Katodinių spindulių osciloskopai - darbo ir veikimo detalės

Šiame įraše mes išsamiai aptarsime, kaip veikia katodinių spindulių osciloskopai (CRO) ir jo vidinė konstrukcija. Mes taip pat sužinosime, kaip naudoti CRO naudojant įvairius valdiklius, ir suprasime įvairių įvesties signalų grafinius vaizdus srities ekrane.

Katodinių spindulių osciloskopų (CRO) svarba

Mes žinome, kad dauguma elektroninių grandinių yra griežtai susijusios su elektronine arba skaitmenine signalo forma, kurios paprastai gaminamos kaip dažnis. Šie signalai vaidina svarbų vaidmenį tokiose grandinėse: garso informacija, kompiuteriniai duomenys, televizijos signalai, osciliatoriai ir laiko generatoriai (naudojami radaruose) ir kt. Todėl tiksliai ir teisingai išmatuoti šiuos parametrus tampa labai svarbu bandant ir šalinant šių tipų problemas grandinių

Dažniausiai prieinami skaitikliai, pvz., Skaitmeniniai ar analoginiai multimetrai, turi ribotas galimybes ir gali matuoti tik nuolatinės arba kintamosios įtampos, srovės ar impedansų rodiklius. Kai kurie patobulinti matuokliai gali matuoti kintamosios srovės signalus, tačiau tik tuo atveju, jei signalas yra labai patobulintas ir yra specifinių neiškreiptų sinusinių signalų pavidalu. Taigi šie skaitikliai neatitinka tikslo analizuojant grandines, kuriose yra bangos formos ir laiko ciklai.

Priešingai, osciloskopas yra įtaisas, suprojektuotas tiksliai priimti ir matuoti bangos formą, kad vartotojas galėtų praktiškai vizualizuoti impulso ar bangos formą.

CRO yra vienas iš tų aukštos kokybės osciloskopų, leidžiančių vartotojui pamatyti vizualų atitinkamos pritaikytos bangos formos vaizdą.

Jame naudojamas katodinių spindulių vamzdis (CRT), skirtas generuoti regimąjį ekraną, atitinkantį signalą, įvestą kaip bangos formą.

CRT viduje esantis elektronų pluoštas reaguoja į įvesties signalus per nukreiptus judesius (šluoja) per vamzdžio (ekrano) paviršių, ekrane sukurdamas vizualų pėdsaką, vaizduojantį bangos formą. Šie nenutrūkstami pėdsakai leidžia vartotojui ištirti bangos formą ir išbandyti jos charakteristikas.

Osciloskopo ypatybė gaminti tikrąjį bangos formos vaizdą tampa labai naudinga, palyginti su skaitmeniniais multimetrais, kurie gali pateikti tik skaitines bangos formos vertes.

Kaip visi žinome, kad katodinių spindulių osciloskopai veikia su elektronų pluoštais, rodydami įvairius rodmenis osciloskopo ekrane. Spinduliui nukreipti ar horizontaliai apdoroti vadinama operacija šlavimo įtampa yra vertikalus apdorojimas matuojamos įėjimo įtampos pagrindu.

„CATHODE RAY“ VAMZDIS - TEORIJA IR VIDAUS STATYBA

Katodinių spindulių osciloskopo (CRO) viduje katodinių spindulių vamzdis (CRT) tampa pagrindine prietaiso sudedamąja dalimi. CRT tampa atsakingas už kompleksinio bangos formos vaizdo generavimą srities ekrane.

CRT iš esmės sudaro keturios dalys:

1. Elektronų pistoletas elektronų pluoštui generuoti.
2. Fokusuojantys ir greitinantys komponentai, skirti sukurti tikslų elektronų pluoštą.
3. Horizontalios ir vertikalios nukreipiančios plokštės, skirtos manipuliuoti elektronų pluošto kampu.
4. Iškrautas stiklo korpusas, padengtas fosforesuojančiu ekranu, kad būtų sukurtas reikalingas matomas švytėjimas, reaguojant į elektrono pluošto smūgį į jo paviršių.

