Katodstaru osciloskopi - darba un darbības detaļas

Šajā amatā mēs sīki apspriedīsim katodstaru osciloskopu (CRO) darbību un tā iekšējo uzbūvi. Mēs arī iemācīsimies izmantot CRO, izmantojot dažādas vadīklas, un izprast dažādu ievades signālu grafisko attēlojumu darbības jomas displejā.

Katodstaru osciloskopu (CRO) nozīme

Mēs zinām, ka lielākā daļa elektronisko ķēžu ir stingri saistītas un darbojas, izmantojot elektronisko vai digitālo viļņu formu, kas parasti tiek ražota kā frekvence. Šiem signāliem ir svarīga loma šādās shēmās: audio informācija, datora dati, TV signāli, oscilatori un laika ģeneratori (kā tas tiek izmantots radaros) utt. Tāpēc šo parametru precīza un pareiza mērīšana kļūst ļoti būtiska, vienlaikus pārbaudot un novēršot šo veidu ķēdes

Parasti pieejamiem skaitītājiem, piemēram, digitālajiem vai analogajiem multimetriem, ir ierobežotas iespējas un tie var izmērīt tikai līdzstrāvas vai maiņstrāvas spriegumu, strāvu vai pretestības. Daži uzlaboti skaitītāji spēj izmērīt maiņstrāvas signālus, bet tikai tad, ja signāls ir ļoti rafinēts un specifisku neizkropļotu sinusoidālu signālu formā. Tādējādi šie skaitītāji nespēj kalpot mērķim, analizējot ķēdes, kas saistītas ar viļņu un laika cikliem.

Turpretim osciloskops ir ierīce, kas paredzēta viļņu formas precīzai pieņemšanai un mērīšanai, ļaujot lietotājam praktiski vizualizēt impulsa vai viļņa formu.

CRO ir viens no tiem augstas kvalitātes osciloskopiem, kas ļauj lietotājam redzēt attiecīgās pielietotās viļņu formas vizuālu attēlojumu.

Tas izmanto katodstaru lampu (CRT), lai izveidotu vizuālo displeju, kas atbilst signālam, kas tiek ievadīts ieejā kā viļņu forma.

Elektronu stars CRT iekšpusē, reaģējot uz ieejas signāliem, iziet novirzītas kustības (slaucīšanas) pa caurules virsmu (ekrānu), radot vizuālu pēdu uz ekrāna, kas attēlo viļņu formu. Pēc tam šīs nepārtrauktās pēdas ļauj lietotājam pārbaudīt viļņu formu un pārbaudīt tās īpašības.

Osciloskopa funkcija faktiskā viļņu attēla iegūšanai kļūst ļoti noderīga salīdzinājumā ar digitālajiem multimetriem, kas spēj nodrošināt tikai viļņa formas skaitliskās vērtības.

Kā mēs visi zinām, katodstaru osciloskopi darbojas ar elektronu stariem, lai norādītu dažādos rādījumus osciloskopa ekrānā. Stara novirzīšanai vai horizontālai apstrādei tiek dēvēta darbība slaucīšanas spriegums ir iestrādāts, bet vertikālo apstrādi veic ieejas spriegums, kas tiek mērīts.

CATHODE RAY TUBE - TEORIJA UN IEKŠĒJĀ BŪVNIECĪBA

Katodstaru osciloskopa (CRO) iekšpusē katodstaru caurule (CRT) kļūst par ierīces galveno sastāvdaļu. CRT kļūst atbildīgs par sarežģītas viļņu formas attēlveidošanu darbības jomas ekrānā.

CRT pamatā sastāv no četrām daļām:

1. Elektronu lielgabals elektronu kūļa ģenerēšanai.
2. Fokusēšanas un paātrināšanas komponenti precīzu elektronu kūļa radīšanai.
3. Horizontālās un vertikālās novirzošās plāksnes elektronu stara leņķa manipulēšanai.
4. Iztukšota stikla korpuss, kas pārklāts ar fosforestējošo ekrānu, lai radītu vajadzīgo redzamo mirdzumu, reaģējot uz elektronu kūļa triecienu uz tā virsmas

Šajā attēlā ir parādīta CRT konstrukcijas pamatinformācija

Tagad sapratīsim, kā CRT darbojas ar tā pamatfunkcijām.

