陰極射線示波器 (CRO) 及其應用

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陰極射線示波器 (CRO) 是一種用於測試、研究和設計應用的電子裝置。它是一種幫助我們以波形形式顯示和分析電訊號的裝置。

在電氣和電子工程領域，CRO 用於執行許多操作，例如頻率測量、波形分析、電壓測量、幅度測量、電氣電路和系統的測試和故障排除。

在本文中，我們將學習陰極射線示波器 (CRO) 及其應用。在此之前，讓我們先討論 CRO 的基礎知識。

什麼是 CRO？

CRO 是一種電子測試裝置，用於以波形形式顯示和分析電訊號。它是一種基於陰極射線管的儀器。CRO 使用 CRT 螢幕顯示電訊號的波形。

下圖顯示了一個典型的 CRO。

透過使用 CRO，我們可以分析電訊號的以下重要引數：

• 幅度
• 頻率
• 時間間隔/週期等。

CRO 的主要部件

一個典型的陰極射線示波器 (CRO) 包括以下主要部件：

• 陰極射線管
• 電子槍
• 熒光屏
• 偏轉板
• 水平和垂直放大器
• 時間基準發生器
• 觸發電路

下圖顯示了 CRO 所有這些元件的互連方式。

讓我們瞭解 CRO 每個元件的功能。

陰極射線管 - 它是一個真空管，是 CRO 中的主要部件。CRT 在 CRO 中的功能是將電訊號轉換為可視波形。

電子槍 - 它是陰極射線管的一部分，包括加熱器和兩個端子。它是發射高能電子以產生電子束的部件。電子槍由高壓電源激發。

熒光屏 - 在 CRO 中，熒光屏用於顯示測量的電訊號波形。該螢幕由熒光材料製成，當高能電子束撞擊它時會發出光。

偏轉板 - 從電子槍射出的電子束穿過兩組偏轉板。這些板被稱為垂直偏轉板和水平偏轉板。這些板用於在螢幕上垂直和水平移動波形。

水平和垂直放大器 - 這些放大器用於放大輸入訊號。然後，這些放大訊號用於垂直和水平偏轉電子束。這些放大器的功能是調整螢幕上顯示的波形的縮放和靈敏度。

時間基準發生器 - 時間基準發生器是一個電子電路，用於產生水平軸的時間參考訊號。此時間參考訊號控制電子束在 CRT 螢幕上移動的速度。換句話說，此訊號設定螢幕上輸入電訊號波形的時間刻度。

觸發電路 - CRO 中的觸發電路用於同步電子束的垂直和水平偏轉。這對於在螢幕上穩定清晰地顯示輸入訊號的波形非常重要。

CRO 的工作原理

陰極射線示波器 (CRO) 的工作取決於電子束/射線在靜電力的作用下的運動。

在 CRO 中，高壓訊號施加到電子槍，產生電子束/射線。然後使該電子束撞擊熒光屏以產生光。

CRO 包含兩個相互垂直的偏轉板來控制電子束的運動。偏轉板產生的靜電力控制電子束並使其移動以產生輸入電訊號的所需波形。

用 CRO 測量的電量

使用 CRO，我們可以測量和分析訊號的以下三個主要電量：

• 幅度
• 頻率
• 週期

讓我們詳細討論如何使用 CRO 來測量這三個電量。

使用 CRO 測量幅度

CRO 在其螢幕上顯示電訊號作為時間的函式。該電訊號的幅度保持穩定；但是，我們可以透過更改 CRO 面板上的伏特/格按鈕的設定來更改訊號在垂直方向上覆蓋的分割槽數量。

因此，我們將使用以下公式獲得 CRO 螢幕上顯示的訊號的幅度：

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

這裡，A 是幅度，j 是伏特/格的值，nv 是訊號在垂直方向上覆蓋的分割槽數。

使用 CRO 測量週期

CRO 在其螢幕上顯示訊號波形作為時間的函式。此輸入電訊號的週期保持不變。但是，我們可以使用 CRO 面板上的時間/格按鈕來更改訊號的一個週期在水平方向上覆蓋的分割槽數。

執行此操作後，我們可以使用以下公式計算訊號的週期：

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

這裡，T 是輸入訊號的週期，k 是時間/格的值，nh 是訊號的一個週期在水平方向上覆蓋的分割槽數。

使用 CRO 測量頻率

要測量電訊號的頻率，首先我們測量其週期。然後，我們使用以下公式測量頻率：

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

CRO 的重要控制

為了控制 CRO 螢幕的不同引數，CRO 面板提供了多個控制。下面解釋了 CRO 的一些重要控制：

位置 - 在 CRO 中，位置控制旋鈕用於控制螢幕左右兩側之間強光點的位置。

亮度 - 亮度控制按鈕用於更改電子束的亮度。此控制基本上更改電子束的強度。

聚焦 - 此控制用於使電子束變窄並在螢幕上形成一個針點。

像散 - 此控制是額外的聚焦控制，用於在 CRO 的整個螢幕上產生銳利焦點。

消隱電路 - 此控制用於在回掃期間關閉電子束，以便螢幕上顯示的波形看起來是連續的。

校準電路 - CRO 的此控制用於示波器內的校準。該電路產生方波，然後用於執行校準。

使用 CRO 的優點

下面列出了一些使用 CRO 的主要優點，這些優點使其成為電子領域中寶貴的工具：

• CRO 允許我們即時表示和視覺化電訊號。
• CRO 以波形形式以圖形方式表示電訊號，這使得分析更容易。
• CRO 能夠以高精度顯示高頻電訊號。
• 使用 CRO 執行的電氣和電子測量具有很高的準確性和精度。
• CRO 是一種多功能裝置，因為它可用於執行各種功能，例如測試、測量、波形生成、訊號的頻域或時域分析、電氣電路的故障排除等。
• CRO 具有使用者友好的介面，因此易於使用。
• CRO 具有緊湊且輕巧的設計，使其便於攜帶。

使用 CRO 的缺點

CRO 具有上面列出的幾個優點，但它也有一些缺點。下面列出了一些 CRO 的常見缺點：

• 與其他測量儀器相比，CRO 相對昂貴。
• 如果 CRO 損壞，則修復起來相當困難。

• 與其他測量儀器相比，示波器（CRO）具有更大的物理尺寸和更重的重量。因此，它相對難以從一個地方搬運到另一個地方。
• 示波器消耗的功率比其他儀器更多。
• 由於示波器具有多個控制旋鈕和埠，因此理解起來略微困難。

示波器的應用

示波器是一種用途廣泛的裝置，在電氣、電子、物理等各個領域都有著廣泛的應用。以下是示波器的一些關鍵應用：

• 示波器廣泛用於維修和排查各種電氣和電子電路的故障。
• 它還用於測量和分析電訊號。
• 示波器可用於測量電訊號的幅值、週期、頻率、失真和相位。
• 示波器也用於訊號的時域或頻域分析。
• 示波器用於產生不同型別的波形，例如正弦波、方波、三角波或任何其他型別的波形。
• 在醫療系統中，示波器可用於測量和分析生理訊號，以用於診斷目的。
• 示波器也用於廣播電臺觀察發射和接收訊號。
• 它還用於確定調幅（AM）或調頻（FM）電路的特性。
• 在電磁學中，示波器用於繪製材料的磁滯回線（BH曲線）。

結論

總之，示波器是一種電子儀器，用於多種應用，例如測量、測試、故障排除、波形生成、訊號分析、校準等。本文解釋了示波器的基本原理、優點、缺點、工作原理和應用。