关于模拟示波器的显示灰度问题

hornet888

一直以为模拟示波器显示灰度反映的是信号的强弱，刚才在别的板块被坛友指出这个认识是错误的。后来在网上找到一段话：

模拟示波器用阴极射线示波管显示波形，示波管的带宽与模拟示波器的相同，亦即示波管内的电子运动速度与信号频率成正比，信号频率越高电子速度越快，示波管屏幕的亮度与电子束的速度成反比，低频波形的亮度高，高频波形的亮度低。利用荧光屏的亮度或灰度容易获得信号的第三维信息，如用屏幕垂直轴表示幅度，水平轴表示时间，则屏幕亮度可表示信号幅度随时间分布的变化。这种与时间有关的荧光余辉（灰度定标）效应对观察混合波形和偶发波形十分有效。

上述这段文字中所说的“电子束速度”应该指的是什么速度呢？是电子从电子枪到屏幕的运动速度？还是电子打到屏幕上形成的光点在屏幕平面内的运动速度？

“示波管屏幕的亮度与电子束的速度成反比，低频波形的亮度高，高频波形的亮度低”这句话也不好理解。有没有高手帮忙解释解释？谢谢了！

twsg

电子束速度指的是扫描速度，高频扫描周期短，电子束在屏幕上的移动的时间就短，所以亮度也就低

“示波管屏幕的亮度与电子束的速度成反比，低频波形的亮度高，高频波形的亮度低”，这句话的意思就是上面我说的，在不改变示波器亮度的情况下，高频信号亮度肯定会比低频信号亮度要低（前提是波形要展开），实际测量一下就知道了

hornet888

twsg 发表于 2022-10-4 20:29
电子束速度指的是扫描速度，高频扫描周期短，电子束在屏幕上的移动的时间就短，所以亮度也就低

“示波管 ...

感谢指点！不过还是有个疑问：高频它刷新快，屏幕上一个像素一秒钟内被轰击两次应该比一秒钟内只被轰击一次是不是要亮呢……如果这个逻辑成立，那高频信号岂非要显示得更亮一些？

washu

基本上写这种文章的人中文学得是不太好的 甚至说不定就是直接翻译老外的文章，译者自己都没搞清楚老外在说啥

上述这段文字中所说的“电子束速度”，就是指光点在屏幕平面内的运动速度，但显然这个说法是有歧义的。

至于为什么模拟波波亮度和光点移动速度成反比，且低频亮度高高频亮度低，这个问题涉及到示波器的触发和消隐问题，为了让波形稳定在屏幕上显示，示波器有一个触发电路，一般预设一个条件比如 Y 轴电压达到比如 0V 开始触发示波器 X 轴产生三角波，推动光点（其 X 轴分量）从波波最左边按设定时间匀速移动到最右边，然后，波波需要消隐一段时间，因为这个 X 轴的三角波的回扫需要一点点时间，在这个时间内，示波管电子束会被关断，以免产生回扫波形干扰你观看。

燃鹅电路的速度是有限的，不管是触发还是消隐，每秒钟示波器能做大概多少次这个无法无限提高，我不记得高端模拟波波能做到多少次了，但显然比较有限，也就是说，假设触发和消隐需要 2us 时间，你观看 1kHZ 波形，X 轴 500us/div，我不记得模拟波波多少 div 了假设 10 div 吧，从左扫到右就是 5ms + 2us = 5002us，一秒钟实际上重复扫了接近 200 次，光点重复扫描的时间接近 1 秒，光点消隐的时间只有 不到 400us，所以亮度高

如果你测一个 1M 波形，X 轴 500ns/div，从左扫到右就是 5us，消隐时间 2us，那么大概一秒钟内有 0.7 秒光点在扫描，有大概 0.3 秒在消隐，所以你看到波形亮度就会降低一些；如果频率更高，那么扫描占的时间比就更低一些，消隐咱的时间比就更高一些，因此看起来波形亮度就更低了。

