阴极射线示波器 (CRO) 及其应用

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阴极射线示波器 (CRO) 是一种用于测试、研究和设计应用的电子设备。它是一种帮助我们以波形形式显示和分析电信号的设备。

在电气和电子工程领域，CRO 用于执行许多操作，例如频率测量、波形分析、电压测量、幅度测量、电气电路和系统的测试和故障排除。

在本文中，我们将学习阴极射线示波器 (CRO) 及其应用。在此之前，让我们先讨论 CRO 的基础知识。

什么是 CRO？

CRO 是一种电子测试设备，用于以波形形式显示和分析电信号。它是一种基于阴极射线管的仪器。CRO 使用 CRT 屏幕显示电信号的波形。

下图显示了一个典型的 CRO。

通过使用 CRO，我们可以分析电信号的以下重要参数：

• 幅度
• 频率
• 时间间隔/周期等。

CRO 的主要部件

一个典型的阴极射线示波器 (CRO) 包括以下主要部件：

• 阴极射线管
• 电子枪
• 荧光屏
• 偏转板
• 水平和垂直放大器
• 时间基准发生器
• 触发电路

下图显示了 CRO 所有这些组件的互连方式。

让我们了解 CRO 每个组件的功能。

阴极射线管 - 它是一个真空管，是 CRO 中的主要部件。CRT 在 CRO 中的功能是将电信号转换为可视波形。

电子枪 - 它是阴极射线管的一部分，包括加热器和两个端子。它是发射高能电子以产生电子束的部件。电子枪由高压电源激发。

荧光屏 - 在 CRO 中，荧光屏用于显示测量的电信号波形。该屏幕由荧光材料制成，当高能电子束撞击它时会发出光。

偏转板 - 从电子枪射出的电子束穿过两组偏转板。这些板被称为垂直偏转板和水平偏转板。这些板用于在屏幕上垂直和水平移动波形。

水平和垂直放大器 - 这些放大器用于放大输入信号。然后，这些放大信号用于垂直和水平偏转电子束。这些放大器的功能是调整屏幕上显示的波形的缩放和灵敏度。

时间基准发生器 - 时间基准发生器是一个电子电路，用于产生水平轴的时间参考信号。此时间参考信号控制电子束在 CRT 屏幕上移动的速度。换句话说，此信号设置屏幕上输入电信号波形的时间刻度。

触发电路 - CRO 中的触发电路用于同步电子束的垂直和水平偏转。这对于在屏幕上稳定清晰地显示输入信号的波形非常重要。

CRO 的工作原理

阴极射线示波器 (CRO) 的工作取决于电子束/射线在静电力的作用下的运动。

在 CRO 中，高压信号施加到电子枪，产生电子束/射线。然后使该电子束撞击荧光屏以产生光。

CRO 包含两个相互垂直的偏转板来控制电子束的运动。偏转板产生的静电力控制电子束并使其移动以产生输入电信号的所需波形。

用 CRO 测量的电量

使用 CRO，我们可以测量和分析信号的以下三个主要电量：

• 幅度
• 频率
• 周期

让我们详细讨论如何使用 CRO 来测量这三个电量。

使用 CRO 测量幅度

CRO 在其屏幕上显示电信号作为时间的函数。该电信号的幅度保持稳定；但是，我们可以通过更改 CRO 面板上的伏特/格按钮的设置来更改信号在垂直方向上覆盖的分区数量。

因此，我们将使用以下公式获得 CRO 屏幕上显示的信号的幅度：

$$\mathrm{A\:=\:j\:\times\:nv}$$

这里，A 是幅度，j 是伏特/格的值，nv 是信号在垂直方向上覆盖的分区数。

使用 CRO 测量周期

CRO 在其屏幕上显示信号波形作为时间的函数。此输入电信号的周期保持不变。但是，我们可以使用 CRO 面板上的时间/格按钮来更改信号的一个周期在水平方向上覆盖的分区数。

执行此操作后，我们可以使用以下公式计算信号的周期：

$$\mathrm{T\:=\:k\:\times \:nh}$$

这里，T 是输入信号的周期，k 是时间/格的值，nh 是信号的一个周期在水平方向上覆盖的分区数。

使用 CRO 测量频率

要测量电信号的频率，首先我们测量其周期。然后，我们使用以下公式测量频率：

$$\mathrm{f\:=\:\frac{1}{T}}$$

CRO 的重要控制

为了控制 CRO 屏幕的不同参数，CRO 面板提供了多个控制。下面解释了 CRO 的一些重要控制：

位置 - 在 CRO 中，位置控制旋钮用于控制屏幕左右两侧之间强光点的位置。

亮度 - 亮度控制按钮用于更改电子束的亮度。此控制基本上更改电子束的强度。

聚焦 - 此控制用于使电子束变窄并在屏幕上形成一个针点。

像散 - 此控制是额外的聚焦控制，用于在 CRO 的整个屏幕上产生锐利焦点。

消隐电路 - 此控制用于在回扫期间关闭电子束，以便屏幕上显示的波形看起来是连续的。

校准电路 - CRO 的此控制用于示波器内的校准。该电路产生方波，然后用于执行校准。

使用 CRO 的优点

下面列出了一些使用 CRO 的主要优点，这些优点使其成为电子领域中宝贵的工具：

• CRO 允许我们实时表示和可视化电信号。
• CRO 以波形形式以图形方式表示电信号，这使得分析更容易。
• CRO 能够以高精度显示高频电信号。
• 使用 CRO 执行的电气和电子测量具有很高的准确性和精度。
• CRO 是一种多功能设备，因为它可用于执行各种功能，例如测试、测量、波形生成、信号的频域或时域分析、电气电路的故障排除等。
• CRO 具有用户友好的界面，因此易于使用。
• CRO 具有紧凑且轻巧的设计，使其便于携带。

使用 CRO 的缺点

CRO 具有上面列出的几个优点，但它也有一些缺点。下面列出了一些 CRO 的常见缺点：

• 与其他测量仪器相比，CRO 相对昂贵。
• 如果 CRO 损坏，则修复起来相当困难。

• 与其他测量仪器相比，示波器（CRO）具有更大的物理尺寸和更重的重量。因此，它相对难以从一个地方搬运到另一个地方。
• 示波器消耗的功率比其他仪器更多。
• 由于示波器具有多个控制旋钮和端口，因此理解起来略微困难。

示波器的应用

示波器是一种用途广泛的设备，在电气、电子、物理等各个领域都有着广泛的应用。以下是示波器的一些关键应用：

• 示波器广泛用于维修和排查各种电气和电子电路的故障。
• 它还用于测量和分析电信号。
• 示波器可用于测量电信号的幅值、周期、频率、失真和相位。
• 示波器也用于信号的时域或频域分析。
• 示波器用于产生不同类型的波形，例如正弦波、方波、三角波或任何其他类型的波形。
• 在医疗系统中，示波器可用于测量和分析生理信号，以用于诊断目的。
• 示波器也用于广播电台观察发射和接收信号。
• 它还用于确定调幅（AM）或调频（FM）电路的特性。
• 在电磁学中，示波器用于绘制材料的磁滞回线（BH曲线）。

结论

总之，示波器是一种电子仪器，用于多种应用，例如测量、测试、故障排除、波形生成、信号分析、校准等。本文解释了示波器的基本原理、优点、缺点、工作原理和应用。