Cathode Ray Oscilloscopes - Perincian Kerja dan Operasi

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





Dalam catatan ini kita akan membincangkan secara terperinci bagaimana Cathode Ray Oscilloscopes (CRO) berfungsi dan pembinaan dalamannya. Kami juga akan belajar bagaimana menggunakan CRO menggunakan berbagai kawalan dan memahami gambaran grafik dari pelbagai isyarat input pada layar paparan ruang lingkup.

Kepentingan Osiloskop Cathode Ray (CRO)

Kita tahu bahawa sebahagian besar litar elektronik melibatkan dan bekerja dengan menggunakan bentuk gelombang elektronik atau bentuk gelombang digital, yang biasanya dihasilkan sebagai frekuensi. Isyarat ini memainkan peranan penting dalam rangkaian seperti maklumat audio, data komputer, isyarat TV, pengayun dan penjana masa (seperti yang berlaku dalam radar) dll. Oleh itu, mengukur parameter ini dengan tepat dan betul menjadi sangat penting semasa menguji dan menyelesaikan masalah jenis ini litar



Meter yang biasa didapati seperti multimeter digital atau multimeter analog mempunyai kemudahan yang terhad dan hanya dapat mengukur voltan, arus atau impedans dc atau ac. Beberapa meter maju dapat mengukur isyarat ac tetapi hanya jika isyaratnya sangat halus dan dalam bentuk isyarat sinusoidal tertentu yang tidak diputarbelitkan. Oleh itu meter ini gagal memenuhi tujuan ketika menganalisis litar yang melibatkan bentuk gelombang dan kitaran masa.

Sebaliknya osiloskop adalah alat yang dirancang untuk menerima dan mengukur bentuk gelombang secara tepat memungkinkan pengguna untuk memvisualisasikan bentuk nadi atau bentuk gelombang secara praktikal.



CRO adalah salah satu osiloskop kelas tinggi yang membolehkan pengguna melihat gambaran visual bentuk gelombang yang digunakan.

Ia menggunakan tabung sinar katod (CRT) untuk menghasilkan paparan visual yang sesuai dengan isyarat yang diterapkan pada input sebagai bentuk gelombang.

Pancaran elektron di dalam CRT melalui pergerakan terpesong (sapuan) melintasi permukaan tiub (skrin) sebagai tindak balas kepada isyarat input, mewujudkan jejak visual pada layar yang mewakili bentuk gelombang. Jejak berterusan ini kemudian membolehkan pengguna memeriksa bentuk gelombang dan menguji ciri-cirinya.

Ciri osiloskop untuk menghasilkan gambar sebenar bentuk gelombang menjadi sangat berguna berbanding dengan multimeter digital yang hanya mampu memberikan nilai berangka dari bentuk gelombang.

Seperti yang kita semua tahu osiloskop sinar katod berfungsi dengan sinar elektron untuk menunjukkan pelbagai pembacaan pada skrin osiloskop. Untuk memesongkan atau memproses rasuk secara mendatar operasi yang disebut voltan sapu digabungkan, sementara pemprosesan menegak dilakukan oleh voltan masukan yang sedang diukur.

TUBE SAYANG CATHODE - TEORI DAN PEMBINAAN DALAMAN

Di dalam osiloskop sinar katod (CRO), Cathode Ray Tube (CRT) menjadi komponen utama peranti ini. CRT menjadi bertanggungjawab untuk menghasilkan pengimejan bentuk gelombang kompleks pada layar ruang lingkup.

CRT pada dasarnya terdiri daripada empat bahagian:

1. Pistol elektron untuk menghasilkan pancaran elektron.
2. Memfokuskan dan mempercepat komponen untuk membuat pancaran elektron yang tepat.
3. Plat pesongan mendatar dan menegak untuk memanipulasi sudut pancaran elektron.
4. Penutup kaca yang dilapisi yang dilapisi dengan skrin fosfor untuk mewujudkan cahaya yang diperlukan sebagai tindak balas terhadap pukulan sinar elektron di permukaannya

Gambar berikut menunjukkan perincian asas pembinaan CRT

Bahagian CRT

Sekarang mari kita fahami bagaimana CRT berfungsi dengan fungsi asasnya.

