实验原理
一、示波管的构造和作用
示波管一般可分为电子枪、偏转板和荧光屏三部分。电子枪由加热电极H、阴极K、栅极G、加速电极Ar、第一阳极A1(聚焦电极)、第二阳极A2(加速、辅助聚焦)组成。偏转板有水平转板(X1X2)和垂直转板(Y1Y2)两对。荧光屏是在示波管玻璃屏内,表面涂敷荧光物质膜层构成。
示波管的工作过程为:
1.阴极K被加热。阴极表面氧化物涂层内的一部分电子获得较高的动能,从表面逸出,形成自由电子发射。并在外电场作用下形成电子束流。
2.阴极发射出来的具有一定初速度的电子,受栅极G和阴极K间形成的电场作用而减速。初速度大的电子可以通过栅极顶端的小孔射向荧光屏;而初速度小的电子则被电场排斥回阴极。
3.用电位器R1调节G相对于K的电压,控制电子枪射出的电子束密度。即辉度调节。
4.从G小孔射出的电子束被电极Ar加速,并在聚焦电极A1和第二阳极A2的作用下会聚成很细的电子束,这种作用称为聚焦作用。
二、示波器显示波形的原理
我们从不同的状态来讨论这一问题:
1.当X、Y偏转板上所加电压为零时,电子束正好打在荧光屏中央;中央出现亮点。
2.当Y偏转板上加上不断变化的电压,X偏转板电压为零时,光点在竖直方向形成一条亮线。
3.若X偏转板上加不断变化的电压,Y偏转板电压为零,则在水平方向上形成一条亮线。
4.如果X、Y偏转板同时加上变化的电压,则电子束将在两电场力的合力作用下发生偏转,光点将在荧光屏平面上不断改变位置。
如果X偏转板加的是正弦电压,Y偏转板加的是锯齿电压,我们将得到一个扫描过程。扫描有三种现象:
1. 如果锯齿波电压的周期与所加正弦波的周期相同,则屏上显示出稳定的正弦波形曲线。
2. 如果锯齿波的周期与所加正弦波的周期稍有不同,屏上看到的波形将不稳定。
3. 如果锯齿波周期是所加正弦电压的整数n倍,则屏上显示出n个完整的正弦曲线。
Y方向输入的信号与示波器内锯齿波是相互独立的,由于一些因素的影响,它们的周期(或频率)可能稍有变化,这时波形就不稳定。为此示波器内有扫描同步装置,其作用是让锯齿波电压的扫描起点自动跟踪被测信号改变。这就是示波器上的"整步"旋钮的作用
三、示波器显示李萨如图
当我们在X和Y偏转板上分别外加正弦信号时,此时屏幕上显示出李萨如图形。如图4所示,沿曲线循环一周时,水平方向往返二次,而竖直方向往返一次,它们的频率比为2:1。如果用公式表示的话可以写成
fx、fy分别代表X轴和Y轴输入的信号频率,而nx和ny则分别代表李萨如图与
假想的水平线和垂直线的切点数。
利用李萨如图比较两个信号之间的相位差。相同斜率曲线之间的相位刚好是2p。