Катодни осцилоскопи - детаљи о раду и раду

Испробајте Наш Инструмент За Елиминисање Проблема





У овом посту ћемо детаљно разговарати о томе како раде катодни осцилоскопи (ЦРО) и његова унутрашња конструкција. Такође ћемо научити како да користимо ЦРО користећи разне контроле и разумећемо графичке приказе различитих улазних сигнала на екрану приказа опсега.

Значај катодних осцилоскопа (ЦРО)

Знамо да се већина електронских кола стриктно укључује и ради помоћу електронског или дигиталног таласног облика, који се обично производе као фреквенција. Ови сигнали играју важну улогу у таквим склоповима у облику аудио информација, рачунарских података, ТВ сигнала, осцилатора и генератора времена (како се примењују на радарима) итд. Стога тачно и тачно мерење ових параметара постаје веома важно током тестирања и решавања ових проблема кола



Уобичајени бројила попут дигиталних мултиметара или аналогних мултиметара имају ограничене могућности и могу да мере само једносмерне или наизменичне напоне, струје или импедансе. Неки напредни бројила могу мерити наизменични сигнал, али само ако је сигнал високо прочишћен и у облику специфичних неискривљених синусоидних сигнала. Стога ови бројила не служе сврси када је у питању анализа кола која укључују таласни облик и временске циклусе.

Насупрот томе, осцилоскоп је уређај који је дизајниран за прихватање и мерење таласног облика који омогућава кориснику да практично визуализује облик пулса или таласног облика.



ЦРО је један од оних висококвалитетних осцилоскопа који омогућава кориснику да види визуелни приказ примењеног таласног облика у питању.

Запошљава катодну цев (ЦРТ) за генерисање визуелног приказа који одговара сигналу примењеном на улазу као таласни облик.

Електронски сноп унутар ЦРТ-а пролази кроз скренуте покрете (помете) преко површине цеви (екрана) као одговор на улазне сигнале, стварајући визуелни траг на екрану који представља облик таласног облика. Ови непрекидни трагови затим омогућавају кориснику да испита таласни облик и тестира његове карактеристике.

Особина осцилоскопа за стварање стварне слике таласног облика постаје веома корисна у поређењу са дигиталним мултиметрима који су у стању да дају само нумеричке вредности таласног облика.

Као што сви знамо, катодни осцилоскопи раде са електронским сноповима да би показали различита очитавања на екрану осцилоскопа. За хоризонтално скретање или обраду снопа операција тзв замашни напон је уграђен, док се вертикална обрада врши улазним напоном који се мери.

КАТОДНА ЦИЈЕВ ЗРАКА - ТЕОРИЈА И УНУТРАШЊА КОНСТРУКЦИЈА

Унутар катодног осцилоскопа (ЦРО) катодна цев (ЦРТ) постаје главна компонента уређаја. ЦРТ постаје одговоран за генерисање сложених таласних слика на екрану опсега.

ЦРТ се у основи састоји од четири дела:

1. Електронски пиштољ за стварање електронског зрака.
2. Фокусирајуће и убрзавајуће компоненте за стварање тачног снопа електрона.
3. Хоризонталне и вертикалне скрећуће плоче за манипулисање углом снопа електрона.
4. Евакуисано стаклено кућиште пресвучено фосфоресцентним заслоном за стварање потребног видљивог сјаја као одговор на удар електронског снопа на његову површину

Следећа слика представља основне детаље конструкције ЦРТ-а

ЦРТ делови

Сада да схватимо како ЦРТ ради са својим основним функцијама.

Како функционишу катодни осцилоскоп (ЦРО)

Врућа нит унутар ЦРТ-а користи се за загревање катодне (К) стране цеви која се састоји од оксидне превлаке. То резултира тренутним ослобађањем електрона са површине катоде.

Елемент који се назива контролна мрежа (Г) контролише количину електрона који могу проћи даље по дужини цеви. Ниво напона примењен на мрежи одређује количину електрона који се ослобађају од загрејане катоде и колико њих сме да се креће напред ка површини цеви.

Једном када електрони надмаше контролну мрежу, пролазе кроз накнадно фокусирање у оштар сноп и убрзање велике брзине уз помоћ анодног убрзања.