Šiame paveikslėlyje pateikiamos pagrindinės CRT konstrukcijos detalės

Dabar supraskime, kaip CRT veikia su pagrindinėmis funkcijomis.

Kaip veikia katodinių spindulių osciloskopas (CRO)

Karštas siūlas CRT viduje naudojamas vamzdžio, sudaryto iš oksido dangos, katodo (K) pusei kaitinti. Tai lemia greitą elektronų išsiskyrimą iš katodo paviršiaus.

Elementas, vadinamas valdymo tinkleliu (G), valdo elektronų kiekį, kuris gali praeiti toliau per vamzdžio ilgį. Tinklelio įtampos lygis lemia elektronų kiekį, kuris išsiskiria iš įkaitinto katodo, ir kiek jų leidžiama judėti į priekį link vamzdžio paviršiaus.

Kai elektronai pranoksta valdymo tinklelį, jie per tolesnį fokusavimą patenka į aštrų spindulį ir greitą greitį anodo pagreičio pagalba.

Šis labai pagreitintas elektronų pluoštas kitoje fazėje praeina tarp kelių nukreipimo plokščių rinkinių. Pirmosios plokštės kampas arba orientacija laikomi taip, kad jie nukreiptų elektronų pluoštą vertikaliai aukštyn arba žemyn. Tai savo ruožtu kontroliuojama įtampos poliškumu, taikomu šioms plokštėms.

Taip pat pagal tai, kiek leidžiamas įlinkis ant sijos, lemia įtampa, padėta ant plokščių.

Tada šis valdomas nukreiptas spindulys įgauna didesnį pagreitį dėl labai aukštos įtampos, kurios yra ant vamzdžio, o tai galiausiai sukelia smūgį į vamzdžio vidinio paviršiaus fosforescuojančio sluoksnio dangą.

Tai akimirksniu sukelia fosforo švytėjimą, reaguojant į elektronų pluošto smūgį, sukuriantį matomą švytėjimą ekrane vartotojui, tvarkančiam sritį.

CRT yra nepriklausomas komplektas, turintis atitinkamus gnybtus, išsikišusius per galinę bazę į specialius kištukus.

Rinkoje yra įvairių formų CRT, kurių matmenys yra skirtingi, su skirtingais fosforu padengtais vamzdeliais ir nukreipimo elektrodais.

Dabar pagalvokime, kaip CRT naudojamas osciloskope.

Bangos formos modeliai, kuriuos mes vizualizuojame tam tikram pavyzdiniam signalui, vykdomi taip:

Kai šlavimo įtampa horizontaliai perneša elektroninį pluoštą CRT ekrano vidiniame paviršiuje, tuo pačiu metu matuojamas įvesties signalas priverčia spindulį nukreipti vertikaliai, sukuriant reikiamą modelį ekrano diagramoje, kad galėtume atlikti analizę.

Kas yra vienas valymas

Kiekvienas elektronų pluošto plovimas CRT ekrane atliekamas su daliniu „tuščiu“ laiko intervalu. Šios tuščios fazės metu spindulys trumpam išsijungia, kol pasieks pradinį tašką arba ankstesnę kraštutinę ekrano pusę. Šis kiekvieno valymo ciklas vadinamas „vienas sijos šlavimas“

Norint gauti stabilų bangos formos ekraną, elektronų pluoštas turėtų būti „šluojamas“ pakartotinai iš kairės į dešinę ir atvirkščiai, naudojant identišką kiekvieno valymo vaizdą.

Norėdami tai pasiekti, būtina atlikti operaciją, vadinamą sinchronizavimu, kuri užtikrina, kad pluoštas grįžtų ir pakartotų kiekvieną valymą iš tiksliai to paties ekrano taško.

Teisingai sinchronizavus, bangos formos piešinys ekrane atrodo stabilus ir pastovus. Tačiau jei sinchronizavimas netaikomas, atrodo, kad bangos forma lėtai slenka horizontaliai nuo vieno ekrano galo link kito galo.

