Cathode Ray Oscilloscopes - Arbejds- og driftsdetaljer

Prøv Vores Instrument Til At Fjerne Problemer





I dette indlæg vil vi uddybe, hvordan Cathode Ray Oscilloscopes (CRO) fungerer, og dets interne konstruktion. Vi lærer også, hvordan man bruger en CRO ved hjælp af de forskellige kontroller og forstår de grafiske repræsentationer af de forskellige indgangssignaler på skærmbilledet for omfanget.

Betydningen af ​​katodestråleoscilloskoper (CRO)

Vi ved, at størstedelen af ​​de elektroniske kredsløb strengt involverer og arbejder ved hjælp af elektronisk bølgeform eller digital bølgeform, som normalt produceres som en frekvens. Disse signaler spiller en vigtig rolle i sådanne kredsløb i form af lydinformation, computerdata, tv-signaler, oscillatorer og timinggeneratorer (som anvendt i radarer) osv. Derfor bliver det meget afgørende at måle disse parametre nøjagtigt og korrekt, når man tester og fejlfinder disse typer af kredsløb



De almindeligt tilgængelige målere, såsom digitale multimetre eller analoge multimetre, har begrænsede faciliteter og er kun i stand til at måle DC- eller AC-spændinger, strømme eller impedanser. Nogle avancerede målere er i stand til at måle vekselstrømssignaler, men kun hvis signalet er meget raffineret og i form af specifikke uforvrængede sinusformede signaler. Derfor tjener disse målere ikke formålet, når det kommer til at analysere kredsløb, der involverer bølgeform og tidsbestemte cyklusser.

I modsætning hertil er et oscilloskop en enhed, der er designet til at acceptere og måle bølgeform nøjagtigt, så brugeren praktisk kan visualisere formen på pulsen eller bølgeformen.



CRO er et af de højkvalitetsoscilloskoper, der giver brugeren mulighed for at se en visuel repræsentation af en anvendt bølgeform.

Den anvender et katodestrålerør (CRT) til at generere det visuelle display svarende til signalet, der påføres ved indgangen som en bølgeform.

Elektronstrålen inde i CRT går gennem afbøjede bevægelser (fejer) hen over røret (skærmen) som reaktion på indgangssignalerne og skaber et visuelt spor på skærmen, der repræsenterer bølgeformens form. Disse kontinuerlige spor giver derefter brugeren mulighed for at undersøge bølgeformen og teste dens egenskaber.

Funktionen ved et oscilloskop til at producere det faktiske billede af bølgeformen bliver meget nyttigt sammenlignet med digitale multimetre, som kun er i stand til at give numeriske værdier for bølgeformen.

Som vi alle ved fungerer katodestråleoscilloskoper med elektronstråler til at indikere de forskellige aflæsninger på oscilloskopskærmen. Til afbøjning eller behandling af strålen vandret kaldes en operation feje-spænding er inkorporeret, mens den lodrette behandling udføres af den indgangsspænding, der måles.

KATODE STRÅL RØR - TEORI OG INDRE KONSTRUKTION

Inde i et katodestråleoscilloskop (CRO) bliver Cathode Ray Tube (CRT) den vigtigste komponent i enheden. CRT bliver ansvarlig for at generere den komplekse bølgeformbilleddannelse på skærmbilledet af omfanget.

CRT består grundlæggende af fire dele:

1. En elektronpistol til generering af elektronstrålen.
2. Fokusering og acceleration af komponenter til at skabe nøjagtig elektronstråle.
3. Vandrette og lodrette afbøjningsplader til manipulation af vinklen på elektronstrålen.
4. Et evakueret glaskabinet belagt med phosphorescerende skærm til at skabe den krævede synlige glød som reaktion på elektronstrålens slag på dens overflade

Følgende figur viser de grundlæggende konstruktionsdetaljer for en CRT

CRT dele

Lad os nu forstå, hvordan CRT fungerer med sine grundlæggende funktioner.