Bagaimana Cathode Ray Oscilloscope (CRO) Berfungsi

Filamen panas di dalam CRT digunakan untuk memanaskan katod (K) sisi tiub yang terdiri daripada lapisan oksida. Ini menghasilkan pelepasan elektron seketika dari permukaan katod.

Unsur yang dipanggil grid kawalan (G) mengawal kuantiti elektron yang dapat melintasi lebih jauh sepanjang tiub. Tahap voltan yang dikenakan pada grid menentukan kuantiti elektron dibebaskan dari katod yang dipanaskan, dan berapa banyak dari mereka yang dibenarkan bergerak ke hadapan ke arah tiub.

Setelah elektron melepasi grid kawalan, mereka melalui pemfokusan seterusnya menjadi sinar tajam dan pecutan berkelajuan tinggi dengan bantuan pecutan anod.

Rasuk elektron yang sangat dipercepat ini pada fasa seterusnya dilalui antara beberapa set plat pesongan. Sudut atau orientasi plat pertama dipegang sedemikian rupa sehingga memesongkan pancaran elektron secara menegak ke atas atau ke bawah. Ini seterusnya dikawal oleh kekutuban voltan yang digunakan di atas plat ini.

Juga sejauh mana pesongan pada balok dibenarkan ditentukan oleh jumlah voltan yang dikenakan pada plat.

Rasuk terpesong terkawal ini kemudian melalui percepatan lebih tinggi melalui voltan yang sangat tinggi yang dikenakan pada tiub, yang akhirnya menyebabkan rasuk memukul lapisan lapisan fosforus dari permukaan dalam tiub.

Ini dengan serta-merta menyebabkan fosfor menyala sebagai tindak balas terhadap pukulan sinar elektron yang menghasilkan cahaya yang kelihatan di skrin untuk pengguna yang mengendalikan skop.

CRT adalah unit lengkap bebas yang mempunyai terminal yang sesuai yang menonjol melalui pangkalan belakang ke pinout tertentu.

Bentuk CRT yang berbeza boleh didapati di pasaran dalam berbagai dimensi, dengan tiub berlapis fosfor yang berbeza dan kedudukan elektrod pesongan.

Sekarang mari kita memikirkan bagaimana CRT digunakan dalam osiloskop.

Corak bentuk gelombang yang kita visualisasikan untuk isyarat sampel tertentu dilaksanakan dengan cara ini:

Semasa voltan sapuan menggerakkan pancaran elektron secara mendatar pada permukaan dalaman skrin CRT, isyarat input yang diukur secara serentak memaksa pancaran untuk membelok secara menegak, menghasilkan corak yang diperlukan pada grafik skrin untuk analisis kami.

Apa itu Sapuan Tunggal

Setiap sapuan pancaran elektron pada skrin CRT diikuti dengan selang waktu 'kosong' pecahan. Semasa fasa kosong ini, balok dimatikan sebentar sehingga ia sampai ke titik permulaan atau bahagian skrin sebelumnya yang melampau. Kitaran setiap sapuan ini dipanggil 'satu sapuan rasuk'

Untuk mendapatkan paparan bentuk gelombang yang stabil pada layar, sinar elektron seharusnya 'disapu' berulang kali dari kiri ke kanan dan sebaliknya menggunakan pencitraan yang sama untuk setiap sapuan.

Untuk mencapai ini, operasi yang disebut penyegerakan menjadi perlu, yang memastikan bahawa balok kembali dan mengulangi setiap sapuan dari titik yang sama persis di layar.

Apabila diselaraskan dengan betul, corak bentuk gelombang di skrin kelihatan stabil dan berterusan. Namun jika penyegerakan tidak diterapkan, bentuk gelombang perlahan-lahan bergerak melintang secara mendatar dari satu hujung skrin ke ujung yang lain secara berterusan.

Komponen CRO Asas

Unsur-unsur penting CRO dapat dilihat dalam Rajah 22.2 di bawah. Kami akan menganalisis terutamanya maklumat operasi CRO untuk gambarajah blok asas ini.

Untuk mencapai pesongan pancaran yang bermakna dan dapat dikenali melalui sekurang-kurangnya satu sentimeter hingga beberapa sentimeter, tahap voltan khas yang digunakan pada plat pesongan mestilah minimum pada puluhan atau bahkan ratusan volt.