Pagrindiniai CRO komponentai

Esminius CRO elementus galima pamatyti 22.2 paveiksle. Pirmiausia ketiname išanalizuoti CRO operacinę informaciją apie šią pagrindinę blokinę diagramą.

Norint prasmingo ir atpažįstamo pluošto įlinkio bent nuo centimetro iki kelių centimetrų, tipinis deformacinių plokščių įtampos lygis turi būti mažiausias - dešimtys ar net šimtai voltų.

Atsižvelgiant į tai, kad impulsai, įvertinti per CRO, paprastai būna tik kelių voltų stiprumo arba ne daugiau kaip kelių milivoltų, reikia tinkamų stiprintuvų grandinių, kad įvesties signalas padidėtų iki optimalaus įtampos lygio, būtino vamzdžiui paleisti.

Tiesą sakant, naudojamos stiprintuvo pakopos, kurios padeda nukreipti spindulį tiek horizontalioje, tiek vertikalioje plokštumose.

Kad būtų galima pritaikyti analizuojamo įvesties signalo lygį, kiekvienas įėjimo impulsas turi pereiti per slopintuvo grandinės pakopą, skirtą padidinti ekrano amplitudę.

ĮTAMPOS ŠLAVIMO VEIKIMAS

Įtampos šlavimo operacija vykdoma tokiu būdu:

Tais atvejais, kai vertikali įvestis laikoma 0 V įtampoje, elektronų pluoštas turėtų būti matomas vertikaliame ekrano centre. Jei horizontaliam įėjimui 0% yra identiškai pritaikytas, spindulys yra ekrano centre, atrodo kaip kietas ir kanceliarinis DOT centre.

Dabar šį „tašką“ galima perkelti bet kur ekrano paviršiuje, paprasčiausiai manipuliuojant horizontaliais ir vertikaliais osciloskopo valdymo mygtukais.

Taško padėtis taip pat gali būti keičiama per tam tikrą nuolatinės srovės įtampą, įvedamą osciloskopo įėjime.

Šis paveikslėlis parodo, kaip tiksliai taško padėtį galima valdyti per CRT ekraną per teigiamą horizontalią įtampą (į dešinę) ir neigiamą vertikalią įėjimo įtampą (žemyn nuo centro).

Horizontalus šlavimo signalas

Kad signalas taptų matomas CRT ekrane, būtina įjungti šviesos pluošto nukreipimą per horizontalų šlavimą per ekraną, kad bet kokia atitinkama vertikalaus signalo įvestis leistų pokyčiams atsispindėti ekrane.

Iš žemiau esančio 22.4 paveikslo galime vizualizuoti tiesią liniją ekrane, gautą dėl teigiamos įtampos tiekimo į vertikalųjį įėjimą per linijinį (pjūklų) šlavimo signalą, taikomą horizontaliam kanalui.

Laikant elektronų pluoštą per pasirinktą fiksuotą vertikalų atstumą, horizontali įtampa priversta judėti nuo neigiamos iki nulio į teigiamą, todėl pluoštas eina iš kairės ekrano pusės, į centrą ir į dešinę ekrano pusę. ekranas. Šis elektronų pluošto judėjimas sukuria tiesią liniją virš centrinės vertikaliosios atskaitos, rodant atitinkamą nuolatinės srovės įtampą žvaigždės šviesos linijos pavidalu.

Užuot gaminusi vieną valymą, šlavimo įtampa įgyvendinama taip, kad veiktų kaip ištisinė bangos forma. Tai iš esmės siekiama užtikrinti, kad ekrane būtų matomas nuoseklus ekranas. Jei naudojamas tik vienas valymas, jis neužtruks ir akimirksniu išnyks.

Todėl CRT viduje per sekundę generuojami pakartotiniai valymai, dėl kurių mūsų regėjimas išlieka ekrane ištisine bangos forma.