Kā darbojas katodstaru osciloskops (CRO)

Karstu kvēldiegu CRT iekšpusē izmanto, lai sildītu caurules katoda (K) pusi, kas sastāv no oksīda pārklājuma. Tā rezultātā notiek elektronu tūlītēja atbrīvošanās no katoda virsmas.

Elements, ko sauc par vadības režģi (G), kontrolē elektronu daudzumu, kas var pāriet tālāk caurules garumā. Uz režģa pieliktā sprieguma līmenis nosaka elektronu daudzumu, kas tiek atbrīvots no apsildāmā katoda, un to, cik daudziem no tiem ir atļauts virzīties uz priekšu caurules priekšpusē.

Pēc tam, kad elektroni pārspēj vadības režģi, tie ar turpmāku fokusēšanu iet uz asu staru un liela ātruma paātrinājumu ar anoda paātrinājuma palīdzību.

Šis ļoti paātrinātais elektronu stars nākamajā fāzē tiek nodots starp pāris novirzes plākšņu komplektiem. Pirmās plāksnes leņķis vai orientācija tiek turēta tā, ka tā elektronu staru novirza vertikāli uz augšu vai uz leju. To savukārt kontrolē sprieguma polaritāte, kas piemērota šīm plāksnēm.

Arī to, cik lielā mērā ir pieļaujama novirze uz siju, nosaka sprieguma lielums, kas uzlikts uz plāksnēm.

Pēc tam šis kontrolētais novirzītais stars iziet lielāku paātrinājumu, izmantojot caurulē uzliktus ārkārtīgi augstus spriegumus, kas galu galā izraisa tā triecienu caurules iekšējās virsmas fosforestējošā slāņa pārklājumam.

Tas uzreiz izraisa fosfora spīdēšanu, reaģējot uz elektronu kūļa triecienu, radot redzamu mirdzumu uz ekrāna, lai lietotājs apstrādātu darbības jomu.

CRT ir neatkarīga pilnīga vienība ar atbilstošiem spailēm, kas caur aizmugurējo pamatni izvirzīti īpašās tapās.

Tirgū ir pieejamas dažādas CRT formas daudzos dažādos izmēros, ar atšķirīgām caurulēm ar fosforu un novirzes elektrodu pozicionēšanu.

Tagad pārdomāsim, kā CRT tiek izmantots osciloskopā.

Viļņu formas modeļi, kurus mēs vizualizējam konkrētam parauga signālam, tiek izpildīti šādi:

Kad slaucīšanas spriegums elektronu staru pārvieto horizontāli CRT ekrāna iekšējā virsmā, vienlaicīgi izmērītais ieejas signāls liek staram novirzīties vertikāli, ģenerējot vajadzīgo modeli ekrāna diagrammā, lai veiktu mūsu analīzi.

Kas ir Single Sweep

Katram elektronu stara slaucīšanai CRT ekrānā seko daļējs “tukšs” laika intervāls. Šajā tukšajā fāzē stars īslaicīgi tiek izslēgts, līdz tas sasniedz sākuma punktu vai ekrāna iepriekšējo galējo pusi. Tiek saukts šis katra slaucīšanas cikls 'viens sijas slaucīšana'

Lai ekrānā iegūtu stabilu viļņu formas displeju, elektronu kūli vajadzētu atkārtoti “slaucīt” no kreisās uz labo un otrādi, izmantojot identisku attēlu katram slaucīšanai.

Lai to panāktu, ir nepieciešama darbība, ko sauc par sinhronizāciju, kas nodrošina, ka stars atgriežas un atkārto katru slaucīšanu tieši no tā paša ekrāna punkta.

Pareizi sinhronizējot, viļņu formas attēls ekrānā šķiet stabils un nemainīgs. Tomēr, ja sinhronizācija netiek lietota, šķiet, ka viļņa forma lēnām horizontāli virzās no viena ekrāna gala uz otru galu nepārtraukti.