Oleh kerana nadi yang dinilai melalui CRO biasanya hanya pada beberapa volt pada magnitud, atau paling banyak pada beberapa milivol, litar penguat yang sesuai diperlukan untuk meningkatkan isyarat input sehingga tahap voltan optimum yang diperlukan untuk menjalankan tabung.

Sebenarnya, tahap penguat digunakan yang membantu memesongkan pancaran pada satah mendatar dan menegak.

Untuk dapat menyesuaikan tingkat sinyal input yang sedang dianalisis, setiap denyut input harus melalui tahap litar atenuator, yang dirancang untuk meningkatkan amplitud layar.

Komponen CRO Asas

OPERASI Sapu Voltan

Operasi sapuan voltan dilaksanakan dengan cara berikut:

Dalam keadaan ketika input menegak dipegang pada 0V, pancaran elektron seharusnya dilihat di tengah menegak skrin. Sekiranya 0V diterapkan secara sama pada input mendatar, balok diposisikan di tengah-tengah layar muncul seperti padat dan alat tulis DOT di pusat.

Sekarang, 'titik' ini dapat dipindahkan ke mana saja di seluruh permukaan layar, hanya dengan memanipulasi butang kawalan mendatar dan menegak osiloskop.

Posisi titik juga dapat diubah melalui voltan dc tertentu yang diperkenalkan pada input osiloskop.

Gambar berikut menunjukkan bagaimana tepatnya titik dapat dikendalikan melalui skrin CRT melalui voltan mendatar positif (ke arah kanan) dan voltan input menegak negatif (ke bawah dari tengah).

kawalan dot dalam CRO

Isyarat Menyapu Mendatar

Agar isyarat dapat dilihat pada paparan CRT, menjadi mustahak untuk memungkinkan pesongan sinar melalui sapuan mendatar di seluruh skrin, sehingga setiap input isyarat menegak yang sesuai memungkinkan perubahan itu dapat dilihat pada layar.

Dari Gambar 22.4 di bawah ini, kita dapat memvisualisasikan garis lurus pada paparan yang diperoleh kerana umpan voltan positif ke input menegak melalui isyarat sapuan linear (gigi gergaji) yang diterapkan pada saluran mendatar.

Paparan skop untuk dc menegak

Apabila pancaran elektron dipegang pada jarak menegak tetap yang dipilih, voltan mendatar dipaksa bergerak dari negatif ke sifar ke positif, menyebabkan sinar bergerak dari sebelah kiri skrin, ke tengah, dan ke sisi kanan skrin. Pergerakan pancaran elektron ini menghasilkan garis lurus di atas rujukan menegak tengah, menunjukkan voltan dc yang sesuai dalam bentuk garis cahaya bintang.

Daripada menghasilkan sapuan tunggal, voltan sapuan dilaksanakan untuk berfungsi seperti bentuk gelombang berterusan. Ini pada dasarnya untuk memastikan paparan yang konsisten dapat dilihat di skrin. Sekiranya hanya satu sapuan digunakan, ia tidak akan bertahan dan akan pudar serta-merta.

Itulah sebabnya sapuan berulang dihasilkan sesaat di dalam CRT yang memberikan penampilan bentuk gelombang berterusan di skrin kerana penglihatan kami yang berterusan.

Sekiranya kita mengurangkan kadar sapuan di atas bergantung pada skala waktu yang diberikan pada osiloskop, kesan nyata sinar dapat dilihat di layar. Sekiranya hanya isyarat sinusoidal yang diterapkan pada input menegak tanpa adanya sapuan mendatar, kita akan melihat garis lurus menegak seperti yang digambarkan pada Gambar 22.5.

Hasil paparan skop untuk menegak sinus

Dan sekiranya kelajuan input menegak sinusoidal ini dikurangkan dengan cukup membolehkan kita melihat pancaran elektron bergerak turun di sepanjang garis garis lurus.