Jei sumažintume pirmiau nurodytą valymo greitį, atsižvelgiant į osciloskopo laiko skalę, ekrane būtų galima pamatyti tikrąjį judantį spindulio įspūdį. Jei vertikaliam įėjimui būtų naudojamas tik sinusoidinis signalas be horizontalaus šlavimo, pamatytume vertikalią tiesią liniją, kaip parodyta 22.5 pav.

Jei šio sinusoidinio vertikalaus įėjimo greitis yra pakankamai sumažintas, galime pamatyti elektrono pluoštą, einantį žemyn tiesios linijos keliu.

Naudojant linijinį pjovimo dantų valymą rodyti vertikalų įvestį

Jei norite išnagrinėti sinusinės bangos signalą, turėsite naudoti horizontalaus kanalo braukimo signalą. Tai leis vertikaliame kanale pritaikytą signalą tapti matomu CRO ekrane.

Praktinį pavyzdį galima pamatyti 22.6 paveiksle, kuriame pavaizduota bangos forma, sukurta naudojant horizontalų linijinį nušlavimą kartu su sinusiniu ar sinusiniu įėjimu per vertikalų kanalą.

Tam, kad ekrane gautų vieną ciklą taikomam įėjimui, būtina įvesties signalo ir linijinių valymo dažnių sinchronizacija. Net esant minučių skirtumui arba neteisingai sinchronizuojant ekraną, gali nepavykti parodyti jokio judesio.

Sumažinus valymo dažnį, CRO ekrane gali būti matomas didesnis sinusinio įėjimo signalo ciklų skaičius.

Kita vertus, padidinus šlavimo dažnį, ekrane būtų matomas mažesnis vertikalaus įėjimo sinusinio signalo ciklų skaičius. Tai iš tikrųjų sukeltų padidintą pritaikyto įvesties signalo dalį CRO ekrane.

Išspręstas praktinis pavyzdys:

22.7 paveiksle matome osciloskopo ekraną, kuriame rodomas impulsinis signalas, reaguojant į impulsinę bangos formą, taikomą vertikaliam įėjimui horizontaliu šlavimo būdu.

Kiekvienos bangos formos numeracija leidžia ekrane sekti kiekvieno ciklo įvesties signalo ir šlavimo įtampos pokyčius.

SINCHRONIZAVIMAS IR PAGALBA

Katodinių spindulių osciloskopo koregavimai atliekami koreguojant greitį pagal dažnį, kad būtų sukurtas vienas impulso ciklas, daugybė ciklų arba bangos formos ciklo dalis, ir ši funkcija tampa viena iš CRO yra labai svarbi savybė bet kurios CRO.

22.8 paveiksle matome CRO ekraną, kuriame pateikiamas atsakymas keliems šlavimo signalo ciklams.

Kiekvienam horizontalaus pjūklo valymo įtampos vykdymui per linijinį valymo ciklą (kurio riba yra nuo didžiausios neigiamos ribos nuo nulio iki didžiausio teigiamo) elektronų pluoštas eina horizontaliai per CRO ekrano sritį, pradedant nuo kairės iki centro ir tada ekrano dešinėje.

Po to pjūklo įtampa greitai grįžta į pradinę neigiamą įtampos ribą, elektronų pluoštui atitinkamai judant į kairę ekrano pusę. Per šį laikotarpį, kai šlavimo įtampa greitai grįžta į neigiamą (grįžimas), elektronas praeina tuščią fazę (kai tinklo įtampa neleidžia elektronams smūgiuoti į vamzdžio veidą).

Kad ekrane būtų galima sukurti stabilų signalo vaizdą kiekvienam pluošto pluoštui, būtina pradėti braukimą iš to paties taško įvesties signalo cikle.

22.9 paveiksle matome, kad gana žemas šlavimo dažnis, dėl kurio ekranas rodo kairiosios sijos dreifą.

Nustačius aukštą valymo dažnį, kaip įrodyta 22.10 paveiksle, ekranas rodo, kad ekrane spindulys atrodo dešinėje pusėje.

Nereikia nė sakyti, kad gali būti labai sunku arba neįmanoma sureguliuoti šlavimo signalo dažnį, lygų įvesties signalo dažniui, kad ekrane būtų pastovus ar pastovus braukimas.

