阴极射线示波器好比是一个巧妙的画家，它是无线电工作者的得力助手。人们本来看不见的许多电现象，如无线电信号的波形、频率、相位、失真和调幅等，它都能形象地描绘出来。在示波器的屏幕上，不仅可以看到正弦波（图1a）、矩形波（b）、减幅振荡（c）和已调幅波（d），还可以看到中频变压器的谐振曲线（e）和磁性材料的磁滞回线（f）。根据示波器画出的不同曲线，可以测出电压的大小、频率的高低，以及失真的程度等等，还可以解释很多现象，证实很多原理。
这些有价值的奇妙图案是怎样画出来的呢？
一、画家的画板和画笔
示波器里有一个颈子细长，而脑袋挺大象个喇叭口似的玻璃泡，这就是示波器里的主角——阴极射线示波管（图2），通常简称为示波管。
示波管的管泡内抽成真空，它内部的结构如图3所示，一共分三部分：最前面的是萤光屏，中间是偏向板，后面是电子枪。
1．萤光屏
示波管的管底是一个玻璃圆屏，圆屏的内壁涂有一层萤光粉，所以叫做萤光屏。当高速度的电子打到萤光屏上时，就能发出光来。这种光因为涂的材料不同而有绿、紫、蓝等好几种颜色，看起来都很柔和舒适。而且当电子打过后，这种光不会马上熄灭，它还能稍稍延迟一会儿，使图形在屏幕上多停留一会儿，好让我们从容地观察。这块屏幕可以说是画家的画板，它的所有“作品”都在这上面展现出来。
2.电子枪
电子枪能发出一股比枪弹还快的高速电子。正是用这股电子打在前面的萤光屏上使它发出光来。这个电子枪是由好几部分组成的：
（1）灯丝与阴极——阴极是一个金属圆筒，里面放着灯丝。当灯丝加热后，阴极朝向萤光屏的那一面就会发射出大量的电子。
（2）控制极——它正套在阴极的前面，也是一个金属圆筒，而正对着阴极的中心有一个小孔。从阴极射出的电子从小孔里钻出来时就挤成细细的一小股，我们称它为电子束，它打到前面的屏幕上就成为一个小小的亮点。控制极上加有负电压，它的作用和电子管中控制栅的作用相似。控制极电压负得多，钻出来的电子就很少，屏幕上的亮点就不太亮。反之，控制极电压负得少，钻出的电子就较多，亮点就比较亮。因此，改变控制极的电压就可以改变亮点的亮暗。示波器面板上的”亮度”（或“辉度”）旋钮就是调节它用的。
（3）第一阳极——它又在控制极的前面，构造和控制极差不多，不过它上面加的却是很高的正电压，一般总在三四百伏特上下。这么高的电压吸引了电子束，使它获得了很高的速度，飞速前进。
电子束在前进时，因为电子都带负电，彼此互相排斥，慢慢地就会散开，这样在屏幕上看到的就不会是一个小亮点，而变成模模糊糊的一片了。第一阳极不但能使电子快快地前进，还能叫它们乖乖地团结在一起，不再散开。它的工作原理和光学透镜的聚焦作用相似。图4表明了它的聚焦过程。在控制极和第一阳极间有电场存在。可以改变电子运动的速度和方向。它的作用好比是一个透镜，把电子聚成一束。图4a表示示波管的工作情况，图4b表示与之相当的光学透镜。因为第一阳极具有这种特性，所以又称它为聚焦极。这种聚焦方法就称为静电聚焦，使电子聚焦的“透镜”就叫做“电子透镜”。如果增减第一阳极的电压，就可以调节光点的粗细，使画出来的图形更清晰些。示波器面板上的“聚焦”旋钮就是起这种调整作用的。
第一阳极圆筒中有几个中间带有小孔的金属圆片，用来挡住散开的电子，使通过的电子束限制在窄细的范围内。
（4）第二阳极——它的结构和第一阳极相同，不过它的电压还要高，往往在一千伏特以上。这样，它不但使电子又聚焦一次，而且大大地加快了电子奔跑的速度，使它们飞快地打到屏幕上去。因此我们称第二阳极为加速极。
电子枪中这束高速电子，可以说是“画家”的“画笔”，利用它就可以在“画板”——萤光屏上画出我们所需要的图案来。
3．偏向板
光有笔和画板还不行，因为这支笔还不会活动呢！从图4清楚地看到，电子束老打在萤光屏的中心成为一个小小的亮点。这时候就需要有一只灵巧的手去挥动这支不平凡的笔。这任务就是由电子枪和萤光屏之间的偏向板来完成的。
从图3看到，偏向板一共有两对，一对水平地放着，另一对垂直地放着。从示波管正面看过去便象图5那样。