Menggunakan Sapuan Sawtooth Linear untuk Memaparkan Input Vertikal

Sekiranya anda berminat untuk memeriksa isyarat gelombang sinus, anda harus menggunakan isyarat sapuan pada saluran mendatar. Ini akan membolehkan isyarat yang diterapkan pada saluran menegak menjadi kelihatan di skrin CRO.

Contoh praktikal dapat dilihat pada Rajah 22.6 yang menunjukkan bentuk gelombang yang dihasilkan dengan menggunakan sapuan linear mendatar bersama dengan sinusoidal atau sinus input melalui saluran menegak.

bentuk gelombang yang dihasilkan dengan menggunakan sapuan linear mendatar

Untuk mendapatkan satu kitaran di layar untuk input yang diaplikasikan, penyegerakan isyarat input dan frekuensi sapuan linear menjadi penting. Walaupun dengan perbezaan minit atau penyegerakan yang salah, paparan mungkin gagal menunjukkan pergerakan apa pun.

Sekiranya frekuensi sapuan dikurangkan, lebih banyak bilangan kitaran isyarat input sinus dapat dilihat pada skrin CRO.

Sebaliknya, jika kita meningkatkan frekuensi sapuan, bilangan kitaran sinus sinus input menegak yang lebih rendah dapat dilihat di layar paparan. Ini sebenarnya akan menghasilkan pembesaran sebahagian daripada isyarat input yang diterapkan pada layar CRO.

Contoh Praktikal yang Diselesaikan:

menyelesaikan masalah contoh CRO

Pada Gambar.2.7 kita dapat melihat layar osiloskop menampilkan isyarat berdenyut sebagai tindak balas kepada bentuk gelombang seperti denyut yang diterapkan pada input menegak dengan sapuan mendatar

Penomboran untuk setiap bentuk gelombang membolehkan paparan mengikuti variasi isyarat input dan voltan sapuan untuk setiap kitaran.

SINKRONISASI DAN TRIGGERING

Penyesuaian dalam Osiloskop Cathode Ray dilaksanakan dengan menyesuaikan kelajuan dari segi frekuensi, untuk menghasilkan satu pusingan nadi, sebilangan besar kitaran, atau sebahagian daripada kitaran bentuk gelombang, dan ciri ini menjadi salah satu CRO adalah ciri penting mana-mana CRO.

Pada Gambar.2.8 kita dapat melihat layar CRO memaparkan respons untuk beberapa kitaran isyarat sapuan.

Untuk setiap pelaksanaan voltan sapuan gigi gergaji mendatar melalui kitaran sapuan linear (mempunyai had dari had negatif maksimum sifar hingga positif positif), menyebabkan sinar elektron bergerak mendatar melintasi kawasan skrin CRO, bermula dari kiri, ke pusat, dan kemudian ke kanan skrin.

Selepas ini voltan gigi gergaji kembali dengan cepat kembali ke had voltan negatif permulaan dengan pancaran elektron bergerak ke sebelah kiri skrin. Dalam jangka masa ini ketika voltan sapuan mengalami pengembalian cepat ke negatif (mengesan semula), elektron melalui fasa kosong (di mana voltan grid menghalang elektron daripada menyerang muka tiub)

Untuk membolehkan paparan menghasilkan gambar isyarat yang stabil untuk setiap sapuan rasuk, adalah mustahak untuk memulakan sapuan dari titik yang sama pada kitaran isyarat input.

Dalam Gambar.2.9 kita dapat melihat bahawa frekuensi sapuan yang agak rendah menyebabkan paparan menghasilkan penampilan sisi kiri rasuk.

Apabila diatur ke frekuensi sapuan tinggi seperti yang dibuktikan dalam Gambar 22.10, paparan menghasilkan penampilan drift sisi kanan balok di layar.

Tidak perlu dikatakan, sangat sukar atau tidak praktis untuk menyesuaikan frekuensi isyarat sapuan sama dengan frekuensi isyarat input untuk mencapai sapuan yang stabil atau berterusan pada skrin.

Penyelesaian mencari yang lebih layak adalah menunggu isyarat kembali ke titik permulaan jejak dalam satu kitaran. Jenis pencetus ini merangkumi beberapa ciri baik yang akan kita bincangkan dalam perenggan berikut.