gmchen

这段话最后的例子还勉强可以，前面的“电子速度”简直不知所云。
电子从电子枪到屏幕的运动速度取决于示波管的高压等因素，与信号频率无关。
光点在屏幕平面内的运动速度取决于示波器X轴的扫描速度，也与信号频率无关。
实际上，模拟示波器在显示波形时，电子束扫过的地方荧光粉发光，但是此光迹只能维持很短的一个时间，称为示波管的余辉时间。若波形是稳定重复的（如稳定的正弦信号），那么在触发同步下该波形将重复出现在同一个轨迹上，上一次的余辉还未消失下一次又来了，所以显示的波形很亮。若波形是不重复的，那么它在示波管上的轨迹只显示很短的时间，看起来就很暗淡。若波形中有不断重复的成分也有重复次数少的成分，那就是开始那段话后面的例子的情况。
早年为了观察单次出现的波形，还有一种用长余辉的示波管制造的示波器，使得单次出现的波形可以在示波管上维持一段较长的显示，以便于观察。现在的数字存储示波器可以方便地观察单次波形，但是也同时丢失了利用波形辉度获得额外信息的能力。

twsg

hornet888 发表于 2022-10-4 20:39
感谢指点！不过还是有个疑问：高频它刷新快，屏幕上一个像素一秒钟内被轰击两次应该比一秒钟内只被轰击一 ...

如果亮度固定，那么从电子枪出来的电子的速度就是固定的，这个不受信号频率的影响，但是扫描速度是跟频率成正比的，这就好比你用一个水枪从左向右（当然，其他单一方向也是可以的）的向墙上喷水，如果你晃动的快，墙上的水就少些，如果你晃动的慢，墙上的水就会多些，墙上的水印就相当于示波器在屏幕上的波形，这样好理解些吧

washu

gmchen 发表于 2022-10-4 20:44
...现在的数字存储示波器可以方便地观察单次波形，但是也同时丢失了利用波形辉度获得额外信息的能力。

有个东西叫做数字荧光...

hornet888

washu 发表于 2022-10-4 20:40
基本上写这种文章的人中文学得是不太好的  甚至说不定就是直接翻译老外的文章，译者自己都没搞清楚老外 ...

您的说法我理解了，但又有一个问题：在不同的扫描频率下，消隐的时间是固定不变的吗？会不会在高频扫描下，消隐的时间也相应会短一些？

gmchen

washu 发表于 2022-10-4 21:10
有个东西叫做数字荧光...

是的，数字荧光示波器可以像模拟示波器一样有辉度信息，就是为了弥补数字示波器的不足而产生的

washu

hornet888 发表于 2022-10-4 20:39
感谢指点！不过还是有个疑问：高频它刷新快，屏幕上一个像素一秒钟内被轰击两次应该比一秒钟内只被轰击一 ...

不是按次数算的，是按持续总时间算的，一秒钟轰击一千次，每次持续时间一微秒，和一秒钟轰击一百万次每次持续时间一纳秒，亮度是一样的，该点的被持续轰击时间都是一毫秒。

摸泥波波高频亮度下降，就是因为低频时轰击总时间足够长而消隐时间相对微不足道，高频轰击总时间变短、消隐时间相对变长导致的，要搞清楚这个消隐的问题。

hornet888

gmchen 发表于 2022-10-4 20:44
这段话最后的例子还勉强可以，前面的“电子速度”简直不知所云。
电子从电子枪到屏幕的运动速度取决于示波 ...

您的解释我也理解了：稳定的波形因为在一定时间内反复重复所以亮，不稳定的波形在同样时间内重复次数少所以暗，可以将波形的亮或者暗视作为波形在一段时间内出现的概率，这个就跟数字荧光示波器DPO的原理对应上了，或者说后者当初追求的目标正是模拟示波器的这个特性。

washu

hornet888 发表于 2022-10-4 21:12
您的说法我理解了，但又有一个问题：在不同的扫描频率下，消隐的时间是固定不变的吗？会不会在高频扫描下 ...

这个应该说，触发和消隐占的时间不能无限缩短，但我确实没研究过是不是低频的时候它更长一些

hornet888

washu 发表于 2022-10-4 21:15
不是按次数算的，是按持续总时间算的，一秒钟轰击一千次，每次持续时间一微秒，和一秒钟轰击一百万次每次 ...

对的，我在顶楼摘抄的那段文字根本没提及消隐这个问题，而恰恰是消隐导致了信号重复时间占比或者说消隐时间占比的高低变化进而直接导致了亮度的变化。

hornet888

再次感谢楼上各位坛友的热心指点，这个问题我算是搞明白了。

大孔景元

即使把电子束速度理解成扫描速度，论述也是错误的

屏幕亮度与x扫描正程的占空比有关，与扫描频率无关，如果是连续扫描，只要辉度旋钮不动，观察100赫信号和观察10兆信号显示亮度是相同的