陰極射線示波器

陰極射線示支器（CathodeRayOscilloscope，CRO），簡稱示波器，是科研和工程技術中最常用的儀器，它可以顯示一路或多路隨時間變化的壓波形，是最通用的電生理信號監測工具。其實，電示波器已經成為一種“第六感官”，也就是我們感官的延伸。

各種信號，無論是正弦波、方波或者更復雜的波形，如果頻率在10-20HZ以上，都可以方便地用示波器來分析。神經動作電位等脈衝信號以及不規則的脈衝序列也可以在示波器上觀察。通用示波器的頻帶寬度至少有20MHz，對於大多數生物電信號是足夠的。但低頻信號最好用記錄儀記錄。

示波器的核心是一個顯像管，這種顯像管與電視機和計算機監視器所用的顯像管相似。在顯像管的頸部有一個與真空電子管相似的電極系統，產生細小的電子束，也就是陰極射線。與電子管--樣，顯像管的電子束也是由加熱的陰極發射的。柵極在這裏稱為門極，用於調節電子束流量，也就是電子束的強度。電子管只有一個陽極，但是顯像管有一排陽極電極，它們各自帶有不同的電壓，具有電子透鏡的作用，將電子束聚焦到屏幕上。，整個電極部分稱為電子槍。如果電子束只是筆直投射到屏幕上，那麼僅在屏幕中心出現一個小點。如果要在屏幕上畫出

所需的波形曲線，就要有兩對外加電極來偏轉電子束，這種電極稱為偏轉板。如圖下圖1所示：

其中一對偏轉板由被測電壓信號控制，在垂直方向偏轉電子束；另一對偏轉板在水平方向偏轉電子束。

水平偏轉板上加的是鋸齒波信號，用於顯示信號隨時問的變化過程，因此，水平偏轉電路稱為時基。這與電視機屏幕的工作方式不同，電視機的偏轉系統是顯像管外部的強磁場，其電子束掃描形成的是平行線組成的連續光柵；而電視信號用於調節電子束強度，在屏幕上形成明暗不同的圖像。示波器不是這樣，在畫波形曲線的過程中，示波器的電子束強度通常保持不變，只在電子束返回起始點的過程中，電子束被抑制。電視機和示波器的同步控制也不同。電視機的水平掃描線在掃描返回點被“斷開”，在這些點處有行同步信號。電視機還有場同步信號，也稱幀同步，在最後一行（即最下面一行）掃描完成之後，場同步信號控制掃描點返回屏幕頂端。在沒有接收電視台信號的情況下，電視機的水平偏轉和垂直偏轉按照自身的設置進行，稱為空運行。 ^[1] 

示波器用另一種不同的方法產生穩定的圖形，稱為觸發。示波器掃描完一條信號曲線之後，其掃描點返回到掃描線的最左端，並在此處等待觸發信號的出現。觸發信號可以來自垂直方向的信號，比如某個被測信號的電壓水平；也可以是獨立的外部觸發信號。例如，當我們用閃光刺激動物的眼睛時，需要觀察從閃光時刻開始記錄的電信號，就可以用閃光信號作為觸發信號。在顯示正弦波信號時，則經常將正向過零點作為觸發信號。

陰極射線示波器是一種萬能的儀表，可用於電信號的檢測和診斷測試以及研究實時變化現象。電子流產生於被加熱的陰極，它還可以被朝向熒光屏的電子槍加速，如下圖2所示：

電子通過一個線圈，這個線圈把電子流匯成一束，電子束再從兩塊垂直和平行金屬板中通過。電場就在金屬板之間產生，而這些餘屬板方向的變化會引起電子束方向的變化。以一種最簡單的方式垂直金屬板被加載隨時間呈線性變化的電壓，同時在水平金屬板上沒有信號，電子束將會自左向右橫過屏幕的垂直移動。此速度將隨電壓增加的頻率而變化，最終電子束將回到起點。假如現在在一秒的變化時間段，電壓被加在水平的金屬板上，這將引起電子束一個垂直的偏差，同時在屏幕上會有一個軌跡，這也反應了一秒內電壓的變化。當電子偏轉時，電子束的運動在屏幕呈現一個熒光的軌跡。軌跡持續的時間是電子束中電子密度和屏幕所塗材料的函數。 ^[2] 

陰極射線示波器是一種應用於多種場合的多功能儀表，它可以切換不同的輸出單位。要求的電壓通過示波器屏幕上的波形的高度或者波與波之間的時間就可以測定。通過切換開關的設定可以得到不同的所需的電壓。更確保的一點是這些電壓能被記憶住。在波形的縱向可以對每個伏特進行校對，在橫向可以對時間進行秒級的校對。測量的精密程度由兩個方面決定：

1、反射在屏幕上的光束的測量精度

2、內置的衰減器和放大器在應用範圍的精度。

屏幕上的格子線通常輔助測量。視覺的錯誤也可以導致～些問題除非這些格子線被固化在屏幕上，同時精確度也依賴所獲得的光束的聚焦程度。在大多數好於1.5級的精度是很容易得到的。基於以上要點，操作者應選擇一個合適的範圍，它包容所有能在屏幕上出現的可觀測到的信號。重要的一點是所選的電路在測量範圍內應是線性的，有了這一點大多數儀表就可以獲得1.0級的精度。 ^[2]