Mencetuskan

Pendekatan standard untuk penyegerakan menggunakan sebahagian kecil dari isyarat input untuk menukar generator sapu, yang memaksa isyarat sapuan untuk mengunci atau mengunci dengan isyarat input, dan proses ini menyegerakkan kedua-dua isyarat itu bersama-sama.

Dalam Rajah 22.11 kita dapat melihat gambarajah blok yang menggambarkan pengekstrakan sebahagian daripada isyarat input di a osiloskop saluran tunggal.

Isyarat pencetus ini diekstrak dari frekuensi talian AC sesaat (50 atau 60Hz) untuk menganalisis sebarang isyarat luaran yang mungkin berkaitan atau berkaitan dengan rangkaian AC, atau mungkin merupakan isyarat berkaitan yang diterapkan sebagai input menegak dalam CRO.

isyarat pencetus diekstrak dari frekuensi talian AC utama (50 atau 60Hz) untuk menganalisis sebarang isyarat luaran

Apabila suis pemilih diubah ke arah 'INTERNAL' membolehkan sebahagian daripada isyarat input digunakan oleh litar penjana pencetus. Kemudian, output generator pencetus output digunakan untuk memulakan atau memulakan sapuan utama CRO, yang tetap dapat dilihat selama jangka waktu seperti yang ditetapkan oleh kawalan masa / cm skop.

Permulaan pemicu pada beberapa titik yang berlainan dalam satu kitaran isyarat dapat dilihat pada Gambar 22.12. Fungsi pemicu pemicu juga dapat dianalisis melalui pola bentuk gelombang yang dihasilkan.

Isyarat yang diterapkan sebagai input digunakan untuk menghasilkan bentuk gelombang pemicu untuk isyarat sapuan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22.13, sapuan dimulai dengan siklus isyarat input dan berlangsung selama jangka waktu yang ditentukan oleh pengaturan kawalan panjang sapuan. Selepas itu, operasi CRO menunggu sehingga isyarat input mencapai titik yang sama dalam kitarannya sebelum memulakan operasi sapuan baru.

Kaedah pemicu yang dijelaskan di atas memungkinkan proses penyegerakan, sementara jumlah kitaran yang dapat dilihat pada paparan ditentukan oleh panjang isyarat sapuan.

FUNGSI PELBAGAI

Sebilangan besar CRO canggih memudahkan melihat lebih dari satu, atau beberapa jejak pada skrin paparan secara serentak, yang membolehkan pengguna membandingkan ciri khas atau lain-lain dari pelbagai bentuk gelombang dengan mudah.

Ciri ini biasanya dilaksanakan dengan menggunakan beberapa rasuk dari beberapa senapang elektron, yang menghasilkan pancaran individu pada skrin CRO, namun kadang-kadang ini juga dilaksanakan melalui satu sinar elektron.

Terdapat beberapa teknik yang digunakan untuk menghasilkan pelbagai jejak: ALTERNATE dan CHOPPED. Dalam mod alternatif, dua isyarat yang terdapat pada input, disambungkan secara bergantian ke tahap litar pesongan melalui suis elektronik. Dalam mod ini rasuk disapu di skrin CRO tidak kira berapa banyak jejak yang akan dipaparkan. Selepas ini, suis elektronik juga memilih isyarat kedua dan melakukan perkara yang sama untuk isyarat ini.

Cara operasi ini dapat dilihat pada Rajah 22.14a.

Rajah 22.14b menunjukkan mod operasi CHOPPED di mana rasuk melalui peralihan berulang untuk memilih antara dua isyarat input untuk setiap isyarat sapuan. Tindakan menukar atau memotong ini tetap tidak dapat dikesan untuk frekuensi isyarat yang lebih rendah, dan nampaknya dilihat sebagai dua jejak individu pada skrin CRO.

Cara Mengukur Bentuk Gelombang melalui skala CRO yang Ditentukur

Anda mungkin telah melihat bahawa skrin paparan CRO terdiri dari skala yang dikalibrasi dengan jelas. Ini disediakan untuk pengukuran amplitud dan faktor masa untuk bentuk gelombang yang berkenaan.

Unit yang ditandai dapat dilihat sebagai kotak yang dibahagi 4 sentimeter (cm) di kedua-dua sisi kotak. Setiap kotak ini juga dibahagikan kepada selang 0.2 cm.