Sådan fungerer Cathode Ray Oscilloscope (CRO)

En varm glødetråd inde i CRT bruges til opvarmning af katode (K) siden af ​​røret bestående af en oxidcoating. Dette resulterer i en øjeblikkelig frigivelse af elektroner fra katodeoverfladen.

Et element kaldet kontrolgitteret (G) styrer mængden af ​​elektroner, der kan passere længere over rørlængden. Spændingsniveauet på nettet bestemmer mængden af ​​elektroner, der frigøres fra den opvarmede katode, og hvor mange af dem, der får lov til at bevæge sig fremad mod rørets overflade.

Når elektronerne overgår kontrolgitteret, gennemgår de efterfølgende fokusering i en skarp stråle og en højhastighedsacceleration ved hjælp af anodeacceleration.

Denne stærkt accelererede elektronstråle i den næste fase føres mellem et par sæt afbøjningsplader. Vinklen eller orienteringen af ​​den første plade holdes på en sådan måde, at den afbøjer elektronstrålen lodret op eller ned. Dette styres igen af ​​den spændingspolaritet, der påføres over disse plader.

Også af hvor meget afbøjning på strålen er tilladt bestemmes af mængden af ​​spænding, der påføres på pladerne.

Denne kontrollerede afbøjede stråle gennemgår derefter mere acceleration gennem ekstremt høje spændinger, der påføres røret, hvilket til sidst får strålen til at ramme det fosforescerende lagbelægning af rørets indvendige overflade.

Dette får øjeblikkeligt fosfor til at gløde som reaktion på rammerne af elektronstrålen, hvilket genererer den synlige glød på skærmen til brugeren, der håndterer omfanget.

CRT er en uafhængig komplet enhed, der har passende terminaler stukket ud via en bageste base i specifikke pinouts.

Forskellige former for CRT'er fås på markedet i mange forskellige dimensioner med forskellige phosphorcoatede rør og positionering af afbøjningselektroder.

Lad os nu overveje, hvordan CRT anvendes i et oscilloskop.

Bølgeformmønstrene, som vi visualiserer for et givet prøvesignal, udføres på denne måde:

Når fejespændingen bevæger elektronstrålen vandret på CRT-skærmens indvendige side, tvinger indgangssignalet, der måles samtidigt, strålen til at afbøje lodret og generere det krævede mønster på skærmgrafen til vores analyse.

Hvad er en enkelt fejning

Hver fejning af elektronstrålen på CRT-skærmen følges med et fraktioneret 'tomt' tidsinterval. Under denne blanke fase slukkes strålen kort, indtil den når til startpunktet eller den forrige ekstreme side af skærmen. Denne cyklus for hver fejning kaldes 'en feje af strålen'

For at opnå en stabil bølgeformvisning på skærmen formodes elektronstrålen at blive 'fejet' gentagne gange fra venstre mod højre og omvendt ved hjælp af en identisk billeddannelse til hver fejning.

For at opnå dette bliver en operation kaldet synkronisering nødvendig, som sikrer, at strålen vender tilbage og gentager hver fejning fra nøjagtigt det samme punkt på skærmen.

Når det er korrekt synkroniseret, vises bølgeformmønsteret på skærmen stabilt og konstant. Men hvis synkroniseringen ikke anvendes, ser bølgeformen ud til at løbe langsomt vandret fra den ene ende af skærmen mod den anden ende kontinuerligt.

Grundlæggende CRO-komponenter

De væsentlige elementer i en CRO kan ses i figur 22.2 nedenfor. Vi vil primært analysere CRO's operationelle detaljer for dette grundlæggende blokdiagram.

For at opnå en meningsfuld og genkendelig afbøjning af stråle gennem mindst en centimeter til nogle centimeter, skal det typiske spændingsniveau, der anvendes på afbøjningspladerne, være mindst ti eller endog hundreder volt.

