Generátor signálu na báze osciloskopu a použitie širokopásmových radarových signálov
Ako funguje osciloskop
Osciloskop je elektronický merací prístroj, ktorý využíva charakteristiky elektrónok elektronického osciloskopu na premenu striedavých elektrických signálov, ktoré nemožno priamo pozorovať ľudským okom, na obrázky a ich zobrazenie na fluorescenčnej obrazovke na meranie. Je to nevyhnutný a dôležitý nástroj na pozorovanie experimentálnych javov digitálnych obvodov, analýzu problémov v experimentoch a meranie experimentálnych výsledkov. Osciloskop sa skladá z trubice osciloskopu a napájacieho systému, synchronizačného systému, systému vychyľovania osi X, systému vychyľovania osi Y, systému oneskoreného skenovania a štandardného zdroja signálu.
1. Osciloskopická trubica
Jadrom osciloskopu je katódová trubica (CRT), označovaná ako osciloskopová trubica. Premieňa elektrické signály na svetelné signály. Ako je znázornené na obrázku 1, elektrónové delo, vychyľovací systém a fosforová obrazovka sú utesnené vo vákuovom sklenenom plášti, aby vytvorili kompletnú trubicu osciloskopu.
(1) Fluorescenčná obrazovka
Dnešné obrazovky trubíc osciloskopu sú zvyčajne pravouhlé roviny s vrstvou fosforeskujúceho materiálu naneseného na vnútornom povrchu, aby vytvoril fluorescenčný film. K fluorescenčnej fólii sa často pridáva vrstva odpareného hliníkového filmu. Vysokorýchlostné elektróny prechádzajú hliníkovým filmom a zasahujú do fosforu, aby vytvorili svetlé škvrny. Hliníková fólia má vnútorný odraz, čo je prospešné pre zlepšenie jasu svetlých bodov. Hliníková fólia má aj ďalšie funkcie, ako je odvod tepla.
Keď sa elektrónové bombardovanie zastaví, jasná škvrna nemôže zmiznúť okamžite, ale musí určitý čas zostať. Čas, za ktorý jas jasného bodu klesne na 10 % jeho pôvodnej hodnoty, sa nazýva „doba dosvitu“. Čas dosvitu kratší ako 10 μs sa nazýva veľmi krátky dosvit, 10 μs-1ms je krátky dosvit, 1 ms-0.1s je stredný dosvit, 0,1s-1s je dlhý dosvit a viac ako 1s je extrémne dlhý dosvit. Vo všeobecnosti sú osciloskopy vybavené trubicami osciloskopu so strednou perzistenciou, vysokofrekvenčné osciloskopy používajú krátku perzistenciu a nízkofrekvenčné osciloskopy používajú dlhú perzistenciu.
(2) Elektrónová pištoľ a ohnisko
Elektrónové delo pozostáva z vlákna (F), katódy (K), mriežky (G1), prednej urýchľovacej elektródy (G2) (alebo druhej mriežky), prvej anódy (A1) a druhej anódy (A2). Jeho funkciou je emitovať elektróny a vytvárať veľmi tenký vysokorýchlostný elektrónový lúč. Vlákno je pod napätím, aby zahrialo katódu a katóda pri zahrievaní emituje elektróny.
Mriežka je kovový valec s malým otvorom na vrchu, ktorý je umiestnený mimo katódy. Pretože potenciál brány je nižší ako katóda, riadi elektróny emitované katódou. Vo všeobecnosti len malý počet elektrónov s veľkou počiatočnou rýchlosťou pohybu môže prejsť cez otvory brány a ponáhľať sa k fluorescenčnej obrazovke pôsobením anódového napätia. Elektróny s malou počiatočnou rýchlosťou sa stále vracajú ku katóde.
Ak je potenciál brány príliš nízky, všetky elektróny sa vrátia na katódu, to znamená, že elektrónka sa vypne. Nastavenie potenciometra W1 v obvode môže zmeniť potenciál brány a riadiť hustotu toku elektrónov na fluorescenčnú obrazovku, čím sa nastaví jas jasného bodu. Prvá anóda, druhá anóda a predná urýchľovacia elektróda sú tri kovové valce na rovnakej osi ako katóda. Predný akceleračný pól G2 je pripojený k A2 a aplikovaný potenciál je vyšší ako A1. Pozitívny potenciál G2 urýchľuje elektróny z katódy smerom k fluorescenčnej obrazovke.
Keď elektrónový lúč prechádza z katódy na fosforovú obrazovku, prechádza dvoma zaostrovacími procesmi. Prvé zaostrenie je ukončené pomocou K, G1 a G2. K, K, G1 a G2 sa nazývajú prvé elektronické šošovky tubusu osciloskopu. Druhé zaostrenie prebieha v oblastiach G2, A1 a A2. Úprava potenciálu druhej anódy A2 môže spôsobiť zblíženie elektrónového lúča v bode na fluorescenčnej obrazovke. Toto je druhé zaostrenie. Napätie na A1 sa nazýva zaostrovacie napätie a A1 sa tiež nazýva zaostrovací pól. Niekedy úpravou napätia A1 stále nemožno dosiahnuť dobré zaostrenie a napätie druhej anódy A2 je potrebné jemne doladiť. A2 sa tiež nazýva pomocná zaostrovacia elektróda.
(3) Vychyľovací systém
Vychyľovací systém riadi smer elektrónového lúča tak, aby sa svetelný bod na fluorescenčnom tienidle menil s vonkajším signálom a zobrazoval tvar vlny meraného signálu. Na obrázku 8.1 tvoria dva páry vzájomne kolmých vychyľovacích dosiek Y1, Y2 a Xl, X2 vychyľovací systém. Vychyľovacia doska osi Y je vpredu a vychyľovacia doska osi X je vzadu, takže citlivosť osi Y je vysoká (nameraný signál sa po spracovaní pripočíta k osi Y). Napätie je privedené na dva páry vychyľovacích dosiek, takže medzi dvoma pármi vychyľovacích dosiek sa vytvorí elektrické pole, ktoré riadi vychýlenie elektrónového lúča vo vertikálnom a horizontálnom smere.
