Oscilloskopbaserad signalgenerator och användningar av bredbandsradarsignaler
Hur ett oscilloskop fungerar
Ett oscilloskop är ett elektroniskt mätinstrument som använder egenskaperna hos elektroniska oscilloskoprör för att omvandla alternerande elektriska signaler som inte direkt kan observeras av det mänskliga ögat till bilder och visa dem på en fluorescerande skärm för mätning. Det är ett oumbärligt och viktigt instrument för att observera experimentella fenomen i digitala kretsar, analysera problem i experiment och mäta experimentella resultat. Oscilloskopet består av ett oscilloskoprör och strömförsörjningssystem, synkroniseringssystem, X-axelavböjningssystem, Y-axelavböjningssystem, fördröjningsavsökningssystem och standardsignalkälla.
1. Oscilloskoprör
Katodstrålerör (CRT), kallat oscilloskoprör, är kärnan i oscilloskopet. Den omvandlar elektriska signaler till ljussignaler. Som visas i figur 1 är elektronpistolen, avböjningssystemet och fosforskärmen förseglade i ett vakuumglasskal för att bilda ett komplett oscilloskoprör.
(1) Fluorescerande skärm
Dagens oscilloskoprörsskärmar är vanligtvis rektangulära plan, med ett lager av fosforescerande material avsatt på den inre ytan för att bilda en fluorescerande film. Ett lager av förångad aluminiumfilm läggs ofta till den fluorescerande filmen. Höghastighetselektroner passerar genom aluminiumfilmen och träffar fosforn för att bilda ljusa fläckar. Aluminiumfilmen har inre reflektion, vilket är fördelaktigt för att förbättra ljusstyrkan på de ljusa fläckarna. Aluminiumfilmen har även andra funktioner såsom värmeavledning.
När elektronbombardementet upphör kan den ljusa fläcken inte försvinna omedelbart utan måste finnas kvar en tid. Tiden det tar för en ljuspunkts ljusstyrka att sjunka till 10% av dess ursprungliga värde kallas "efterglödstiden". Efterglödstid kortare än 10μs kallas mycket kort efterglöd, 10μs-1ms är kort efterglöd, 1ms-0.1s är medium efterglöd, 0.1s-1s är lång efterglöd och mer än 1s är extremt lång efterglöd. I allmänhet är oscilloskop utrustade med oscilloskoprör med medium beständighet, högfrekventa oscilloskop använder kort beständighet och lågfrekventa oscilloskop använder lång beständighet.
(2) Elektronpistol och fokus
Elektronpistolen består av glödtråd (F), katod (K), rutnät (G1), frontaccelerationselektrod (G2) (eller andra rutnät), första anod (A1) och andra anod (A2). Dess funktion är att sända ut elektroner och bilda en mycket tunn elektronstråle med hög hastighet. Glödtråden aktiveras för att värma katoden, och katoden avger elektroner när den värms upp.
Gallret är en metallcylinder med ett litet hål på toppen, som placeras utanför katoden. Eftersom grindpotentialen är lägre än katoden, styr den elektronerna som emitteras av katoden. I allmänhet kan endast ett litet antal elektroner med en stor initial rörelsehastighet passera genom gatehålen och rusa till den fluorescerande skärmen under inverkan av anodspänningen. Elektroner med liten initial hastighet återvänder fortfarande till katoden.
Om grindpotentialen är för låg återgår alla elektroner till katoden, det vill säga röret stängs av. Justering av W1-potentiometern i kretsen kan ändra gatepotentialen och styra densiteten av elektronflödet till den fluorescerande skärmen, och därigenom justera ljusstyrkan på den ljusa punkten. Den första anoden, den andra anoden och den främre accelerationselektroden är tre metallcylindrar på samma axel som katoden. Den främre accelerationspolen G2 är ansluten till A2 och den pålagda potentialen är högre än A1. Den positiva potentialen hos G2 accelererar elektronerna från katoden mot den fluorescerande skärmen.
När elektronstrålen går från katoden till fosforskärmen genomgår den två fokuseringsprocesser. Den första fokuseringen slutförs av K, G1 och G2. K, K, G1 och G2 kallas de första elektroniska linserna i oscilloskopröret. Den andra fokuseringen sker i G2-, A1- och A2-områdena. Justering av potentialen för den andra anoden A2 kan få elektronstrålen att konvergera vid en punkt på den fluorescerande skärmen. Detta är den andra fokuseringen. Spänningen på A1 kallas fokuseringsspänningen och A1 kallas även fokuseringspolen. Ibland kan justering av spänningen för A1 fortfarande inte uppnå bra fokusering, och spänningen för den andra anoden A2 måste finjusteras. A2 kallas även för den extra fokuseringselektroden.
(3) Avböjningssystem
Avböjningssystemet styr elektronstrålens riktning så att ljuspunkten på den fluorescerande skärmen ändras med den externa signalen för att avbilda vågformen för den uppmätta signalen. I figur 8.1 bildar två par inbördes vinkelräta avböjningsplattor Y1, Y2 och Xl, X2 ett avböjningssystem. Y-axelns avböjningsplatta är framtill och X-axelns avböjningsplatta är på baksidan, så Y-axelns känslighet är hög (den uppmätta signalen läggs till Y-axeln efter bearbetning). Spänning påläggs de båda paren av avböjningsplattor, så att ett elektriskt fält bildas mellan de två paren av avböjningsplattor, vilket styr avböjningen av elektronstrålen i vertikal respektive horisontell riktning.