På grund af det faktum, at impulser, der vurderes gennem en CRO, normalt kun er på få volt i størrelse eller højst ved flere millivolt, bliver passende forstærkerkredsløb nødvendige for at øge indgangssignalet op til de optimale spændingsniveauer, der er nødvendige for at køre røret.

Faktisk anvendes forstærkertrin, som hjælper med at afbøje strålen på både det vandrette og det lodrette plan.

For at være i stand til at tilpasse det indgangssignalniveau, der analyseres, skal hver indgangspuls gå gennem et dæmpningskredsløbstrin, der er designet til at forbedre displayets amplitude.

Grundlæggende CRO-komponenter

BETJENING AF SPENNINGSFEJNING

Spændingsfejningsoperationen implementeres på følgende måde:

I situationer, hvor den lodrette indgang holdes ved 0V, skal elektronstrålen ses i det lodrette centrum af skærmen. Hvis en 0V anvendes identisk på den vandrette indgang, placeres strålen i midten af ​​skærmen og ser ud som et solidt og papirvarer DOT i centrum.

Nu kunne denne 'prik' flyttes overalt på skærmens ansigt ved blot at manipulere oscilloskopets vandrette og lodrette kontrolknapper.

Punktets position kan også ændres gennem en bestemt jævnstrømsspænding indført ved oscilloskopets indgang.

Den følgende figur viser, hvordan nøjagtigt positionen af ​​prikken kunne styres igennem på en CRT-skærm gennem en positiv vandret spænding (mod højre) og en negativ lodret indgangsspænding (nedad fra midten).

dot kontrol i CRO

Vandret fejesignal

For at et signal bliver synligt på CRT-displayet, er det bydende nødvendigt at muliggøre en strålebøjning gennem en vandret feje hen over skærmen, således at ethvert tilsvarende lodret signalindgang tillader ændringen at blive reflekteret på skærmen.

Fra fig. 22.4 nedenfor kan vi visualisere den lige linje på displayet opnået på grund af en positiv spænding til den lodrette indgang gennem et lineært (savtand) fejesignal, der påføres den vandrette kanal.

Omfangsdisplay for DC lodret

Når elektronstrålen holdes over en valgt fast lodret afstand, tvinges den vandrette spænding til at bevæge sig fra negativ til nul til positiv, hvilket får strålen til at bevæge sig fra venstre side af skærmen, til midten og til højre side af skærm. Denne bevægelse af elektronstrålen genererer en lige linje over den lodrette centerreference og viser en passende jævnspænding i form af en stjernelys.

I stedet for at producere en enkelt fejning implementeres fejespændingen for at fungere som en kontinuerlig bølgeform. Dette er i det væsentlige for at sikre, at en ensartet skærm bliver synlig på skærmen. Hvis der kun bruges et enkelt fej, ville det ikke vare og ville falme ud med det samme.

Derfor genereres gentagne fejninger pr. Sekund inde i CRT, som giver en kontinuerlig bølgeform på skærmen på grund af vores vedholdenhed af synet.

Hvis vi reducerer ovennævnte fejehastighed afhængigt af tidsskalaen, der er angivet på oscilloskopet, kunne det virkelige bevægende indtryk af strålen være vidne til på skærmen. Hvis der kun tilføres et sinusformet signal til den lodrette indgang uden tilstedeværelsen af ​​den vandrette feje, ville vi se en lodret lige linje som vist i figur 22.5.

Resulterende skærmvisning for sinus lodret

Og hvis hastigheden på denne sinusformede lodrette indgang er tilstrækkeligt reduceret, gør det os i stand til at se elektronstrålen rejse op ad stien til en lige linje.

Brug af lineær savtandsfeje til visning af lodret input

Hvis du er interesseret i at undersøge et sinusbølgesignal, skal du bruge et fejesignal på den vandrette kanal. Dette gør det muligt for signalet, der påføres på den lodrette kanal, blive synligt på CRO's skærm.