Mengukur Amplitudo:

Skala menegak pada layar RO dapat dilihat dikalibrasi sama ada dalam volt / cm (V / cm) atau milivol / cm (mV / cm).

Dengan bantuan tetapan butang kawalan dari ruang lingkup, dan tanda yang ditunjukkan pada permukaan paparan, pengguna dapat mengukur atau menganalisis amplitud puncak-ke-puncak dari isyarat bentuk gelombang atau biasanya isyarat AC.

Berikut adalah contoh penyelesaian praktikal untuk memahami bagaimana amplitud diukur pada skrin CRO:

mengukur amplitud dengan merujuk kepada penentukuran skrin CRO

Catatan: Ini adalah kelebihan osiloskop terhadap multimeter, kerana multimeter hanya memberikan nilai RMS dari isyarat AC, sementara ruang lingkup mampu memberikan nilai RMS dan juga nilai puncak ke puncak sinyal.

hitung amplitud jangka masa

Mengukur Masa (Tempoh) kitaran AC menggunakan Osiloskop

Skala mendatar yang disediakan pada layar osiloskop membantu kita menentukan masa kitaran input dalam beberapa saat, dalam milisaat (ms), dan dalam mikrodetik (μs), atau bahkan dalam nanodetik (ns).

Selang waktu yang digunakan oleh nadi untuk menyelesaikan satu kitaran dari awal hingga akhir disebut tempoh nadi. Apabila nadi ini dalam bentuk bentuk gelombang berulang, haidnya disebut satu kitaran bentuk gelombang.

Berikut adalah contoh penyelesaian praktikal yang menunjukkan cara menentukan jangka masa bentuk gelombang menggunakan penentukuran skrin CRO:

mengukur tempoh bentuk gelombang dengan kalibrasi skrin skop

Mengukur Lebar Nadi

Setiap bentuk gelombang terdiri daripada puncak voltan maksimum dan minimum yang disebut sebagai keadaan nadi tinggi dan rendah. Selang masa di mana nadi kekal pada keadaan TINGGI atau RENDAH disebut lebar nadi.

Untuk denyutan yang tepinya naik dan turun dengan sangat tajam (cepat), lebar denyut seperti itu diukur dari permulaan nadi yang disebut tepi terdepan hingga ke hujung nadi yang disebut sebagai trailing edge, ini ditunjukkan pada Gambar 22.19a.

Untuk denyutan yang mempunyai siklus kenaikan dan penurunan yang agak lambat atau lambat (jenis eksponensial), lebar nadi mereka diukur pada tahap 50% dalam kitaran, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22.19b.

Osiloskop dan Alat Ukur Lain

Contoh penyelesaian berikut membantu memahami prosedur di atas dengan cara yang lebih baik:

Tentukan lebar nadi bentuk gelombang

TIDAK MEMAHAMI PULSE DELAY

Ruang selang waktu antara nadi dalam kitaran nadi disebut kelewatan nadi. Contoh kelewatan nadi dapat dilihat pada gambar 22.21 yang diberikan di bawah ini, kita dapat melihat kelewatan di sini diukur antara titik tengah atau tahap 50% dan titik permulaan nadi.

mengukur kelewatan nadi

Rajah 22.21

Contoh penyelesaian praktikal yang menunjukkan cara mengukur kelewatan nadi pada CRO

hitung kelewatan nadi

Kesimpulan:

Saya telah mencuba memasukkan sebilangan besar butiran asas mengenai bagaimana Cathode Ray Oscilloscope (CRO) berfungsi, dan telah cuba menerangkan bagaimana menggunakan peranti ini untuk mengukur pelbagai isyarat berdasarkan frekuensi melalui skrinnya yang dikalibrasi. Walau bagaimanapun masih banyak aspek yang mungkin saya terlepas di sini, namun saya akan terus memeriksa dari semasa ke semasa dan mengemas kini lebih banyak maklumat bila mungkin.

Rujukan: https://en.wikipedia.org/wiki/Oscilloscope




Sebelumnya: Penguat Pemancar Biasa - Ciri-ciri, Contoh Bias, Selesai Seterusnya: Apa itu beta (β) dalam BJT