Овај јако убрзани сноп електрона у следећој фази пролази између неколико скупова отклонских плоча. Угао или оријентација прве плоче се држи на такав начин да одбија сноп електрона вертикално горе или доле. То се заузврат контролише поларитетом напона примењеним на овим плочама.

Такође, колико је дозвољено угибање снопа, одређује се и напоном који се примењује на плочама.

Овај контролисани скренути сноп затим пролази кроз веће убрзање кроз изузетно високе напоне примењене на цеви, што коначно доводи до тога да сноп погађа фосфоресцентни слој на унутрашњој површини цеви.

Ово тренутно доводи до сјаја фосфора као реакције на удар електронског снопа који генерише видљиви сјај на екрану за корисника који рукује опсегом.

ЦРТ је независна комплетна јединица која има одговарајуће терминале избочене кроз задњу базу у одређене пиноуте.

На тржишту су доступни различити облици ЦРТ-а у много различитих димензија, са различитим цевима пресвученим фосфором и позиционирањем отклонских електрода.

Размислимо сада о начину на који се ЦРТ користи у осцилоскопу.

Узорци таласних облика које визуализујемо за дати сигнал узорка извршавају се на овај начин:

Како напон замаха помера електронски сноп хоризонтално на унутрашњој страни ЦРТ екрана, улазни сигнал који се истовремено мери присиљава сноп да се усмери вертикално, генеришући потребан образац на графикону екрана за нашу анализу.

Шта је један замах

Сваки замах електронског снопа на ЦРТ екрану прати се разломљеним „празним“ временским интервалом. Током ове празне фазе сноп се накратко ИСКЉУЧУЈЕ док не досегне почетну тачку или претходну крајњу страну екрана. Овај циклус сваког замаха се назива 'један замах зрака'

Да би се добио стабилан приказ таласног облика на екрану, електронски сноп би требало да се више пута „помета“ с лева на десно и обрнуто, користећи идентично сликање за сваки замах.

Да би се то постигло, постаје неопходна операција која се назива синхронизација, која осигурава да се сноп враћа и понавља сваки замах из потпуно исте тачке на екрану.

Када се правилно синхронизује, узорак таласа на екрану делује стабилно и константно. Међутим, ако се синхронизација не примени, чини се да се таласни облик полако непрекидно помера водоравно са једног краја екрана на други крај.

Основне ЦРО компоненте

Основни елементи ЦРО могу се видети на слици 22.2 доле. Прво ћемо анализирати оперативне детаље ЦРО-а за овај основни блок дијаграм.

Да би се постигао значајан и препознатљив отклон снопа кроз најмање центиметар до неких центиметара, типични ниво напона који се користи на плочама за одбијање мора бити минималан на десетине или чак стотине волти.

Због чињенице да импулси процењени кроз ЦРО обично имају величину од само неколико волти или највише неколико миливолти, одговарајућа кола појачавача постају неопходна за појачавање улазног сигнала до оптималних нивоа напона неопходних за покретање цеви.

У ствари, користе се степени појачала који помажу у одбијању снопа и на хоризонталној и на вертикалној равни.

Да би се могао прилагодити ниво улазног сигнала који се анализира, сваки улазни импулс мора да пролази кроз фазу круга атенуатора, дизајниран да побољша амплитуду приказа.

Основне ЦРО компоненте

ЧИШЋЕЊЕ НАПОНА

Операција одвођења напона спроводи се на следећи начин:

У ситуацијама када се вертикални улаз држи на 0В, електронски сноп треба да се види у вертикалном центру екрана. Ако је 0В идентично примењено на хоризонтални улаз, сноп је постављен у средиште екрана и изгледа као чврст материјал ТАЧКА у центру.

Сада би се та тачка могла померати било где преко површине екрана, једноставним манипулисањем хоризонталним и вертикалним контролним тастерима осцилоскопа.

Положај тачке се такође може променити кроз одређени једносмерни напон уведен на улазу осцилоскопа.

Следећа слика показује како се тачно положајем тачке може контролисати на ЦРТ екрану позитивним хоризонталним напоном (према десно) и негативним вертикалним улазним напоном (надоле од центра).