Labiau įmanomas sprendimas yra laukti, kol ciklas vėl grįš į pradinį pėdsaką. Šio tipo suaktyvinimas apima keletą gerų savybių, kurias aptarsime tolesnėse dalyse.

Sukelia

Standartinis sinchronizavimo metodas naudoja nedidelę įvesties signalo dalį, skirtą šlavimo generatoriui perjungti, o tai priverčia šlavimo signalą užsiblokuoti arba užsiblokuoti su įvesties signalu, ir šis procesas sinchronizuoja abu signalus.

22.11 paveiksle galime pamatyti bloko schemą, iliustruojančią įvesties signalo dalies ištraukimą a vieno kanalo osciloskopas.

Šis trigerio signalas išgaunamas iš tinklo kintamosios srovės dažnio (50 arba 60Hz), norint analizuoti bet kokius išorinius signalus, kurie gali būti susiję ar susiję su kintamosios srovės tinklu, arba gali būti susijęs signalas, naudojamas kaip vertikalus įvadas CRO.

Kai perjungimo jungiklis perjungtas į „INTERNAL“, įjungimo generatoriaus grandinė gali naudoti dalį įvesties signalo. Tada išėjimo paleidimo generatoriaus išėjimas naudojamas inicijuoti arba paleisti pagrindinį CRO valymą, kuris lieka matomas tam tikrą laikotarpį, kurį nustato srities laiko / cm valdymas.

Suaktyvinimo inicijavimą keliuose skirtinguose signalo ciklo taškuose galima vizualizuoti 22.12 pav. Trigerio valymo veikimą taip pat galima analizuoti pagal gautus bangos formos modelius.

Signalas, kuris naudojamas kaip įėjimas, naudojamas generuojant bangos formą šlavimo signalui. Kaip parodyta 22.13 pav., Valymas pradedamas įvesties signalo ciklu ir jis tęsiasi laikotarpį, nustatytą valymo ilgio valdymo nustatymu. Vėliau CRO operacija laukia, kol įvesties signalas pasieks identišką savo ciklo tašką, prieš pradėdamas naują valymo operaciją.

Pirmiau paaiškintas suveikimo metodas įgalina sinchronizavimo procesą, o ciklų, kuriuos galima peržiūrėti ekrane, skaičių lemia šlavimo signalo ilgis.

KELIŲ FUNKCIJA

Daugelis pažangių CRO palengvina daugiau nei vieno arba kelių pėdsakų rodymą ekrane vienu metu, o tai leidžia vartotojui lengvai palyginti specialias ar kitas specifines kelių bangų formų charakteristikas.

Ši funkcija paprastai įgyvendinama naudojant kelis pluoštus iš kelių elektronų ginklų, kurie sukuria atskirą pluoštą CRO ekrane, tačiau kartais tai taip pat vykdoma per vieną elektronų pluoštą.

Yra keli būdai, kurie naudojami keliems pėdsakams generuoti: ALTERNATE ir CHOPPED. Pakaitiniu režimu du įėjime esantys signalai pakaitomis sujungiami su deformacijos grandinės pakopa per elektroninį jungiklį. Šiuo režimu pluoštas perbraukiamas per CRO ekraną, nesvarbu, kiek pėdsakų bus rodoma. Po to elektroninis jungiklis pakelia antrąjį signalą ir daro tą patį šiam signalui.

Šį darbo režimą galima pamatyti 22.14a pav.

22.14b paveiksle parodytas CHOPPED veikimo režimas, kai pluoštas eina per pasikartojantį jungiklį, kad būtų galima pasirinkti tarp dviejų įvesties signalų kiekvienam pluošto bangos signalui. Šis perjungimo ar kapojimo veiksmas lieka neaptinkamas santykinai žemesniems signalo dažniams ir, matyt, CRO ekrane matomas kaip du atskiri pėdsakai.

