模擬示波器是一種常用的電子測量儀器，用于顯示電信號的變化過程。它的工作原理是通過將待測信號作用于輸入電路，將信號進行放大和整形，并將其轉換為垂直方向的電壓信號，最終在屏幕上呈現(xiàn)出波形的形狀和變化。
模擬示波器，采用的是模擬電路(示波管，其基礎是電子槍)電子槍向屏幕發(fā)射電子，發(fā)射的電子經聚焦形成電子束，并打到屏幕上，屏幕的內表面涂有熒光物質，這樣電子束打中的點就會發(fā)出光來。
一、示波器的工作原理
示波器的主要工作過程可以簡單概括為以下幾個步驟：
信號輸入：將待測信號連接到示波器的輸入端口，通常是一個探頭或者鱷魚夾。
前置放大：示波器內置的前置放大器將輸入信號進行初步放大，以滿足后續(xù)處理電路的要求。
垂直系統(tǒng)：前置放大器輸出的信號被送入垂直系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由一個可調節(jié)的放大器和一個耦合電路組成。放大器的作用是對信號進行進一步放大和整形，耦合電路則負責將信號與地線連接，以實現(xiàn)垂直方向上的顯示。
水平系統(tǒng)：示波器的水平系統(tǒng)主要由一個時基電路和一個掃描電路組成。時基電路用于產生一個穩(wěn)定、周期性的時間基準信號，掃描電路則根據(jù)這個基準信號，在垂直方向上對波形進行掃描。
顯示屏幕：最后，經過處理的信號在屏幕上形成可見的波形圖像。示波器的屏幕通常是一個CRT(陰極射線管)或LCD(液晶顯示屏)，通過控制電子束的掃描和電壓信號的調制，實現(xiàn)波形的顯示。
二、示波器的顯示原理
示波器的顯示原理可以簡單地理解為將電信號的幅度和時間關系轉換為屏幕上的位置和亮度信息。這主要涉及以下兩個關鍵因素：采樣率和顯示方式。
采樣率：采樣率是指示波器對輸入信號進行采樣的頻率。它決定了示波器能否準確還原信號的頻率成分。采樣率越高，示波器能夠顯示的信號頻率范圍就越寬。根據(jù)香農定理，要無失真地恢復一個信號，采樣率應不小于信號最高頻率的兩倍。例如，如果待測信號的最高頻率為100MHz，那么采樣率應至少設置為200MS/s(每秒200兆樣本)。
顯示方式：示波器的顯示方式主要有以下幾種：
李沙育圖形法：李沙育圖形法是一種用于測量兩個正弦波頻率和相位差的方法。它通過在示波器上同步繪制兩個信號的波形圖，實現(xiàn)對頻率和相位差的測量。這種方法需要較慢的采樣率(通常小于1MS/s)，適用于低頻信號的測量。
時間擴展法：時間擴展法是一種用于觀察低頻瞬變信號的方法。它通過在垂直方向上增加延遲線來實現(xiàn)波形的擴展。這種方法需要較高的采樣率(通常大于100MS/s)，適用于高頻信號的測量。
混合電平顯示法：混合電平顯示法是一種結合了李沙育圖形法和時間擴展法的方法。它通過同步繪制多個不同頻率和相位的波形圖，實現(xiàn)對復雜信號的觀察和分析。這種方法需要較高的采樣率和復雜的處理算法，適用于高速和高精度信號的測量。
除了上述兩個關鍵因素外，示波器還有其他一些重要參數(shù)和功能，如帶寬、靈敏度、噪聲等。這些參數(shù)和功能的選擇和優(yōu)化，對于示波器的性能和使用效果起著至關重要的作用。
總的來說，模擬示波器的工作及顯示原理涉及到多個復雜的電路設計和信號處理過程。通過理解這些原理，我們可以更好地了解示波器的性能特點，選擇合適的參數(shù)和功能，以適應不同的測量需求。同時，隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)字示波器和虛擬示波器也逐漸普及，它們利用數(shù)字信號處理技術和計算機技術，為波形分析和測量提供了更豐富的功能和更靈活的操作體驗。
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