模拟示波器的工作及显示原理是什么？

模拟示波器是一种常用的电子测量仪器，用于显示电信号的变化过程。它的工作原理是通过将待测信号作用于输入电路，将信号进行放大和整形，并将其转换为垂直方向的电压信号，最终在屏幕上呈现出波形的形状和变化。

模拟示波器，采用的是模拟电路(示波管，其基础是电子枪)电子枪向屏幕发射电子，发射的电子经聚焦形成电子束，并打到屏幕上，屏幕的内表面涂有荧光物质，这样电子束打中的点就会发出光来。

一、示波器的工作原理

示波器的主要工作过程可以简单概括为以下几个步骤：

信号输入：将待测信号连接到示波器的输入端口，通常是一个探头或者鳄鱼夹。

前置放大：示波器内置的前置放大器将输入信号进行初步放大，以满足后续处理电路的要求。

垂直系统：前置放大器输出的信号被送入垂直系统，该系统主要由一个可调节的放大器和一个耦合电路组成。放大器的作用是对信号进行进一步放大和整形，耦合电路则负责将信号与地线连接，以实现垂直方向上的显示。

水平系统：示波器的水平系统主要由一个时基电路和一个扫描电路组成。时基电路用于产生一个稳定、周期性的时间基准信号，扫描电路则根据这个基准信号，在垂直方向上对波形进行扫描。

显示屏幕：最后，经过处理的信号在屏幕上形成可见的波形图像。示波器的屏幕通常是一个CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示屏)，通过控制电子束的扫描和电压信号的调制，实现波形的显示。

二、示波器的显示原理

示波器的显示原理可以简单地理解为将电信号的幅度和时间关系转换为屏幕上的位置和亮度信息。这主要涉及以下两个关键因素：采样率和显示方式。

采样率：采样率是指示波器对输入信号进行采样的频率。它决定了示波器能否准确还原信号的频率成分。采样率越高，示波器能够显示的信号频率范围就越宽。根据香农定理，要无失真地恢复一个信号，采样率应不小于信号最高频率的两倍。例如，如果待测信号的最高频率为100MHz，那么采样率应至少设置为200MS/s(每秒200兆样本)。

显示方式：示波器的显示方式主要有以下几种：

李沙育图形法：李沙育图形法是一种用于测量两个正弦波频率和相位差的方法。它通过在示波器上同步绘制两个信号的波形图，实现对频率和相位差的测量。这种方法需要较慢的采样率(通常小于1MS/s)，适用于低频信号的测量。

时间扩展法：时间扩展法是一种用于观察低频瞬变信号的方法。它通过在垂直方向上增加延迟线来实现波形的扩展。这种方法需要较高的采样率(通常大于100MS/s)，适用于高频信号的测量。

混合电平显示法：混合电平显示法是一种结合了李沙育图形法和时间扩展法的方法。它通过同步绘制多个不同频率和相位的波形图，实现对复杂信号的观察和分析。这种方法需要较高的采样率和复杂的处理算法，适用于高速和高精度信号的测量。

除了上述两个关键因素外，示波器还有其他一些重要参数和功能，如带宽、灵敏度、噪声等。这些参数和功能的选择和优化，对于示波器的性能和使用效果起着至关重要的作用。

总的来说，模拟示波器的工作及显示原理涉及到多个复杂的电路设计和信号处理过程。通过理解这些原理，我们可以更好地了解示波器的性能特点，选择合适的参数和功能，以适应不同的测量需求。同时，随着科技的不断发展，现代数字示波器和虚拟示波器也逐渐普及，它们利用数字信号处理技术和计算机技术，为波形分析和测量提供了更丰富的功能和更灵活的操作体验。