示波管

工作原理

示波管

光。电子束一离开电子枪，就在两副静电偏转板间通过。偏转板上的电压使电子束偏转，一副偏转板的电压使电子束上下运动；另一副偏转板的电压使电子左右运动。而这些运动都是彼此无关的。因此，在水平输入端和垂直输入端加上适当的电压，就可以把电子束定位到荧光屏的任何地方。

说明

1．荧光屏

现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。

当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10％所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0．1s为中余辉，0．1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。

由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。

2．电子枪及聚焦

电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极，阴极受热发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低，则全部电子返回阴极，即管子截止。调节电路中的W1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连，所加电位比A1高。G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。

电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域，调节第二阳极A2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。A1上的电压叫做聚焦电压，A1又被叫做聚焦极。有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦，需微调第二阳极A2的电压，A2又叫做辅助聚焦极。

3．偏转系统

偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。图8．1中，Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。Y轴偏转板在前，X轴偏转板在后，因此Y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y轴)。两对偏转板分别加上电压，使两对偏转板间各自形成电场，分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。

4．示波管的电源

为使示波管正常工作，对电源供给有一定要求。规定第二阳极与偏转板之间电位相近，偏转板的平均电位为零或接近为零。阴极必须工作在负电位上。栅极G1相对阴极为负电位(—30V~—100V)，而且可调，以实现辉度调节。第一阳极为正电位(约+100V~+600V)，也应可调，用作聚焦调节。第二阳极与前加速极相连，对阴极为正高压(约+1000V)，相对于地电位的可调范围为±50V。由于示波管各电极电流很小，可以用公共高压经电阻分压器供电。

原理分析

<1.>YY'作用：被电子枪加速的电子在YY'电场中做匀变速曲线运动，出电场后做匀速直线运动打到荧光屏上，由几何知识，可以导出偏移。

若信号电压U=Umax*sinωt，

y’=max*sin ωt=ymax*sinωt.

y’随信号电压同步调变化，但由于视觉暂留及荧光物质的残光特性看到一条竖直亮线.

加扫描电压可使这一竖直亮线转化成正弦图形。

<2.>XX’的作用：与上同理，如果只在偏转电极XX’上加电压，亮斑就在水平方向发生偏移，加上扫描电压，一周期内，信号电压也变化一周期，荧光屏将出现一完整的正弦图形.

多色示波管

七十年代中，、八十年代初，在示波管领域物起升了一颗超新星一一多色示波管。直至现在它已有三种类型的结构

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液晶型多色示波管

在普通示波管前加一液晶彩色光闸(Shutter)。在一组红-绿偏振光片和线性偏振光片之间嵌置一层尽可能薄的、能尽量扩大视角、并能满足整半波光程差的以及可变光程半波长液晶光学延迟元件。其轴线与偏振光片轴线呈45“倾斜角

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光闸由两块涂有锢锡氧化物作透明导体的玻璃板、作绝缘用的氧化硅薄层以及能导致液晶主轴方向与两表面方向相倾斜的特殊“校正”层所组成。采用可变光程液晶元件的原因是其中心分子流扭矩为O，而没有光学反冲效应，且偏振态转换时间较短(1~2毫秒)

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液晶型多色示波管原理可简述为：示波管处于额定工作状态时，荧光粉受激发光，经搜红、绿蓝偏振滤色片正交扭转，又经可变光程延迟元件(Pi元件)按与示波管寻址顺序的场同步的方式旋转橙红、绿蓝信号，再经线性偏振片入人眼把所观察到的交变场信号，汇集成多色信号

。

这种示波管的优点是:(l)电子枪结构简单。且不需要偏转灵敏度补偿线路； (2)分辩率高;(3)高环境亮度下对比度高;(4)机械牢固性好;(5)可进行线性扫描和失量扫描。其缺点是:(1)彩色不丰富(多为橙红、蓝绿两色，或再混合为橙黄的三色);(2)经液晶光闸(Shu丰ter)两次偏振滤色后，使屏幕亮度降低。为此，要求更高的、末级电压；(3)要求着屏束电流较大，.从而降低分辩率，势必要求聚焦性能更好的电子枪多；(4)要求液晶Pi元件尽可能薄。其加工_条件要求相当严格，也较困难，否则色度分离较差。这意味着制作大屏幕液晶元件更为困难；(5)其致命弱点是，彩色重复率低(仅60赫)，液晶偏振态转换时间为毫秒级。(这就限制了该型示波管的高频应用(只能在低频使用)

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穿透式多色示波管

此管型自70年代穿透式电子束管出现后开始荫芽，于80年代逐渐趋于成熟的新管型

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它是根据穿透屏原理与具有特殊扫描放大透镜的电子枪相配合而实现示波管功能的。早

期的管子屏幕是由”夹心”荧光粉层组成。在两种发不同颜色的荧光粉层之、间，夹一层透明介质层，当较低电压(5kV)能量的电子轰击第一粉层时，发红光。当高压(12kV)高能量的电子激发第一粉层时，由于电子的动量大，能量也大，交给第一粉层的能量较小，其光输出也较小。之后，穿透介质层，主要是激发第二粉层发光

。

此种结构管子的优点为：(1)彩色丰富。有红。橙、黄、绿四色； (2)灵敏度高。εx:10~12V/c，εy:2~SV/cm;(3)满屏聚焦好。扫描线宽b<0.45mm/10uA；(4)颜色分离取决于屏幕电压，色纯高;(5)不受外界磁场干扰；(6)管内结构坚固，抗机械振动性能好;(7)由于颜色转换时间为微秒级，故管子工作频宽约高于液晶型一个数量级；(8)亮度高;(9)荧光屏制作工艺较为简便，可作成大屏幕的示波管。该型管的缺点是;(1)由于是通过高压切换，即通过改变屏和阴极间的高压来显示不同颜色，故高压切换性能与管子屏幕对地的电容有关。该电容又与管子尺寸和环境金属物有关。(2)由于屏对地的电容、管子为一容性负载，因而高压切换时，记录、存取、回束之间需要有一个时间分配过程。同时，又因为颜色转换也需一定的时间。因而管子的工作频宽仍然受到限制的

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电流灵敏式多色示波管

其原理为，利用在屏幕上沉淀的、具有次线性特征的发红光粉与具有超线性特性的发绿光粉的混合粉层，另外具有特殊扫描放大(或一般扫描放大)的受斩波电路控制电流的电子枪两者相结合，可控制非规范亮度

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其优点是:(l)偏转灵敏度高;(2)分辩牢高。且电子枪结构简单;(3)木需靠高压切换来转换颜色。偏转灵敏度无变化，不需灵敏度补偿线路和高压切换电路及调整电路;(4)成本低、功耗小、体积小，(5)可线性扫描和矢量扫描;(6)制屏工艺较简单，且易实现管子大屏幕化;(7)超线性绿粉和次线性红粉要比高压切换粉易作;(8)管子适合于高频应用，开辟了多色示波管高须应用的光辉前景。其缺点是:(1)彩色不丰富石(多为红、绿两色，或红、橙、玻拍绿色。目前色度分离尚差;(2)要求电子束发散角小，枪聚焦特性良好;(3)要求线路中具有斩波电路控制电流，方能实现非规范亮度控制

。