контрола тачака у ЦРО

Сигнал хоризонталног замаха

Да би сигнал постао видљив на ЦРТ дисплеју, неопходно је омогућити скретање снопа кроз хоризонтални замах преко екрана, тако да било који одговарајући вертикални улазни сигнал дозвољава да се промена одражава на екрану.

На слици 22.4 доле можемо да визуализујемо праву линију на дисплеју која је добијена услед позитивног напона напона на вертикални улаз кроз линеарни (тестерасти) сигнал замаха примењен на хоризонтални канал.

Приказ опсега за једносмерну струју вертикално

Када се електронски сноп држи на одабраној фиксној вертикалној удаљености, хоризонтални напон је приморан да путује од негативног ка нули до позитивног, због чега сноп путује с леве стране екрана, у средину и на десну страну екран. Ово кретање снопа електрона генерише праву линију изнад централне вертикалне референце, приказујући одговарајући једносмерни напон у облику звездане линије.

Уместо да произведе један замах, напон замаха је имплементиран да ради као континуирани таласни облик. Ово је у основи како би се осигурало да на екрану буде видљив доследан приказ. Ако се користи само један потез, он не би трајао и тренутно би избледео.

Због тога се понављајућа померања генеришу у секунди унутар ЦРТ-а, што даје непрекидни таласни облик на екрану због наше постојаности вида.

Ако смањимо горњу брзину замаха у зависности од временске скале која је дата на осцилоскопу, стварни покретни утисак зрака могао би се забележити на екрану. Ако се на вертикални улаз примени само синусоидни сигнал без присуства хоризонталног замаха, видели бисмо вертикалну равну линију као што је приказано на слици 22.5.

Резултат приказа опсега за синусну вертикалу

А ако је брзина овог синусоидног вертикалног улаза довољно смањена, омогућава нам да видимо како сноп електрона путује према доле дуж путање праве линије.

Коришћење линеарног тестера за приказ вертикалног уноса

Ако сте заинтересовани за испитивање сигнала синусног таласа, морат ћете користити сигнал померања на хоризонталном каналу. То ће омогућити да сигнал примењен на вертикалном каналу постане видљив на екрану ЦРО.

Практични пример се може видети на слици 22.6 која приказује таласни облик генерисан коришћењем хоризонталног линеарног замаха заједно са синусним или синусним улазом кроз вертикални канал.

таласни облик генерисан коришћењем хоризонталног линеарног замаха

Да би се добио један циклус на екрану за примењени улаз, синхронизација улазног сигнала и линеарних фреквенција премошћавања постаје неопходна. Чак и са минутном разликом или нетачном синхронизацијом, на екрану се можда неће приказати никакви покрети.

Ако се смањи фреквенција замаха, на ЦРО екрану се може учинити видљивијим већи број циклуса синусног улазног сигнала.

С друге стране, ако повећамо фреквенцију замаха, омогућићемо да на екрану буде видљив мањи број циклуса вертикалних улазних синусних сигнала. То би у ствари резултирало генерисањем увећаног дела примењеног улазног сигнала на ЦРО екрану.

Решени практични пример:

решен пример проблема ЦРО

На слици 22.7 можемо видети екран осцилоскопа који приказује импулсни сигнал као одговор на импулсни облик таласа примењен на вертикални улаз са хоризонталним замахом

Нумерирање за сваки таласни облик омогућава дисплеју да прати варијације улазног сигнала и напон прелаза за сваки циклус.

СИНХРОНИЗАЦИЈА И ТРИГИГИРАЊЕ

Подешавања у катодном осцилоскопу се извршавају подешавањем брзине у смислу фреквенције, за производњу једног циклуса импулса, великог броја циклуса или дела таласног облика, и ова карактеристика постаје једна од ЦРО пресудних карактеристика било које ХРВ.

На слици 22.8 можемо видети екран ЦРО који приказује одзив за неколико циклуса сигнала превлачења.

