Oscyloskopowy generator sygnałów i zastosowania szerokopasmowych sygnałów radarowych
Jak działa oscyloskop
Oscyloskop to elektroniczny przyrząd pomiarowy, który wykorzystuje właściwości lamp oscyloskopu elektronicznego do przekształcania przemiennych sygnałów elektrycznych, których ludzkie oko nie może bezpośrednio zaobserwować na obrazy i wyświetlania ich na ekranie fluorescencyjnym w celu pomiaru. Jest niezbędnym i ważnym instrumentem do obserwacji zjawisk eksperymentalnych obwodów cyfrowych, analizowania problemów w eksperymentach i pomiaru wyników eksperymentów. Oscyloskop składa się z lampy oscyloskopowej i układu zasilania, układu synchronizacji, układu odchylania osi X, układu odchylania osi Y, układu skanowania opóźnienia i standardowego źródła sygnału.
1. Lampa oscyloskopowa
Lampa elektronopromieniowa (CRT), zwana lampą oscyloskopową, jest rdzeniem oscyloskopu. Zamienia sygnały elektryczne na sygnały świetlne. Jak pokazano na rysunku 1, działo elektronowe, układ odchylający i ekran fosforowy są zamknięte w szklanej obudowie próżniowej, tworząc kompletną rurę oscyloskopu.
(1) Ekran fluorescencyjny
Dzisiejsze ekrany lamp oscyloskopowych mają zwykle płaszczyzny prostokątne, z warstwą materiału fosforescencyjnego osadzoną na wewnętrznej powierzchni, tworząc film fluorescencyjny. Do folii fluorescencyjnej często dodaje się warstwę odparowanej folii aluminiowej. Elektrony o dużej prędkości przechodzą przez folię aluminiową i uderzają w luminofor, tworząc jasne plamy. Folia aluminiowa ma wewnętrzne odbicie, co jest korzystne dla poprawy jasności jasnych punktów. Folia aluminiowa ma również inne funkcje, takie jak odprowadzanie ciepła.
Kiedy bombardowanie elektronami ustanie, jasna plama nie może zniknąć natychmiast, ale musi pozostać przez pewien czas. Czas potrzebny, aby jasność jasnego punktu spadła do 10% jej pierwotnej wartości, nazywany jest „czasem poświaty”. Czas poświaty krótszy niż 10 μs nazywany jest poświatą bardzo krótką, 10 μs-1 ms to poświata krótka, 1 ms-0,1 s to poświata średnia, 0,1 s-1 s to poświata długa, a ponad 1 s jest wyjątkowo długą poświatą. Ogólnie rzecz biorąc, oscyloskopy są wyposażone w lampy oscyloskopowe o średniej trwałości, oscyloskopy o wysokiej częstotliwości charakteryzują się krótką trwałością, a oscyloskopy niskiej częstotliwości charakteryzują się długą trwałością.
(2) Wyrzutnia elektronowa i ognisko
Wyrzutnia elektronowa składa się z żarnika (F), katody (K), siatki (G1), przedniej elektrody przyspieszającej (G2) (lub drugiej siatki), pierwszej anody (A1) i drugiej anody (A2). Jego funkcją jest emitowanie elektronów i tworzenie bardzo cienkiej, szybkiej wiązki elektronów. Żarnik jest zasilany energią w celu ogrzania katody, a katoda emituje elektrony po podgrzaniu.
Siatka to metalowy cylinder z małym otworem na górze, który jest umieszczony na zewnątrz katody. Ponieważ potencjał bramki jest niższy niż katody, kontroluje on elektrony emitowane przez katodę. Ogólnie rzecz biorąc, tylko niewielka liczba elektronów o dużej początkowej prędkości ruchu może przejść przez otwory bramki i przedostać się do ekranu fluorescencyjnego pod wpływem napięcia anodowego. Elektrony z małą prędkością początkową nadal wracają na katodę.
Jeżeli potencjał bramki jest zbyt niski, wszystkie elektrony wracają do katody, czyli lampa zostaje wyłączona. Regulacja potencjometru W1 w obwodzie może zmienić potencjał bramki i kontrolować gęstość przepływu elektronów do ekranu fluorescencyjnego, regulując w ten sposób jasność jasnego punktu. Pierwsza anoda, druga anoda i przednia elektroda przyspieszająca to trzy metalowe cylindry umieszczone na tej samej osi co katoda. Przedni biegun przyspieszający G2 jest podłączony do A2, a przyłożony potencjał jest wyższy niż A1. Dodatni potencjał G2 przyspiesza elektrony z katody w kierunku ekranu fluorescencyjnego.
Gdy wiązka elektronów przemieszcza się od katody do ekranu fosforowego, ulega dwóm procesom ogniskowania. Pierwsze ogniskowanie zostaje zakończone przez K, G1 i G2. K, K, G1 i G2 nazywane są pierwszymi elektronicznymi soczewkami lampy oscyloskopowej. Drugie ogniskowanie następuje w obszarach G2, A1 i A2. Regulacja potencjału drugiej anody A2 może sprawić, że wiązka elektronów zbiegnie się w jednym punkcie na ekranie fluorescencyjnym. To jest drugie skupienie. Napięcie na A1 nazywane jest napięciem skupiającym, a A1 nazywane jest także biegunem skupiającym. Czasami regulacja napięcia A1 nadal nie pozwala na dobre skupienie i napięcie drugiej anody A2 wymaga dostrojenia. A2 nazywana jest także pomocniczą elektrodą skupiającą.
(3) System odchylania
System odchylania steruje kierunkiem wiązki elektronów, dzięki czemu plamka świetlna na ekranie fluorescencyjnym zmienia się wraz z sygnałem zewnętrznym, odwzorowując przebieg mierzonego sygnału. Na rysunku 8.1 dwie pary wzajemnie prostopadłych płytek odchylających Y1, Y2 oraz Xl, X2 tworzą układ odchylający. Płytka odchylająca oś Y znajduje się z przodu, a płytka odchylająca oś X z tyłu, dzięki czemu czułość osi Y jest wysoka (zmierzony sygnał jest dodawany do osi Y po przetworzeniu). Napięcie przykładane jest odpowiednio do dwóch par płytek odchylających, w wyniku czego pomiędzy dwiema parami płytek odchylających powstaje pole elektryczne, które kontroluje ugięcie wiązki elektronów odpowiednio w kierunku pionowym i poziomym.
