示波器是一种用途广泛的电学仪器,其基本用途有:显示电压随时间的变化规律、测量电压等。
示波器的核心部件是示波管,其原理图如图,它主要由电子枪、偏转电极(XX′及YY′)和荧光屏组成,管内抽成真空。
示波管示意图示波管结构图示波器图示波器显示的波形粒子的运动实际是一个三维运动,xyz三个方向相互独立,互不影响.把握以下三点:①XX′方向和YY′相互独立,互不影响,两方向单独计算.②沿着示波管轴线方向(初速度方向),粒子做匀速直线运动.③粒子经过偏转电极,由于沿轴线速度较大,板长较短,时间较短,认为经过极板这小段时间内电场没有变化,即保持进入极板时的电场.坐标的计算计算原理图根据类平抛运动规律,速度反向延长交于初速度方向位移的中点.设XX′两板长度为lₓ,间距为dₓ;YY′两板长度为lᵧ,间距为dᵧ,则打在荧光屏的坐标(x′,y′)由偏转电压决定.打到荧光屏上的坐标(x′,y′)x′=kₓUₓ,y′=kᵧUᵧ(kₓ、kᵧ为两极板的常数)(1)仅在XX′之间或YY′之间加电压①YY′不加电压,Uᵧ=0,则y′=0;XX′间加不变的电压,则x′≠0,看到的是x轴上的一个点.②XX′不加电压,Uₓ=0,则x′=0;YY′间加不变的电压,则y′≠0,看到的是y轴上的一个点.(2)在YY′之间加周期性变化的电压①XX′不加电压,Uₓ=0,则x′=0;YY′间加正弦电压,则y′在x′=0坐标下按正弦规律变化,但由于视觉暂留现象,看到的是一条沿Y轴的竖直亮线.②XX′加不变电压,Uₓ≠0,则x′=常数;YY′间加正弦电压,则y′在相同的x′坐标下按正弦规律变化,但由于视觉暂留现象,看到的是一条平行于Y轴的竖直亮线.③在YY′加正弦电压,若要看到的也是正弦曲线,那XX′电压应该有什么规律?以沙漏摆为例来解释.单摆沙漏形成正弦曲线,木板要匀速移动,如图所示.正弦函数的形成示波器是现实信号电压随着时间变化而变化的情况,并且以x轴表示时间,为了方便观察,需要x轴也就是时间均匀分布,而锯齿波扫描使得扫描点在x方向均匀分布,为了一个屏幕扫描后尽可能快的转到下一个屏幕扫描,因此理论上要求x方向的波形在最高电压的时候立即转到最低电压。
所以示波器x轴扫描电压斜率上升然后直线下降的锯齿波。
例题:如图所示为示波管的示意图,以屏幕的中心为坐标原点,建立如图所示的直角坐标系XOY,当在XX'这对电极上加上恒定的电压Uxx′=2V,同时在YY′电极上加上恒定的电压Uyy′=-1V时,荧光屏上光点的坐标为(4,-2).则当在XX′这对电极上加上恒定的电压Uxx′=1V,同时在YY′电极上加上恒定的电压Uyy′=-2V时,荧光屏上光点的坐标为(A)A.(2,-4)B.(4,-2)C.(2,2)D.(4,2)例题:图甲是示波器中核心部件示波管的原理图,要想在荧光屏上观察到如图乙所示的图象,下列给出几组偏转电极XX′、YY′之间所加电压随时间周期性变化的关系图象,其中可能符合要求的是(CD)例题:图甲为示波管的原理图.如果在电极YY′之间所加的电压按图乙所示的规律变化,在电极XX′之间所加的电压按图丙所示的规律变化,则在荧光屏上看到的图形是(B).例题:图甲是示波管的原理图,它由电子枪、偏转电极(XX′和YY′)、荧光屏组成.管内抽成真空,给电子枪通电后,如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压,电子束将打在荧光屏的中心O点,在那里产生一个亮斑.若在偏转极板YY′上加如图乙所示的电压,在偏转极板XX′上加如图丙所示亮斑的电压,则在示波器荧光屏荧出现的图象是下图中的(B)Uxx′>0且恒定,所以x轴上坐标是恒定的,Uyy′变化,由于视觉暂留,看到的是平行y轴的一条亮线.例题:如图甲所示为示波管,如果在YY′之间加如图乙所示的交变电压,同时在XX′之间加如图丙所示的锯齿形电压,使X的电势比X′高,则在荧光屏上会看到图形为(C)