Generator de semnal pe bază de osciloscop și utilizări ale semnalelor radar în bandă largă
Cum funcționează un osciloscop
Un osciloscop este un instrument electronic de măsurare care utilizează caracteristicile tuburilor de osciloscop electronic pentru a converti semnalele electrice alternative care nu pot fi observate direct de ochiul uman în imagini și pentru a le afișa pe un ecran fluorescent pentru măsurare. Este un instrument indispensabil și important pentru observarea fenomenelor experimentale de circuit digital, analiza problemelor din experimente și măsurarea rezultatelor experimentale. Osciloscopul constă dintr-un tub de osciloscop și un sistem de alimentare cu energie, un sistem de sincronizare, un sistem de deviere a axei X, un sistem de deviere a axei Y, un sistem de scanare cu întârziere și o sursă de semnal standard.
1. Tub osciloscop
Tubul cu raze catodice (CRT), denumit tub osciloscop, este miezul osciloscopului. Acesta transformă semnalele electrice în semnale luminoase. După cum se arată în Figura 1, tunul de electroni, sistemul de deviere și ecranul cu fosfor sunt sigilate într-o carcasă de sticlă vid pentru a forma un tub complet de osciloscop.
(1) Ecran fluorescent
Ecranele tubului osciloscop de astăzi sunt de obicei plane dreptunghiulare, cu un strat de material fosforescent depus pe suprafața interioară pentru a forma o peliculă fluorescentă. Un strat de film de aluminiu evaporat este adesea adăugat la filmul fluorescent. Electronii de mare viteză trec prin pelicula de aluminiu și lovesc fosforul pentru a forma puncte luminoase. Folia de aluminiu are reflexie internă, care este benefică pentru îmbunătățirea luminozității punctelor luminoase. Folia de aluminiu are și alte funcții precum disiparea căldurii.
Când bombardamentul cu electroni se oprește, punctul luminos nu poate dispărea imediat, ci trebuie să rămână pentru o perioadă de timp. Timpul necesar pentru ca luminozitatea unui punct luminos să scadă la 10% din valoarea sa inițială se numește „timp de strălucire ulterior”. Timpul de strălucire ulterioară mai scurt de 10 μs este numit luminozitate ulterioară foarte scurtă, 10 μs-1ms este luminozitate ulterioară scurtă, 1ms-0,1s este luminozitate ulterioară medie, 0,1s-1s este luminozitate ulterioară lungă și mai mult de 1s este o strălucire extrem de lungă. În general, osciloscoapele sunt echipate cu tuburi de osciloscop cu persistență medie, osciloscoapele de înaltă frecvență folosesc persistență scurtă, iar osciloscoapele cu frecvență joasă folosesc persistență lungă.
(2) Tunul de electroni și focalizarea
Tunul de electroni este format din filament (F), catod (K), grilă (G1), electrod de accelerare frontal (G2) (sau a doua grilă), primul anod (A1) și al doilea anod (A2). Funcția sa este de a emite electroni și de a forma un fascicul de electroni foarte subțire, de mare viteză. Filamentul este alimentat pentru a încălzi catodul, iar catodul emite electroni atunci când este încălzit.
Grila este un cilindru metalic cu un mic orificiu în partea de sus, care este plasat în afara catodului. Deoarece potențialul de poartă este mai mic decât catodul, acesta controlează electronii emiși de catod. În general, doar un număr mic de electroni cu o viteză inițială mare de mișcare pot trece prin găurile porții și se pot precipita către ecranul fluorescent sub acțiunea tensiunii anodului. Electronii cu viteză inițială mică revin încă la catod.
Dacă potențialul de poartă este prea scăzut, toți electronii revin la catod, adică tubul este oprit. Reglarea potențiometrului W1 din circuit poate modifica potențialul de poartă și poate controla densitatea fluxului de electroni către ecranul fluorescent, ajustând astfel luminozitatea punctului luminos. Primul anod, al doilea anod și electrodul de accelerare frontal sunt trei cilindri metalici pe aceeași axă cu catodul. Polul de accelerație frontal G2 este conectat la A2, iar potențialul aplicat este mai mare decât A1. Potențialul pozitiv al G2 accelerează electronii de la catod către ecranul fluorescent.
Pe măsură ce fasciculul de electroni călătorește de la catod la ecranul cu fosfor, acesta suferă două procese de focalizare. Prima focalizare este completată de K, G1 și G2. K, K, G1 și G2 sunt numite primele lentile electronice ale tubului osciloscopului. A doua focalizare are loc în zonele G2, A1 și A2. Ajustarea potențialului celui de-al doilea anod A2 poate face ca fasciculul de electroni să converge într-un punct de pe ecranul fluorescent. Aceasta este a doua focalizare. Tensiunea de pe A1 se numește tensiune de focalizare, iar A1 se mai numește și pol de focalizare. Uneori, ajustarea tensiunii A1 nu poate obține o focalizare bună, iar tensiunea celui de-al doilea anod A2 trebuie reglată fin. A2 se mai numește și electrod de focalizare auxiliar.
(3) Sistem de deviere
Sistemul de deviere controlează direcția fasciculului de electroni, astfel încât punctul de lumină de pe ecranul fluorescent se modifică odată cu semnalul extern pentru a descrie forma de undă a semnalului măsurat. În figura 8.1, două perechi de plăci de deviere reciproc perpendiculare Y1, Y2 și Xl, X2 formează un sistem de deviere. Placa de deviere a axei Y este în față și placa de deviere a axei X este în spate, astfel încât sensibilitatea axei Y este mare (semnalul măsurat este adăugat la axa Y după procesare). Tensiunea este aplicată, respectiv, celor două perechi de plăci de deviație, astfel încât între cele două perechi de plăci de deviație se formează un câmp electric, care controlează deviația fasciculului de electroni în direcția verticală și respectiv orizontală.
