Oscilloskopbaseret signalgenerator og brug af bredbåndsradarsignaler
Sådan fungerer et oscilloskop
Et oscilloskop er et elektronisk måleinstrument, der bruger karakteristika fra elektroniske oscilloskoprør til at konvertere vekslende elektriske signaler, der ikke direkte kan observeres af det menneskelige øje, til billeder og vise dem på en fluorescerende skærm til måling. Det er et uundværligt og vigtigt instrument til at observere digitale kredsløbseksperimentelle fænomener, analysere problemer i eksperimenter og måle eksperimentelle resultater. Oscilloskopet består af et oscilloskoprør og strømforsyningssystem, synkroniseringssystem, X-akse afbøjningssystem, Y-akse afbøjningssystem, forsinkelsesscanningssystem og standard signalkilde.
1. Oscilloskoprør
Katodestrålerør (CRT), kaldet oscilloskoprør, er kernen i oscilloskopet. Det konverterer elektriske signaler til lyssignaler. Som vist i figur 1 er elektronkanonen, afbøjningssystemet og fosforskærmen forseglet i en vakuumglasskal for at danne et komplet oscilloskoprør.
(1) Fluorescerende skærm
Nutidens oscilloskoprørsskærme er normalt rektangulære planer med et lag af fosforescerende materiale aflejret på den indre overflade for at danne en fluorescerende film. Et lag af fordampet aluminiumsfilm tilsættes ofte til den fluorescerende film. Højhastighedselektroner passerer gennem aluminiumfilmen og rammer fosforet for at danne lyse pletter. Aluminiumsfilmen har intern refleksion, hvilket er gavnligt til at forbedre lysstyrken af de lyse pletter. Aluminiumsfilmen har også andre funktioner såsom varmeafledning.
Når elektronbombardementet stopper, kan den lyse plet ikke forsvinde med det samme, men skal forblive i en periode. Den tid, det tager for et lyspunkts lysstyrke at falde til 10% af dets oprindelige værdi, kaldes "efterglødende tid". Efterglødetid kortere end 10μs kaldes meget kort efterglød, 10μs-1ms er kort efterglød, 1ms-0.1s er medium efterglød, 0,1s-1s er lang efterglød og mere end 1s er ekstremt lang efterglød. Generelt er oscilloskoper udstyret med medium persistens oscilloskoprør, højfrekvente oscilloskoper bruger kort persistens, og lavfrekvente oscilloskoper bruger lang persistens.
(2) Elektronpistol og fokus
Elektronkanonen består af filament (F), katode (K), gitter (G1), frontaccelerationselektrode (G2) (eller andet gitter), første anode (A1) og anden anode (A2). Dens funktion er at udsende elektroner og danne en meget tynd, højhastigheds elektronstråle. Filamentet får energi til at opvarme katoden, og katoden udsender elektroner, når den opvarmes.
Gitteret er en metalcylinder med et lille hul på toppen, som er placeret uden for katoden. Da gate-potentialet er lavere end katoden, styrer det elektronerne, der udsendes af katoden. Generelt kan kun et lille antal elektroner med en stor indledende bevægelseshastighed passere gennem gatehullerne og skynde sig til den fluorescerende skærm under påvirkning af anodespændingen. Elektroner med lille begyndelseshastighed vender stadig tilbage til katoden.
Hvis gatepotentialet er for lavt, vender alle elektroner tilbage til katoden, det vil sige, at røret slukkes. Justering af W1-potentiometeret i kredsløbet kan ændre gatepotentialet og styre tætheden af elektronstrømmen til den fluorescerende skærm, og derved justere lysstyrken af det lyse punkt. Den første anode, den anden anode og den forreste accelerationselektrode er tre metalcylindre på samme akse som katoden. Den forreste accelerationspol G2 er forbundet med A2, og det påførte potentiale er højere end A1. Det positive potentiale af G2 accelererer elektronerne fra katoden mod den fluorescerende skærm.
Når elektronstrålen bevæger sig fra katoden til phosphorskærmen, gennemgår den to fokuseringsprocesser. Den første fokusering afsluttes af K, G1 og G2. K, K, G1 og G2 kaldes de første elektroniske linser i oscilloskoprøret. Den anden fokusering sker i G2-, A1- og A2-områderne. Justering af potentialet af den anden anode A2 kan få elektronstrålen til at konvergere ved et punkt på den fluorescerende skærm. Dette er den anden fokusering. Spændingen på A1 kaldes fokusspændingen, og A1 kaldes også fokuseringspolen. Nogle gange kan justering af spændingen af A1 stadig ikke opnå god fokusering, og spændingen på den anden anode A2 skal finjusteres. A2 kaldes også den ekstra fokuseringselektrode.
(3) Afbøjningssystem
Afbøjningssystemet styrer retningen af elektronstrålen, så lyspletten på den fluorescerende skærm ændres med det eksterne signal for at afbilde bølgeformen af det målte signal. I figur 8.1 danner to par indbyrdes vinkelrette afbøjningsplader Y1, Y2 og Xl, X2 et afbøjningssystem. Y-akse-afbøjningspladen er foran og X-akse-afbøjningspladen er på bagsiden, så Y-aksens følsomhed er høj (det målte signal tilføjes til Y-aksen efter behandling). Der påføres spænding til henholdsvis de to par afbøjningsplader, således at der mellem de to par af afbøjningsplader dannes et elektrisk felt, som styrer afbøjningen af elektronstrålen i henholdsvis lodret og vandret retning.
