這種分析法對(duì)于分析用示波器顯示正弦波原理時(shí)有效,并且易于讓學(xué)生理解,但對(duì)于分析顯示非正弦波形時(shí)無效,而實(shí)際上用示波器顯示的不僅是正弦波,故還需要有其他的分析方法。
    文獻(xiàn)論述了示波管熒光屏上的顯示波形與電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律、波形周期與掃描電壓周期的關(guān)系,應(yīng)用物理上力與運(yùn)動(dòng)的知識(shí)來分析示波原理。這種方法雖然較難理解,但它能分析所有波形的示波原理。但是,文獻(xiàn)中沒有指出該種方法的關(guān)鍵之處,(ZKY-2000真空度測(cè)試儀)即電子的數(shù)目很多,不同的時(shí)刻所研究的電子(實(shí)際上是電子束)是不同的;再就是電子的速度很快,穿過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的時(shí)間很短,每個(gè)電子穿過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的瞬間可將偏轉(zhuǎn)電壓看作恒定。只有指出這兩點(diǎn),當(dāng)選用電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律來分析顯示波形時(shí),學(xué)生才不會(huì)只對(duì)某一個(gè)電子分析其運(yùn)動(dòng)軌跡。這樣,更易于理解電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律:電子束中電子偏離軸的距離
    
    其中KE是一個(gè)與偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的幾何尺寸有關(guān)的常數(shù),U偏轉(zhuǎn)板兩端的電壓,UA為電子槍中加速極的加速電壓。因此,UA一定時(shí),偏轉(zhuǎn)電壓越大,(ZKY-2000真空度測(cè)試儀)電子的偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)電壓成正比;也更易于理解由電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律得出的示波管示波原理。

3 任意波形形成原理的分析法
    示波管中的電子有著三維運(yùn)動(dòng),即由水平偏轉(zhuǎn)板上的電壓而引起的水平方向上的運(yùn)動(dòng)(x方向),由垂直偏轉(zhuǎn)板上的電壓而引起的垂直方向上的運(yùn)動(dòng)(y方向),垂直于熒光屏的運(yùn)動(dòng)(z方向)。事實(shí)上,打在熒光屏上的電子是由三個(gè)分運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果。由于分析(ZKY-2000真空度測(cè)試儀)的是熒光屏上圖形,即平面上的圖形,則沿著z方向的運(yùn)動(dòng)可不分析。又由于不同的時(shí)刻所研究的電子是不同的,并且每個(gè)電子穿過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的瞬間可將偏轉(zhuǎn)電壓看作恒定,再由公式(1),可得到任意波形形成原理的分析法如下:
    (1)調(diào)節(jié)示波器旋鈕,使y偏轉(zhuǎn)板及x偏轉(zhuǎn)板上的電壓均為零時(shí),光點(diǎn)在熒光屏中心位置;
    (2)依據(jù)y偏轉(zhuǎn)板上的電壓波形特點(diǎn),將y偏轉(zhuǎn)板及x偏轉(zhuǎn)板的(ZKY-2000真空度測(cè)試儀)電壓波形按時(shí)間取多個(gè)特殊點(diǎn);
    (3)確定在某時(shí)刻y偏轉(zhuǎn)板及x偏轉(zhuǎn)板上的電壓;
    (4)由公式(UA為定值)確定y方向及x方向的偏轉(zhuǎn)距離,并合成得到此刻光點(diǎn)在熒光屏上的位置;
    (5)按同樣的方法確定各個(gè)特殊點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻光點(diǎn)在熒光屏的位置;
    (6)用描點(diǎn)(光點(diǎn))法把波形畫出。

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