CRO pamatkomponenti

Būtiskākie CRO elementi ir redzami 22.2. Attēlā. Mēs galvenokārt analizēsim šīs pamatbloka diagrammas CRO darbības informāciju.

Lai panāktu nozīmīgu un atpazīstamu stara novirzi vismaz no centimetra līdz dažiem centimetriem, tipiskajam sprieguma līmenim, ko izmanto novirzes plāksnēs, jābūt vismaz desmitiem vai pat simtiem voltu.

Sakarā ar to, ka impulsi, kas tiek novērtēti caur CRO, parasti ir tikai dažu voltu lielumā vai maksimāli pie vairākiem milivoltiem, ir nepieciešamas piemērotas pastiprinātāju ķēdes, lai palielinātu ieejas signālu līdz optimālajam sprieguma līmenim, kas nepieciešams caurules darbināšanai.

Faktiski tiek izmantotas pastiprinātāja pakāpes, kas palīdz novirzīt staru gan horizontālajā, gan vertikālajā plaknē.

Lai varētu pielāgot analizējamo ieejas signāla līmeni, katram ieejas impulsam jāiet cauri vājinātāja ķēdes pakāpei, kas paredzēta displeja amplitūdas uzlabošanai.

SPrieguma slaucīšanas darbība

Sprieguma slaucīšanas operācija tiek īstenota šādā veidā:

Situācijās, kad vertikālā ieeja tiek turēta pie 0 V, elektronu stars ir redzams ekrāna vertikālajā centrā. Ja horizontālajai ieejai tiek identiski piemērots 0 V, stars tiek novietots ekrāna centrā, kas izskatās kā ciets un kancelejas piederums. DOT centrā.

Tagad šo 'punktu' varēja pārvietot jebkurā ekrāna pusē, vienkārši manipulējot ar osciloskopa horizontālajām un vertikālajām vadības pogām.

Punkta pozīciju var mainīt arī ar noteiktu līdzstrāvas spriegumu, kas ievadīts osciloskopa ieejā.

Šis attēls parāda, kā precīzi punkta stāvokli varēja kontrolēt caur CRT ekrānu, izmantojot pozitīvu horizontālu spriegumu (virzienā uz labo pusi) un negatīvu vertikālu ieejas spriegumu (uz leju no centra).

Horizontālais slaucīšanas signāls

Lai signāls kļūtu redzams CRT displejā, ir obligāti jāiespējo stara novirze, izmantojot horizontālu slaucīšanu visā ekrānā tā, lai jebkura atbilstoša vertikālā signāla ieeja ļautu izmaiņām atspoguļot ekrānā.

No zemāk redzamā 22.4. Attēla mēs varam vizualizēt taisno līniju displejā, kas iegūta, pateicoties pozitīvai sprieguma padevei uz vertikālo ieeju, izmantojot lineāru (zāģa zobu) slaucīšanas signālu, kas piemērots horizontālajam kanālam.

Kad elektronu stars tiek turēts izvēlētā fiksētā vertikālā attālumā, horizontālais spriegums ir spiests virzīties no negatīva uz nulli uz pozitīvu, liekot staram virzīties no ekrāna kreisās puses, uz centru un labo pusi. ekrāns. Šī elektronu kūļa kustība rada taisnu līniju virs centrālās vertikālās atskaites, parādot atbilstošu līdzstrāvas spriegumu zvaigžņu gaismas līnijas formā.

Tā vietā, lai iegūtu vienu slaucīšanu, slaucīšanas spriegums tiek ieviests, lai darbotos kā nepārtraukta viļņu forma. Būtībā tas ir paredzēts, lai nodrošinātu konsekventu displeju, kas būtu redzams ekrānā. Ja tiek izmantots tikai viens slaucīšana, tas nebūtu ilgs un izzustu uzreiz.

Tāpēc CRT iekšienē sekundē tiek ģenerēti atkārtoti attēli, kas mūsu noturības dēļ uz ekrāna rada nepārtrauktu viļņu formu.

Ja mēs samazinām iepriekšminēto slaucīšanas ātrumu atkarībā no osciloskopā norādītās laika skalas, ekrānā varēja redzēt reālo stara kustīgo iespaidu. Ja vertikālajai ieejai tiek piemērots tikai sinusoidāls signāls bez horizontālas slaucīšanas klātbūtnes, mēs redzētu vertikālu taisnu līniju, kā parādīts 22.5.

