示波器是一种用途广泛的电子测量仪器，它能将肉眼看不见的电信号转换为可见的波形图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。下面从示波管、信号输入与处理、触发系统等方面详细介绍示波器的基本原理。

示波管原理

示波管是示波器的核心部件，主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，各部分的功能和工作原理如下：

• 电子枪：其作用是发射电子并形成很细的高速电子束，主要包括灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极。

• 灯丝通电后加热阴极，阴极受热后发射大量电子。

• 控制栅极上加有比阴极更负的电压，通过调节栅极电压可以控制电子束的强度，从而调节荧光屏上光点的亮度。

• 第一阳极和第二阳极加有较高的正电压，它们形成的电场使电子束加速并聚焦，使电子束能够以高速、细束的状态打在荧光屏上，形成清晰的光点。

• 偏转系统：由水平偏转板（X 偏转板）和垂直偏转板（Y 偏转板）组成，其作用是控制电子束在荧光屏上的位置。

• 当在垂直偏转板上加上电压时，电子束会在垂直方向上受到电场力的作用而发生偏转。如果所加电压为正，电子束向上偏转；如果所加电压为负，电子束向下偏转。偏转的幅度与所加电压的大小成正比。

• 同理，在水平偏转板上加上电压时，电子束会在水平方向上发生偏转。

• 荧光屏：涂有荧光物质，当高速电子束打在荧光屏上时，荧光物质会发光，从而在屏上形成一个亮点。荧光物质有不同的余辉时间，根据不同的测量需求可以选择合适余辉时间的示波管。

信号输入与处理

• 探头：示波器通过探头将被测信号引入示波器内部。探头的作用是对被测信号进行衰减或不衰减处理，同时起到隔离和匹配的作用，以减少对被测电路的影响。常见的探头有 1:1 探头和 10:1 探头，10:1 探头将被测信号衰减 10 倍，适用于测量较高电压的信号。

• 衰减器：被测信号通过探头输入到示波器后，首先经过衰减器。衰减器的作用是对信号进行适当衰减，以适应示波器垂直放大器的输入范围。衰减器通常有多个衰减档位可供选择，例如 1、10、100 等，用户可以根据被测信号的幅度大小选择合适的衰减档位。

• 垂直放大器：经过衰减器处理后的信号被送到垂直放大器进行放大。垂直放大器的作用是将微弱的信号放大到足够的幅度，以便能够驱动垂直偏转板，使电子束在垂直方向上产生明显的偏转。垂直放大器的增益可以通过示波器面板上的 “垂直灵敏度” 旋钮进行调节。

• 时基电路与水平放大器：时基电路产生一个周期性的锯齿波信号，该信号经过水平放大器放大后驱动水平偏转板。锯齿波信号的特点是电压随时间线性上升，然后迅速下降到初始值，如此周期性重复。在锯齿波信号的作用下，电子束在水平方向上做匀速扫描运动，从荧光屏的左端向右端移动，然后迅速返回左端，开始下一次扫描。水平放大器的作用是将锯齿波信号放大到足够的幅度，以驱动水平偏转板，使电子束在水平方向上能够实现有效的扫描。通过调节示波器面板上的 “时基” 旋钮，可以改变锯齿波信号的周期，从而改变电子束的扫描速度，也就是改变荧光屏上波形在水平方向上的时间刻度。

触发系统原理

触发系统的作用是使示波器的扫描与被测信号同步，从而在荧光屏上显示出稳定的波形。如果没有触发系统，示波器的扫描是独立进行的，与被测信号没有固定的时间关系，这样在荧光屏上显示的波形就会不断地移动、闪烁，无法稳定观察。

• 触发源选择：触发源可以选择被测信号本身（内触发），也可以选择外部的一个同步信号（外触发）。内触发是最常用的方式，它直接利用被测信号作为触发信号，使扫描与被测信号同步。外触发适用于需要与外部信号同步的情况，例如在测量多个相关信号时，可以选择其中一个信号作为外触发信号，使所有信号的波形在荧光屏上同时稳定显示。

• 触发方式：常见的触发方式有边沿触发、电平触发等。

• 边沿触发是指在被测信号的上升沿或下降沿达到设定的触发电平时，触发示波器开始扫描。例如，设置为上升沿触发，当被测信号的电压从低电平上升到触发电平时，示波器立即开始一次扫描，这样就可以保证每次扫描的起始点都在被测信号的同一个位置，从而使波形稳定显示。

• 电平触发则是在被测信号的电压达到设定的触发电平时触发扫描，无论信号是上升还是下降。

• 触发电平调节：通过调节触发电平旋钮，可以设置触发信号的电平值。只有当触发信号的电压达到或超过设定的触发电平时，示波器才会触发扫描。合适的触发电平设置对于显示稳定、清晰的波形非常重要，如果触发电平设置不当，可能会导致波形不稳定或无法触发扫描。

数字示波器的额外原理

随着电子技术的发展，数字示波器得到了广泛应用。数字示波器除了上述基本原理外，还涉及到以下特殊的工作原理：

• 模数转换（ADC）：数字示波器将模拟的被测信号通过模数转换器转换为数字信号。模数转换器以一定的采样频率对模拟信号进行采样，将每个采样点的电压值转换为对应的数字代码。采样频率越高，对信号的还原度就越高。根据奈奎斯特采样定理，采样频率必须至少是被测信号最高频率的两倍，才能保证信号能够被准确还原。

• 数据存储与处理：转换后的数字信号被存储在示波器的存储器中。示波器可以对存储的数据进行各种处理，例如波形显示、测量参数计算（如电压幅值、频率、周期等）、波形叠加、滤波等。用户可以通过示波器的操作界面选择不同的处理功能，以满足不同的测量需求。

• 显示与回放：经过处理后的数字信号通过显示系统在屏幕上显示出来。数字示波器不仅可以实时显示当前的波形，还可以对存储的历史波形进行回放和分析，方便用户对不同时刻的信号进行比较和研究。

分享示波器的触发系统是如何工作的？信号输入与处理在示波器中是如何实现的？如何使用示波器测量信号的频率和相位？