Kaip išmatuoti bangos formą naudojant kalibruotas CRO svarstykles

Galbūt matėte, kad CRO ekrano ekraną sudaro aiškiai pažymėta kalibruota skalė. Tai numatyta matuojant atitinkamos pritaikytos bangos formos amplitudes ir laiko faktorių.

Pažymėti vienetai matomi kaip dėžutės, padalytos per 4 centimetrus (cm) iš abiejų dėžių pusių. Kiekviena iš šių langelių papildomai padalijama į 0,2 cm intervalus.

Amplitučių matavimas:

Vertikalią skalę RO ekrane galima matyti kalibruojant voltais / cm (V / cm) arba milivoltais / cm (mV / cm).

Naudodamasis srities valdymo mygtukų nustatymais ir ekrano paviršiuje pateiktais žymėjimais, vartotojas gali išmatuoti arba išanalizuoti bangos formos signalo ar paprastai kintamosios srovės signalo amplitudę nuo piko iki piko.

Štai praktiškas išspręstas pavyzdys, kaip suprasti, kaip amplitudė matuojama CRO ekrane:

Pastaba: Tai yra osciloskopo pranašumas prieš multimetrus, nes multimetrai pateikia tik kintamosios srovės signalo RMS vertę, o sritis gali pateikti tiek RMS vertę, tiek signalo vertę nuo piko iki piko.

Kintamosios srovės ciklo laiko (periodo) matavimas naudojant osciloskopą

Horizontali skalė, pateikta osciloskopo ekrane, padeda mums nustatyti įvesties ciklo laiką sekundėmis, milisekundėmis (ms) ir mikrosekundėmis (μs) ar net nanosekundėmis (ns).

Laiko intervalas, kurį sunaudoja impulsas, norėdamas užbaigti ciklą nuo pradžios iki pabaigos, vadinamas impulso periodu. Kai šis impulsas yra pasikartojančios bangos formos, jo periodas vadinamas vienu bangos formos ciklu.

Štai praktiškas išspręstas pavyzdys, parodantis, kaip nustatyti bangos formos periodą naudojant CRO ekrano kalibravimą:

Pulso pločio matavimas

Kiekviena bangos forma susideda iš didžiausios ir mažiausios įtampos smailių, vadinamų aukšta ir žema pulso būsenomis. Laiko intervalas, kuriam impulsas lieka HIGH arba LOW būsenose, vadinamas impulso pločiu.

Impulsams, kurių kraštai labai staigiai (greitai) kyla ir mažėja, tokių impulsų plotis matuojamas nuo impulso pradžios, vadinamo priekiniu kraštu, iki impulso pabaigos, vadinamos galiniu kraštu, tai pavaizduota 22.19a pav.

Impulsams, kurių pakilimo ir kritimo ciklai yra gana lėti arba vangūs (eksponentinio tipo), jų impulsų plotis matuojamas per 50% jų ciklų lygius, kaip nurodyta 22.19b pav.

Šis išspręstas pavyzdys padeda geriau suprasti aukščiau pateiktą procedūrą:

Supratimas apie impulsų vėlavimą

Laiko intervalo tarpas tarp impulsų pulso cikle vadinamas impulso vėlavimu. Impulsų vėlavimo pavyzdį galima pamatyti žemiau pateiktame 22.21 paveiksle. Mes galime pamatyti, kad vėlavimas čia yra matuojamas tarp vidurio taško arba 50% lygio ir impulso pradžios taško.

22.21 pav

Praktinis išspręstas pavyzdys, parodantis, kaip išmatuoti pulso vėlavimą CRO

Išvada:

Aš bandžiau įtraukti daugumą pagrindinių detalių, susijusių su katodinių spindulių osciloskopu (CRO), ir bandžiau paaiškinti, kaip naudoti šį prietaisą matuojant įvairius dažnio signalus per jo kalibruotą ekraną. Tačiau vis dar gali būti daug daugiau aspektų, kurių čia galėjau praleisti, tačiau karts nuo karto tikrinsiu ir atnaujinsiu daugiau informacijos, kai tai bus įmanoma.

Nuoroda: https://en.wikipedia.org/wiki/Oscilloscope