Oskilloskooppipohjainen signaaligeneraattori ja laajakaistaisten tutkasignaalien käyttö
Kuinka oskilloskooppi toimii
Oskilloskooppi on elektroninen mittauslaite, joka käyttää elektronisten oskilloskooppiputkien ominaisuuksia muuntaakseen vuorottelevat sähkösignaalit, joita ihmissilmä ei voi suoraan havaita, kuviksi ja näyttää ne fluoresoivalla näytöllä mittausta varten. Se on välttämätön ja tärkeä väline digitaalisten piirien kokeellisten ilmiöiden tarkkailuun, kokeiden ongelmien analysointiin ja koetulosten mittaamiseen. Oskilloskooppi koostuu oskilloskooppiputkesta ja virtalähdejärjestelmästä, synkronointijärjestelmästä, X-akselin poikkeutusjärjestelmästä, Y-akselin poikkeutusjärjestelmästä, viivepyyhkäisyjärjestelmästä ja vakiosignaalilähteestä.
1. Oskilloskoopin putki
Katodisädeputki (CRT), jota kutsutaan oskilloskooppiputkeksi, on oskilloskoopin ydin. Se muuntaa sähköiset signaalit valosignaaleiksi. Kuten kuvassa 1 on esitetty, elektronitykki, poikkeutusjärjestelmä ja loisteputki on suljettu tyhjiölasikuoreen täydellisen oskilloskooppiputken muodostamiseksi.
(1) Fluoresoiva näyttö
Nykypäivän oskilloskooppiputkien näytöt ovat yleensä suorakaiteen muotoisia tasoja, joiden sisäpinnalle on kerrostettu fosforoivaa materiaalia fluoresoivan kalvon muodostamiseksi. Fluoresoivaan kalvoon lisätään usein kerros haihdutettua alumiinikalvoa. Nopeat elektronit kulkevat alumiinikalvon läpi ja osuvat loisteaineeseen muodostaen kirkkaita pisteitä. Alumiinikalvossa on sisäinen heijastus, mikä parantaa kirkkaiden pisteiden kirkkautta. Alumiinikalvolla on myös muita toimintoja, kuten lämmönpoisto.
Kun elektronipommitus loppuu, valopilkku ei voi kadota heti, vaan sen on säilyttävä jonkin aikaa. Aikaa, joka kuluu kirkkaan pisteen kirkkauden putoamiseen 10 prosenttiin alkuperäisestä arvostaan, kutsutaan "jälkivaloajaksi". 10 μs lyhyempää jälkihohtoa kutsutaan erittäin lyhyeksi jälkihehkuksi, 10 μs-1 ms on lyhyt jälkihehku, 1 ms-0.1 s on keskipitkä jälkihehku, 0,1 s-1 s on pitkä jälkihehku ja yli 1 s on erittäin pitkä jälkihehku. Yleensä oskilloskoopit on varustettu keskipitkänkestoisilla oskilloskooppiputkilla, korkeataajuiset oskilloskoopit käyttävät lyhytkestoisuutta ja matalataajuiset oskilloskoopit käyttävät pitkäkestoisuutta.
(2) Elektronipistooli ja tarkennus
Elektronitykki koostuu filamentista (F), katodista (K), ristikosta (G1), etummaisesta kiihdytyselektrodista (G2) (tai toisesta hilasta), ensimmäisestä anodista (A1) ja toisesta anodista (A2). Sen tehtävänä on lähettää elektroneja ja muodostaa erittäin ohut, nopea elektronisuihku. Filamentti saa virtaa katodin lämmittämiseksi, ja katodi emittoi elektroneja kuumennettaessa.
Ristikko on metallisylinteri, jonka päällä on pieni reikä, joka on sijoitettu katodin ulkopuolelle. Koska hilapotentiaali on pienempi kuin katodilla, se ohjaa katodin emittoimia elektroneja. Yleensä vain pieni määrä elektroneja, joilla on suuri alkunopeus, voi kulkea hilareikien läpi ja ryntää fluoresoivalle näytölle anodijännitteen vaikutuksesta. Elektronit, joilla on pieni alkunopeus, palaavat edelleen katodille.
Jos hilapotentiaali on liian pieni, kaikki elektronit palaavat katodille, eli putki sammuu. W1-potentiometrin säätäminen piirissä voi muuttaa hilapotentiaalia ja ohjata fluoresoivaan näyttöön suuntautuvan elektronin virtauksen tiheyttä säätäen siten kirkkaan pisteen kirkkautta. Ensimmäinen anodi, toinen anodi ja etukiihdytyselektrodi ovat kolme metallisylinteriä samalla akselilla kuin katodi. Etukiihdytysnapa G2 on kytketty A2:een ja käytetty potentiaali on suurempi kuin A1. G2:n positiivinen potentiaali kiihdyttää elektroneja katodilta kohti fluoresoivaa näyttöä.
Kun elektronisäde kulkee katodilta loisteainesuojalle, se käy läpi kaksi fokusointiprosessia. Ensimmäisen tarkennuksen viimeistelevät K, G1 ja G2. K, K, G1 ja G2 kutsutaan oskilloskooppiputken ensimmäisiksi elektronisiksi linsseiksi. Toinen tarkennus tapahtuu G2-, A1- ja A2-alueilla. Toisen anodin A2 potentiaalin säätäminen voi saada elektronisuihkun konvergoimaan fluoresoivan näytön pisteessä. Tämä on toinen tarkennus. A1:n jännitettä kutsutaan tarkennusjännitteeksi ja A1:tä kutsutaan myös tarkennusnapaksi. Joskus A1:n jännitteen säätämisellä ei silti saavuteta hyvää tarkennusta, ja toisen anodin A2 jännite on hienosäädettävä. A2:ta kutsutaan myös apufokusointielektrodiksi.
(3) Taittojärjestelmä
Poikkeutusjärjestelmä ohjaa elektronisäteen suuntaa siten, että fluoresoivan ruudun valopiste muuttuu ulkoisen signaalin mukana kuvaamaan mitatun signaalin aaltomuotoa. Kuvassa 8.1 kaksi paria keskenään kohtisuorassa olevia poikkeutuslevyjä Y1, Y2 ja Xl, X2 muodostavat poikkeutusjärjestelmän. Y-akselin poikkeutuslevy on edessä ja X-akselin poikkeutuslevy takana, joten Y-akselin herkkyys on korkea (mitattu signaali lisätään Y-akselille käsittelyn jälkeen). Jännite kohdistetaan vastaavasti kahteen poikkeutuslevypariin siten, että kahden poikkeutuslevyparin välille muodostuu sähkökenttä, joka ohjaa elektronisäteen taipumista vastaavasti pysty- ja vaakasuunnassa.
