在數(shù)字電路實驗中，需要使用若干儀器,、儀表觀察實驗現(xiàn)象和結(jié)果,。常用的電子測量儀器有萬用表、邏輯筆,、普通示波器,、存儲示波器、邏輯分析儀等,。萬用表和邏輯筆使用方法比較簡單,，而邏輯分析儀和存儲示波器目前在數(shù)字電路教學實驗中應(yīng)用還不十分普遍。示波器是一種使用非常廣泛,，且使用相對復(fù)雜的儀器,。本章從使用的角度介紹一下示波器的原理和使用方法,。
    1 示波器工作原理
 

    示波器是利用電子示波管的特性,，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器,。它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象,、分析實驗中的問題、測量實驗結(jié)果必不可少的重要儀器,。示波器由示波管和電源系統(tǒng),、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),、延遲掃描系統(tǒng)、標準信號源組成,。
 

    1．1 示波管
    陰極射線管(CRT)簡稱示波管,，是示波器的核心。它將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。正如圖1所示,，電子槍,、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內(nèi)，構(gòu)成了一個完整的示波管,。

                                圖1 示波管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和供電圖示
 

    1．熒光屏
    現(xiàn)在的示波管屏面通常是矩形平面,，內(nèi)表面沉積一層磷光材料構(gòu)成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜,。高速電子穿過鋁膜,，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點。鋁膜具有內(nèi)反射作用,，有利于提高亮點的輝度,。鋁膜還有散熱等其他作用。
    當電子停止轟擊后,，亮點不能立即消失而要保留一段時間,。亮點輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過的時間叫做“余輝時間”。余輝時間短于10μs為極短余輝,，10μs—1ms為短余輝,，1ms—0．1s為中余輝，0．1s-1s為長余輝,，大于1s為極長余輝,。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝,，低頻示波器選用長余輝,。
    由于所用磷光材料不同，熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光,。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管,，以保護人的眼睛。
 

    2．電子槍及聚焦
    電子槍由燈絲(F),、陰極(K),、柵極(G1)、前加速極(G2)(或稱第二柵極),、第一陽極(A1)和第二陽極(A2)組成,。它的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束。燈絲通電加熱陰極,，陰極受熱發(fā)射電子,。柵極是一個頂部有小孔的金屬園筒，套在陰極外面,。由于柵極電位比陰極低,，對陰極發(fā)射的電子起控制作用,，一般只有運動初速度大的少量電子，在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔,，奔向熒光屏,。初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過低,，則全部電子返回陰極,，即管子截止。調(diào)節(jié)電路中的W1電位器,，可以改變柵極電位,，控制射向熒光屏的電子流密度，從而達到調(diào)節(jié)亮點的輝度,。第一陽極,、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒。前加速極G2與A2相連,，所加電位比A1高,。G2的正電位對陰極電子奔向熒光屏起加速作用。
    電子束從陰極奔向熒光屏的過程中,，經(jīng)過兩次聚焦過程,。第一次聚焦由K、G1,、G2完成,，K、K,、G1,、G2叫做示波管的第一電子透鏡。第二次聚焦發(fā)生在G2,、A1,、A2區(qū)域，調(diào)節(jié)第二陽極A2的電位,，能使電子束正好會聚于熒光屏上的一點,，這是第二次聚焦,。A1上的電壓叫做聚焦電壓,，A1又被叫做聚焦極。有時調(diào)節(jié)A1電壓仍不能滿足良好聚焦,，需微調(diào)第二陽極A2的電壓,，A2又叫做輔助聚焦極。
 

    3．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
    偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子射線方向,，使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形,。圖8．1中,，Y1、Y2和Xl,、X2兩對互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),。Y軸偏轉(zhuǎn)板在前，X軸偏轉(zhuǎn)板在后,，因此Y軸靈敏度高(被測信號經(jīng)處理后加到Y(jié)軸),。兩對偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓，使兩對偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場,，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn),。
 

    4．示波管的電源
    為使示波管正常工作，對電源供給有一定要求,。規(guī)定第二陽極與偏轉(zhuǎn)板之間電位相近,，偏轉(zhuǎn)板的平均電位為零或接近為零。陰極必須工作在負電位上,。柵極G1相對陰極為負電位(—30V~—100V),，而且可調(diào)，以實現(xiàn)輝度調(diào)節(jié),。第一陽極為正電位(約+100V~+600V),，也應(yīng)可調(diào)，用作聚焦調(diào)節(jié),。第二陽極與前加速極相連,，對陰極為正高壓(約+1000V)，相對于地電位的可調(diào)范圍為±50V,。由于示波管各電極電流很小,，可以用公共高壓經(jīng)電阻分壓器供電。
 

    1.2 示波器的基本組成 
    從上一小節(jié)可以看出,，只要控制X軸偏轉(zhuǎn)板和Y軸偏轉(zhuǎn)板上的電壓,，就能控制示波管顯示的圖形形狀。我們知道,，一個電子信號是時間的函數(shù)f(t),，它隨時間的變化而變化。因此,，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個與時間變量成正比的電壓,，在y軸加上被測信號(經(jīng)過比例放大或者縮小)，示波管屏幕上就會顯示出被測信號隨時間變化的圖形,。電信號中,，在一段時間內(nèi)與時間變量成正比的信號是鋸齒波。
    示波器的基本組成框圖如圖2所示,。它由示波管,、Y軸系統(tǒng),、X軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)和電源等五部分組成,。 

圖2 示波器基本組成框圖

    被測信號①接到“Y"輸入端,，經(jīng)Y軸衰減器適當衰減后送至Y1放大器(前置放大)，推挽輸出信號②和③,。經(jīng)延遲級延遲Г1時間,，到Y(jié)2放大器。放大后產(chǎn)生足夠大的信號④和⑤,，加到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上,。為了在屏幕上顯示出完整的穩(wěn)定波形，將Y軸的被測信號③引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路,，在引入信號的正(或者負)極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥,，啟動鋸齒波掃描電路(時基發(fā)生器)，產(chǎn)生掃描電壓⑦,。由于從觸發(fā)到啟動掃描有一時間延遲Г2,，為保證Y軸信號到達熒光屏之前X軸開始掃描，Y軸的延遲時間Г1應(yīng)稍大于X軸的延遲時間Г2,。掃描電壓⑦經(jīng)X軸放大器放大,，產(chǎn)生推挽輸出⑨和⑩，加到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上,。z軸系統(tǒng)用于放大掃描電壓正程,，并且變成正向矩形波，送到示波管柵極,。這使得在掃描正程顯示的波形有某一固定輝度,，而在掃描回程進行抹跡。
    以上是示波器的基本工作原理,。雙蹤顯示則是利用電子開關(guān)將Y軸輸入的兩個不同的被測信號分別顯示在熒光屏上,。由于人眼的視覺暫留作用，當轉(zhuǎn)換頻率高到一定程度后,，看到的是兩個穩(wěn)定的,、清晰的信號波形。
    示波器中往往有一個精確穩(wěn)定的方波信號發(fā)生器,，供校驗示波器用,。