За свако извођење водоравног напона тестерисања кроз линеарни циклус померања (који има ограничење од максималне негативне границе од нуле до максимално позитивне), доводи до тога да сноп електрона хоризонтално путује кроз подручје ЦРО екрана, почев од леве, ка средини, а затим десно од екрана.

Након тога се напон тестере брзо враћа на почетну границу негативног напона, при чему се електронски сноп одговарајуће помера у леву страну екрана. Током овог временског периода када се напон замаха брзо врати на негативну вредност (ретрацемент), електрон пролази кроз празну фазу (при чему мрежни напон спречава електроне да ударају у површину цеви)

Да би се омогућило да екран произведе стабилну сигналну слику за сваки замах снопа, постаје неопходно покретање замаха са потпуно исте тачке у циклусу улазног сигнала.

На слици 22.9 можемо видети да прилично ниска фреквенција замаха узрокује да екран прикаже изглед померања леве стране снопа.

Када се постави на високу фреквенцију замаха као што је доказано на слици 22.10, на екрану се појављује приказ десног бочног померања снопа на екрану.

Непотребно је рећи да може бити врло тешко или непрактично подесити фреквенцију сигнала за одмакање тачно једнаку фреквенцији улазног сигнала за постизање стабилног или сталног замаха на екрану.

Изводљивије решење је сачекати да се сигнал врати у почетну тачку трага у циклусу. Ова врста активирања укључује неке добре карактеристике о којима ћемо говорити у следећим пасусима.

Окидачки

Стандардни приступ синхронизацији користи мали део улазног сигнала за пребацивање генератора замаха, који приморава сигнал преусмеравања да се закључа или закључа са улазним сигналом, а овај процес синхронизује два сигнала заједно.

На слици 22.11 можемо да видимо блок дијаграм који илуструје издвајање дела улазног сигнала у а једноканални осцилоскоп.

Овај сигнал окидача се извлачи из мрежне фреквенције наизменичне струје (50 или 60 Хз) за анализу било каквих спољних сигнала који могу бити повезани или повезани са мрежом наизменичне струје, или може бити сродни сигнал који се примењује као вертикални улаз у ЦРО.

окидачки сигнал се извлачи из мрежне фреквенције наизменичне струје (50 или 60Хз) за анализу било каквих спољних сигнала

Када се преклопни прекидач пребаци на „ИНТЕРНАЛ“ омогућава да део улазног сигнала користи коло окидача генератора. Затим се излазни излазни генератор окидача користи за иницирање или покретање главног замаха ЦРО-а, који остаје видљив током периода који је постављен контролом времена / цм опсега.

Иницијализација окидача у неколико различитих тачака током сигналног циклуса може се приказати на слици 22.12. Функционисање замаха окидача такође се може анализирати кроз резултујуће обрасце таласног облика.

Сигнал који се примењује као улаз користи се за генерисање таласног облика окидача за замашни сигнал. Као што је приказано на слици 22.13, замах се започиње циклусом улазног сигнала и одржава се током периода одређеног подешавањем контроле дужине замаха. После тога, ЦРО операција чека док улазни сигнал не достигне идентичну тачку у свом циклусу пре покретања нове операције чишћења.

Претходно објашњени начин активирања омогућава процес синхронизације, док се број циклуса који се могу видети на дисплеју одређује дужином сигнала замаха.

МУЛТИТРАЦЕ ФУНКЦИЈА

Многе напредне ЦРО олакшавају истовремено гледање више од једног или више трагова на екрану, што омогућава кориснику да лако упореди посебне или друге специфичне карактеристике више таласних облика.

Ова функција се обично примењује помоћу више снопова из више електронских топова, који генеришу појединачни сноп на ЦРО екрану, али понекад се то изводи и кроз један сноп електрона.

Постоји неколико техника које се користе за генерисање вишеструких трагова: АЛТЕРНАТЕ и ЦХОППЕД. У алтернативном режиму два сигнала која су доступна на улазу, наизменично су повезана на степен струјног круга помоћу електронског прекидача. У овом режиму зрак се пребацује преко ЦРО екрана без обзира колико трагова треба приказати. После овога, електронски прекидач алтернативно бира други сигнал и чини исто и за овај сигнал.

Овај начин рада може се видети на слици 22.14а.