Un, ja šīs sinusoidālās vertikālās ievades ātrums ir pietiekami samazināts, mēs varam redzēt elektronu staru, kas virzās uz augšu pa taisnas līnijas ceļu.

Vertikālās ievades parādīšana, izmantojot lineāro zāģa zobu slaucīšanu

Ja jūs interesē sinusa viļņa signāla pārbaude, jums būs jāizmanto slaucīšanas signāls uz horizontālā kanāla. Tas ļaus vertikālajā kanālā pielietotajam signālam kļūt redzamam CRO ekrānā.

Praktisku piemēru var redzēt 22.6. Attēlā, kurā parādīta viļņu forma, kas izveidota, izmantojot horizontālu lineāru slaucīšanu kopā ar sinusoidālu vai sinusa ievadi caur vertikālo kanālu.

Lai ekrānā iegūtu vienu ciklu lietotajai ieejai, būtiska ir ieejas signāla un lineāro slaucīšanas frekvenču sinhronizācija. Pat ar minūtes starpību vai nepareizu displeja sinhronizāciju var neizdoties parādīt nevienu kustību.

Ja tiek samazināta slaucīšanas frekvence, CRO ekrānā varētu būt redzams lielāks sinusa ievades signāla ciklu skaits.

No otras puses, ja mēs palielināsim slaucīšanas biežumu, displeja ekrānā būtu redzams mazāks vertikālā ievades sinusa signāla ciklu skaits. Tas faktiski radītu palielinātu pielietotā ievades signāla daļu CRO ekrānā.

Atrisināts praktiskais piemērs:

22.7. Attēlā mēs varam redzēt osciloskopa ekrānu, kas parāda impulsa signālu, reaģējot uz impulsa veida viļņu formu, kas vertikālajai ieejai tiek piemērota ar horizontālu slaucīšanu

Katras viļņu formas numerācija ļauj displejam sekot ievades signāla un slaucīšanas sprieguma izmaiņām katram ciklam.

SINHronizācija un iedarbināšana

Katodstaru osciloskopa korekcijas tiek veiktas, pielāgojot ātrumu frekvences izteiksmē, lai izveidotu vienu impulsa ciklu, daudz ciklu vai viļņu formas ciklu, un šī funkcija kļūst par vienu no CRO jebkura CRO.

22.8. Attēlā mēs varam redzēt CRO ekrānu, kas parāda atbildi dažiem slaucīšanas signāla cikliem.

Katrai horizontālai zāģa zobu slaucīšanas sprieguma izpildei, izmantojot lineāru slaucīšanas ciklu (kam ir robeža no maksimālās negatīvās robežas no nulles līdz maksimālajam pozitīvajam), elektronu stars virzās horizontāli pa CRO ekrāna laukumu, sākot no kreisās puses uz centru un pēc tam ekrāna labajā pusē.

Pēc tam zāģa zobu spriegums ātri atgriežas sākuma negatīvā sprieguma robežās, elektronu staram attiecīgi virzoties uz ekrāna kreiso pusi. Šajā laika posmā, kad slaucīšanas spriegums ātri atgriežas pie negatīvā (retrace), elektrons iziet tukšo fāzi (kur režģa spriegums neļauj elektroniem sist pret caurules seju)

Lai displejs varētu radīt stabilu signāla attēlu katram stara slaucījumam, ir svarīgi sākt slaucīšanu tieši no tā paša ieejas signāla cikla punkta.

22.9. Attēlā redzams, ka diezgan zema slaucīšanas frekvence, kas displejā rada sijas kreisās puses novirzi.

Ja tas ir iestatīts uz augstu slaucīšanas frekvenci, kā pierādīts 22.10. Attēlā, displejā parādās gaismas kūļa labās puses novirze uz ekrāna.

Lieki piebilst, ka var būt ļoti grūti vai neiespējami pielāgot slaucīšanas signāla frekvenci, kas precīzi vienāda ar ieejas signāla frekvenci, lai panāktu vienmērīgu vai pastāvīgu slaucīšanu uz ekrāna.

