在RLC电路中正弦波的相位差与示波器的X轴扫描速率的关系

Question

如题所述

Answer 1

J2459型示波器以后并不常用，只能够检测或者计算一些简单的波形，在大学物理实验中会使用更高等更全面的示波器。下面简单介绍一下J2459型示波器：

J2459型学生示波器，是根据教育部《JY4－78》号技术标准的规定和要求而设计的。主要供中等学校物理教学中进行学生分组实验使用。其标准定型样机的外型，如图43－1所示。
J2459型学生示波器基本原理：

示波器由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描发生器、同步电路及电源等部分组成。图43－2为其方框图。示波管是示波器的显示部分。它是根据带电粒子在电场中要受到电场力作用的原理制成的电子显示器件。图43－3为J2459型示波器用的8SJ31J小型示波管的内部结构示意图。它主要由电子枪、偏转板、荧光屏三部分组成。

J2459型学生示波器结构（电子枪）

电子枪由灯丝F、阴极K、控制栅极M、第一阳极（加速阴极）A1、第二阳极（聚焦阳极）A2、第三阳极A3等部分组成，它的作用是发射出高速运动、直径很细的电子射线（或称电子束）。偏转板是两对平行金属板。靠近电子枪的一对是垂直偏转板D3、D4，另一对是水平偏转板D1、D2，相互垂直安装，它们靠荧光屏一端向外张开，防止偏转后的电子射线碰撞于偏转板上。如果在垂直偏转板加上电压Uy，其间即形成均匀电场。从电子枪发射出来的电子射线通过偏转板时，受电场力的作用而产生偏移，其偏转角为：
(2)
J2459型学生示波器结构（荧光屏）

荧光屏离垂直偏转板距离为H，则电子射线到达荧光屏时的偏转距离为：
(3)
式中e、m、v0是电子的电荷量、质量及进入垂直偏转板时的速度。L、d为偏转板的长度与距离。对于一定的示波管，以上参数及H都是确定了的常数，用A1来代替它们，于是
y＝AyUy（4）
在荧光屏上垂直方向的偏转距离与加在垂直偏转板上的电压成正比。Ay为示波管垂直偏转板的灵敏度，单位为厘米／伏。同样可以推导出荧光屏上水平方向偏转距离与加在水平偏转板上的电压成正比：
X＝AxUx（5）
Ax为示波管水平偏转板的灵敏度。
电子射线通过垂直和水平偏转板后，按照这两对偏转板上所加电压规律上下左右偏移，最后打在荧光屏上，使荧光屏发出光迹。荧光屏是在示波管玻璃底壁涂荧光剂而成，电子射线轰击荧光剂涂层使它发光，就显示出被测信号波形。可以更通俗地解释为：电子枪的作用如同笔，偏转板的作用如同手，荧光屏的作用如同纸，三者配合起来才能绘出图形。
示波管显示电信号波形的原理

图43－4表示示波管两对偏转板加上不同电压时，荧光屏上光点变化的情况。当两对偏转板均无外加电压时，电子射线不受偏转板的影响，直线运动打到荧光屏的中间，光点出现在荧光屏中央，如（a）图所示。当垂直偏转板加以上正下负的电压时，电子射线因受正电位电场吸引向上移动，光点出现在荧光屏上方，如（b）图所示。当水平偏转板加以右正左负的电压时，光点出现在荧光屏右方，如（C）图所示。当两组偏转板都加上上述直流电压时，则光点出现在荧光屏右上方，如（d）图所示。当垂直偏转板加正弦电压，其频率低于10赫时，可以看到光点按正弦规律上下移动；频率高于104k时，由于荧光物质的残光特性及人眼的视觉暂留，光点的移动形成一条垂直线，如（e）图所示。当水平偏转板加上与时间成正比上升的锯齿波电压时，光点沿水平方向来回移动，形成了一条与时间成正比的水平扫描线，如（f）图所示。如同时在垂直偏转板加正弦电压，水平偏转板加锯齿波电压，两电压变化周期相同或成倍数关系，起始时间又相同，示波管荧光屏上就会显示出正弦波形，如（g）图所示。为了更清楚地说明问题，将加在示波管两对偏转板的周期变化的信号电压划分为20个时间小段，见图43－5。在1－19这段时间内，水平偏转板上锯齿波电压直线上升，光点等速的从左移到右，同时又受到垂直偏转板上所加正弦信号电压的作用，示波管就显示出1－19这段时间的正弦波形；在19到20这段时间，锯齿波电压回到起始电平，示波管上显示的正弦波形也由19回扫到正弦波起始点，接着再开始下一周期显示。如果正弦波信号周期是锯齿波周期的1／2，则示波管上可显示二个周期的正弦波。

简单使用方法：通过使用单一方向、XY合成方向、接地检测法等等可以测量电压电流、频率、相位差（李萨茹图形）等等，但在使用中均需要注意操作规范，避免使用出错。
QQ：849123250，答案不尽完善，请谅解！