如果在垂直偏向板上加一个直流电压（图6），那么电子束中的电子就受正电荷的吸引和负电荷的推斥而改变运动的方向，结果屏幕上光点就会从中心向上偏移一个距离。这个电压的数值愈大，偏移距离d也愈大。如果改变它的数值和极向，就可以使光点上下移动。同样，如果在水平偏向板上也加上这种直流电压，就可以使光点沿着水平轴左右移动。如果在这二对板上都加电压，并任意调节。那么这支笔就会随我们的意到达画板上任何位置。图7中表示了所加电压与光点位置的关系。
示波器面板上有一个“水平位移”和一个“垂直位移”的旋钮就是用来调节偏向板上所加电压的大小的。
二、“画家”是怎样绘画的
1．画直线
挥动这支笔的任务首先落到“扫描电压”的身上。扫描电压也称为锯齿电压（图8）。开始的时候，它的电压值是零，随着时间的增加，电压值也逐渐增大，直到增大到一个最大值U\(_{最大}\)后又突然降到零。以后又慢慢增加，又陡然降到零，这样不断地重复。
我们先把水平偏向板上的直流电压调到使光点停在屏幕上a点的位置，然后再把这个锯齿电压加到水平偏向板上去，如图9（b）所示。可以想象，当锯齿电压为零时，光点仍停在a点。当锯齿电压逐渐增大时，电子束就渐渐向右移动。假定我们调节锯齿电压的U\(_{最大}\)值使光点在这个数值时正好停在屏幕右侧的b点上，那么，当锯齿电压从0变至U最大时，电子束就在屏幕上从a到b划出一条水平线。当锯齿电压突然从U\(_{最大}\)跳回到0时，这光点也突然从b点跳到a点。在锯齿电压的下一个周期内，它又划出同样的一条水平线。这个过程就叫做扫描。随着锯齿电压的不断变化，这支笔也不断从左扫到右，画出一条明亮的直线来。
2．画各种波形
假定我们把一个正弦形的交流电信号适当地放大后加到示波管的垂直偏向板上，同时水平偏向板上仍按上述方法加上直流电压和锯齿电压。再假定这两个电压的周期相同，起始点也相同，都是从零开始的。那么，示波器荧光屏上将出现什么样的图形呢？
我们把这两个电压的周期分成八个等分，分别以t\(_{1}\)、t2……表示。从图10看到，当时间从0变到t\(_{1}\)时，水平偏向板上的电压要使光点从原点0向右移，而垂直偏向板上的交流电压正好是正半周，它要光点向上移，结果电子束就不得不打在点“1”的位置上。当时间到t2时，光点就打在点“2”……因为两对偏向板上所加的电压都是连续不断的，所以光点的移动也是连续不断的，结果绘出来的就变成图10中从“0”到“8”的一条曲线。当锯齿电压从U\(_{最大}\)突然跳回零时，光点立即从点“8”突然跳回“0”。这时，垂直偏向板上的交流电压正好是在t0，也就是第二个周期的零点上，因此在第二个周期中画出的曲线正好和刚才完全重合。而这条曲线恰好是我们加在垂直偏向板上的交流电压的波形，它正是我们要求示波器描绘的图形。
显而易见，如果我们想看的波形不是正弦形的，而是其它形状，如锯齿形、矩形、甚至种种奇形怪状的，也可以用上述方法让示波器给我们描绘出来。如果利用其它附属设备，那描绘的图形就更复杂多样了。
三、问题并不这样简单
首先，我们需要观察各种不同频率的信号，因此必须有不同频率的锯齿波电压去配合它。这就要求扫描电压的频率可以随意变化。示波器面板上常有“扫波转换”旋钮，就是用来选择扫描电压频率的；而“扫波微调”的旋钮则可以进一步细微地调节频率。
上面所讲的是信号电压频率稳定不变的情况。如果信号电压的频率突然有了一点变化，那么扫描电压的周期就和它不相等了，第二次画的图形就不会和第一次的重合，第三次的又不和第二次的重合，于是看起来是无数波形的重迭，乱成一片，无从分辨。最好的办法是使扫描电压的频率也跟着发生一点变化，随时自动地调整，紧紧跟上信号电压的脚步，合拍合辙地工作，这样才能保证图形固定不动。因此，我们还必须有一套所谓“同步”的系统，随时适应这种细微的变化来保证稳定的工作。示波器上的“同步开关”和“同步信号”就是起这种作用的。
放大器当然是不可少的，因为示波管的偏向板上往往要加好几十伏的电压才能使光点偏移一厘米的距离，而信号电压则常常是较小的。为了适应信号电压大小的变化，放大器的放大量应该能随意调节。面板上的“水平放大”和“垂直放大”就是指这种调节作用。
最后，不论是示波管，扫描电压发生器和放大器都需要交直流电源。因此一架最简单的示波器必须具备图11中的那几个主要部分。实际的示波器当然比这要复杂些。如果还想观察一下特殊的图形，就要加上一些附加装置。但它们的基本工作原理仍是相似的。（方波）