Īstenojamāks risinājums ir gaidīt, kamēr signāls ciklā atgriezīsies pēdas sākuma punktā. Šis aktivizēšanas veids ietver dažas labas funkcijas, kuras mēs apspriedīsim nākamajos punktos.

Iedarbina

Sinhronizācijas standarta pieeja izmanto nelielu ieejas signāla daļu slaucīšanas ģeneratora pārslēgšanai, kas slaucīšanas signālu liek fiksēt vai fiksēt ar ieejas signālu, un šis process abus signālus sinhronizē kopā.

22.11. Attēlā mēs varam redzēt blokshēmu, kas ilustrē ieejas signāla daļas iegūšanu a viena kanāla osciloskops.

Šis sprūda signāls tiek iegūts no tīkla maiņstrāvas līnijas frekvences (50 vai 60Hz), lai analizētu visus ārējos signālus, kas var būt saistīti vai saistīti ar maiņstrāvas tīklu, vai var būt saistīts signāls, kas tiek izmantots kā vertikāla ievade CRO.

Pārslēdzot selektora slēdzi virzienā uz “INTERNAL”, aktivizēšanas ģeneratora ķēde ļauj daļu ievades signāla izmantot. Pēc tam izejas trigera ģeneratora izeju izmanto, lai sāktu vai sāktu galveno CRO slaucīšanu, kas paliek redzama periodu, ko nosaka darbības joma laika / cm vadība.

Aktivizēšanas inicializāciju vairākos dažādos signāla cikla punktos var vizualizēt 22.12. Sprūda slaucīšanas darbību varētu arī analizēt, izmantojot iegūtos viļņu modeļus.

Signāls, kas tiek izmantots kā ieeja, tiek izmantots slaucīšanas signāla aktivizēšanas viļņu formas ģenerēšanai. Kā parādīts 22.13. Attēlā, slaucīšana tiek uzsākta ar ieejas signāla ciklu, un tā ilgst laiku, ko nosaka slaucīšanas garuma vadības iestatījums. Pēc tam CRO darbība pirms jaunas slaucīšanas darbības uzsākšanas gaida, kamēr ieejas signāls sasniegs identisku tā cikla punktu.

Iepriekš izskaidrotā aktivizēšanas metode ļauj veikt sinhronizācijas procesu, savukārt ciklu skaitu, ko var apskatīt displejā, nosaka slaucīšanas signāla garums.

DAUDZSISTĒMA FUNKCIJA

Daudzas uzlabotās CRO atvieglo vairāku vai vairāku vai vairāku pēdu skatīšanos displeja ekrānā vienlaikus, kas ļauj lietotājam viegli salīdzināt vairāku viļņu īpašās vai citas specifiskās īpašības.

Šī funkcija parasti tiek īstenota, izmantojot vairākus starus no vairākiem elektronu lielgabaliem, kas CRO ekrānā ģenerē atsevišķu staru, tomēr dažreiz tas tiek izpildīts arī caur vienu elektronu staru.

Ir vairākas metodes, kas tiek izmantotas, lai radītu vairākas pēdas: ALTERNATE un CHOPPED. Alternatīvajā režīmā abi ieejā pieejamie signāli tiek pārmaiņus savienoti ar novirzes ķēdes pakāpi, izmantojot elektronisko slēdzi. Šajā režīmā stars tiek pārvilkts pāri CRO ekrānam neatkarīgi no tā, cik daudz pēdu jāparāda. Pēc tam elektroniskais slēdzis alternatīvi izvēlas otro signālu un dara to pašu arī šim signālam.

Šis darbības režīms ir redzams 22.14a attēlā.

22.14b. Attēlā parādīts CHOPPED darbības režīms, kad stars iet cauri atkārtotai komutācijai, lai izvēlētos starp diviem ieejas signāliem katram stara slaucīšanas signālam. Šī pārslēgšanas vai sasmalcināšanas darbība paliek nenosakāma relatīvi zemākām signāla frekvencēm, un acīmredzot tā tiek uzskatīta par divām atsevišķām pēdām CRO ekrānā.

