阴极射线示波管结构和原理

知识点：阴极射线管

阴极射线示波管（CRT）简称为示波管，是将电信号变换为光信号而加以显示的结构，是示波器重要组成部分。CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分组成，它们都封装在密闭呈真空的玻璃壳内，其结构如图所示。

图1 阴极射线示波管结构

由图可见，当接通电源时，灯丝通电发热，罩在其外的阴极受热，阴极上涂有受热后易发出电子的氧化物，被灯丝加热后，阴极发出电子。阴极之后是控制栅极，控制栅极与阴极之间是一个反向电场：从图中可以看出：控制栅极电位低于阴极。从控制栅极发出的电子在此反向电场作用下，大部分回到阴极。少部分初速度足够大，并且运动方向在图示角度之内的电子可以穿过控制栅极中间的圆孔，这部分电子被后面的第一阳极、第二阳极以及后加速阳极加速后，打到荧光屏上。荧光屏上涂有荧光物质，有电子打到的地方会发出荧光。因此，在荧光屏上看到的亮点实为电子束末端的位置。由于人眼视觉暂留和荧光余辉时间，在荧光屏上看到的波形实为电子束末端运动的轨迹。

改变控制栅极与阴极之间的反向电场，可以控制最后达到荧光屏的电子数量。在示波器面板上，调节此电场的旋钮为“辉度”。第一阳极与控制栅极，第二阳极与第一阳极之间均为加速电场，电子通过这些电场，除了加速以外，还可“聚拢”：即其运动方向更为集中。其原理是将电子的运动分解为水平方向和垂直方向，经过上两个加速电场后，水平方向速度增加，垂直方向速度不变，合成后速度方向更偏向水平方向，即电子束往中间“聚拢”。调节这两个电场的强度，可将荧光屏上显示的波形由粗而黯淡的线调节为细而明亮的线。在示波器面板上，调节这两个电场的旋钮为“聚焦”和“辅助聚焦”。

在第二阳极和后加速阳极之间，还有两对偏转板，分别为x偏转板和y偏转板。这两对偏转板均为两个平行平板，其上加有x通道和y通道输入的信号。电子束经过这两对偏转板时，在两对偏转板所加电压信号的作用下，分别在x方向和y方向发生位移，位移的大小与此刻偏转板的电压成正比。如果y偏转板两端加上待测电压，x偏转板两端加上跟时间成线性关系的电压信号（时基信号），电子束水平方向的位移跟时间成正比，垂直方向位移与待测电压成正比，电子束末端，在荧光屏上扫出的轨迹（显示的波形）即为被测信号随时间变化的波形。由此，示波管将偏转板上所加的电压信号转换为荧光屏上所显示波形，实现了时域的波形测量。

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