Слика 22.14б приказује начин рада Исецкан, при чему сноп пролази кроз понављајуће пребацивање за одабир између два улазна сигнала за сваки сигнал замаха снопа. Ова акција пребацивања или сечења остаје неоткривена за релативно ниже фреквенције сигнала и очигледно се на ЦРО екрану види као два појединачна трага.

Како мерити таласни облик кроз калибрисане ЦРО скале

Можда сте видели да се екран ЦРО екрана састоји од јасно означене калибрисане скале. Ово је предвиђено за мерење амплитуда и временског фактора за примењени таласни облик у питању.

Означене јединице су видљиве као кутије које су подељене на 4 центиметра (цм) са обе стране кутија. Свака од ових кутија је додатно подељена у интервале од 0,2 цм.

Мерење амплитуда:

Вертикална скала на екрану РО може се видети калибрисана у волтима / цм (В / цм) или миливолтима / цм (мВ / цм).

Уз помоћ подешавања контролних дугмади опсега и ознака на лицу екрана, корисник може да измери или анализира амплитуде вршних до највиших таласних облика сигнала или обично АЦ сигнала.

Ево практично решеног примера за разумевање како се амплитуда мери на екрану ХРВ-а:

мерење амплитуде позивањем на калибрацију екрана ЦРО

Напомена: Ово је предност осцилоскопа у односу на мултиметре, јер мултиметри пружају само ефективну вредност наизменичног сигнала, док опсег може да пружи како вредност ефективне вредности, тако и вредност од врха до врха сигнала.

израчунати амплитуду временског периода

Мерење времена (периода) циклуса наизменичне струје помоћу осцилоскопа

Хоризонтална скала која се налази на екрану осцилоскопа помаже нам да одредимо време улазног циклуса у секундама, у милисекундама (мс) и у микросекундама (μс) или чак у наносекундама (нс).

Временски интервал који утроши импулс да заврши циклус од почетка до краја назива се период импулса. Када је овај импулс у облику понављајућег таласног облика, његов период се назива један циклус таласног облика.

Ево практично решеног примера који показује како одредити период таласног облика помоћу ЦРО калибрације екрана:

мерни период таласног облика са калибрацијом опсега опсега

Мерење ширине импулса

Сваки таласни облик састоји се од максималног и минималног врха напона који се називају високо и ниско стање импулса. Временски интервал за који импулс остаје у ВИСОКОМ или НИСКОМ стању назива се ширина импулса.

Код импулса чије се ивице расту и опадају врло нагло (брзо), ширина таквих импулса мери се од почетка импулса који се назива предња ивица до краја импулса који се назива задња ивица, то је приказано на слици 22.19а.

За импулсе који имају прилично спорије или спорије циклусе пораста и опадања (експоненцијални тип), њихова ширина импулса мери се преко нивоа од 50% у циклусима, као што је приказано на слици 22.19б.

Осцилоскоп и други мерни инструменти

Следећи решени пример помаже да се горе наведени поступак разуме на бољи начин:

Одредите ширину импулса таласног облика

РАЗУМЕВАЊЕ ОДЛАГАЊА ПУЛСА

Простор временског интервала између импулса у импулсном циклусу назива се кашњење импулса. Пример кашњења импулса може се видети на доњој слици 22.21, можемо видети да се овде кашњење мери између средње тачке или нивоа од 50% и почетне тачке пулса.

мерење кашњења импулса

Слика 22.21

Практично решен пример који показује како се мери кашњење импулса у ЦРО

израчунати кашњење импулса

Закључак:

Покушао сам да укључим већину основних детаља у вези са деловањем катодног осцилоскопа (ЦРО) и покушао сам да објасним како да користим овај уређај за мерење различитих сигнала заснованих на фреквенцији кроз његов калибрисани екран. Међутим, може постојати још много аспеката које бих овде можда пропустио, али с времена на време проверавам и ажурирати више информација кад год је то могуће.

Референца: хттпс://ен.википедиа.орг/вики/Осциллосцопе




Претходно: Појачало са уобичајеним емитерима - карактеристике, пристрасност, решени примери Следеће: Шта је бета (β) у БЈТ-има