Kā izmērīt viļņu formu, izmantojot kalibrētas CRO skalas

Jūs, iespējams, redzējāt, ka CRO displeja ekrāns sastāv no skaidri iezīmētas kalibrētas skalas. Tas ir paredzēts attiecīgās pielietotās viļņu formas amplitūdu un laika faktora mērījumiem.

Atzīmētās vienības ir redzamas kā kastes, kas sadalītas pa 4 centimetriem (cm) abās kastīšu pusēs. Katra no šīm kastēm tiek papildus sadalīta intervālos pa 0,2 cm.

Amplitūdu mērīšana:

Vertikālo skalu RO ekrānā var redzēt kalibrētu vai nu voltos / cm (V / cm), vai milivoltos / cm (mV / cm).

Izmantojot darbības jomas vadības pogu iestatījumus un displeja ekrānā redzamos marķējumus, lietotājs var izmērīt vai analizēt viļņu formas signāla vai parasti maiņstrāvas signāla pīķa un maksimuma amplitūdas.

Šeit ir praktiski atrisināts piemērs, lai saprastu, kā amplitūda tiek mērīta CRO ekrānā:

Piezīme. Šī ir osciloskopa priekšrocība salīdzinājumā ar multimetriem, jo ​​multimetri nodrošina tikai maiņstrāvas signāla RMS vērtību, savukārt darbības joma spēj nodrošināt gan RMS vērtību, gan signāla maksimuma līdz maksimuma vērtību.

Maiņstrāvas cikla laika (perioda) mērīšana, izmantojot osciloskopu

Horizontālā skala, kas tiek rādīta osciloskopa ekrānā, palīdz mums noteikt ievades cikla laiku sekundēs, milisekundēs (ms) un mikrosekundēs (μs) vai pat nanosekundēs (ns).

Laika intervālu, ko impulss patērē cikla pabeigšanai no sākuma līdz beigām, sauc par impulsa periodu. Kad šis impulss ir atkārtotas viļņu formas veidā, tā periodu sauc par vienu viļņu formas ciklu.

Šeit ir praktiski atrisināts piemērs, kas parāda, kā noteikt viļņu formas periodu, izmantojot CRO ekrāna kalibrēšanu:

Pulsa platuma mērīšana

Katru viļņu formu veido maksimālā un minimālā sprieguma pīķi, kurus sauc par impulsa augstiem un zemiem stāvokļiem. Laika intervālu, kurā impulss paliek HIGH vai LOW stāvoklī, sauc par impulsa platumu.

Impulsiem, kuru malas ļoti strauji (strauji) paceļas un samazinās, šādu impulsu platumu mēra no impulsa sākuma, ko sauc par priekšējo malu, līdz impulsa beigām, ko sauc par aizmugurējo malu, tas ir parādīts 22.19a.

Impulsiem, kuriem ir diezgan lēni vai lēni pieauguma un krituma cikli (eksponenciāls tips), to impulsu platumu mēra visā ciklu 50% līmenī, kā norādīts 22.19b. Attēlā.

Šis atrisinātais piemērs palīdz labāk izprast iepriekšminēto procedūru:

SAPRAST PULSU KAVĒŠANOS

Laika intervāla atstarpi starp impulsiem impulsa ciklā sauc par impulsa kavēšanos. Impulsa aizkavēšanās piemēru var redzēt zemāk dotajā attēlā 22.21, mēs redzam, ka šeit kavēšanās tiek mērīta starp vidējo punktu vai 50% līmeni un impulsa sākuma punktu.

22.21. Attēls

Praktiski atrisināts piemērs, kas parāda, kā izmērīt impulsa kavēšanos CRO

Secinājums:

Esmu mēģinājis iekļaut lielāko daļu pamatinformācijas par katodstaru osciloskopa (CRO) darbību un mēģinājis izskaidrot, kā izmantot šo ierīci dažādu frekvenču signālu mērīšanai, izmantojot kalibrēto ekrānu. Tomēr joprojām var būt daudz vairāk aspektu, kurus es šeit varētu palaist garām, tomēr es laiku pa laikam turpināšu pārbaudīt un atjaunināt vairāk informācijas, kad vien tas būs iespējams.

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