Et praktisk eksempel kan ses i figur 22.6, der viser en bølgeform genereret ved anvendelse af en vandret lineær feje sammen med en sinusformet eller sinusindgang gennem den lodrette kanal.

bølgeform genereret ved anvendelse af en vandret lineær fejning

For at opnå en enkelt cyklus på skærmen for den anvendte indgang bliver en synkronisering af indgangssignalet og de lineære fejningsfrekvenser afgørende. Selv med en minutforskel eller forkert synkronisering kan displayet muligvis ikke vise nogen bevægelse.

Hvis fejefrekvensen reduceres, kan flere antal cyklusser for sinusindgangssignalet synliggøres på CRO-skærmen.

På den anden side, hvis vi øger frekvensen af ​​fejningen, ville det muliggøre, at lavere antal lodrette indgangssinuscyklusser bliver synlige på skærmen. Dette ville faktisk resultere i generering af en forstørret del af det anvendte indgangssignal på CRO-skærmen.

Løst praktisk eksempel:

løst eksempelproblem CRO

I figur 22.7 kan vi se oscilloskopskærmen, der viser et pulssignal som reaktion på en pulslignende bølgeform påført den lodrette indgang med en vandret feje

Nummereringen for hver bølgeform gør det muligt for skærmen at følge variationerne i indgangssignalet og fejespændingen for hver cyklus.

SYNKRONISERING OG TRIGGERING

Justeringer i katodestråleoscilloskop udføres ved at justere hastigheden med hensyn til frekvens til frembringelse af en enkelt cyklus af en puls, mange antal cyklusser eller en del af en bølgeformcyklus, og denne funktion bliver en af ​​CRO er et afgørende træk af enhver CRO.

I figur 22.8 kan vi se CRO-skærmen, der viser et svar i et par antal cykler af fejesignalet.

For hver udførelse af vandret savtandssvejespænding via en lineær fejecyklus (med en grænse fra maksimal negativ grænse på nul til maksimal positiv) får elektronstrålen til at vandre vandret over CRO-skærmområdet, startende fra venstre, til midten og derefter til højre for skærmen.

Herefter vender savtandsspændingen hurtigt tilbage til den startende negative spændingsgrænse, hvor elektronstrålen tilsvarende bevæger sig til venstre side af skærmen. I løbet af denne tidsperiode, hvor fejespændingen gennemgår en hurtig tilbagevenden til det negative (retrace), går elektronen igennem en tom fase (hvor netspændingen forhindrer elektronerne i at ramme ansigtet på røret)

For at gøre det muligt for skærmen at producere et stabilt signalbillede for hver fejning af strålen, bliver det vigtigt at starte sweep fra det nøjagtige samme punkt i indgangssignalcyklussen.

I figur 22.9 kan vi se, at en temmelig lav fejefrekvens, der får skærmen til at frembringe en stråling fra venstre side af strålen.

Når den er indstillet til en høj fejefrekvens, som det er bevist i figur 22.10, fremviser skærmen en stråling fra højre side af strålen på skærmen.

Det er overflødigt at sige, at det kan være meget vanskeligt eller upraktisk at justere fejesignalfrekvensen nøjagtigt lig med indgangssignalfrekvensen for at opnå en konstant eller konstant fejning på skærmen.

En mere gennemførlig løsning er at vente på, at signalet vender tilbage til startpunktet for sporet i en cyklus. Denne type udløsning inkluderer nogle gode funktioner, som vi diskuterer i de følgende afsnit.

Udløser

Standardmetoden til synkronisering anvender en lille del af indgangssignalet til at skifte fejegeneratoren, som tvinger fejesignalet til at låses eller låses fast med indgangssignalet, og denne proces synkroniserer de to signaler sammen.

I figur 22.11 er vi i stand til at se blokdiagrammet, der illustrerer ekstraktionen af ​​en del af indgangssignalet i a enkeltkanalsoscilloskop.

Dette udløsersignal ekstraheres fra AC-vekselstrømsfrekvensen (50 eller 60Hz) til analyse af eventuelle eksterne signaler, der kan være tilknyttet eller berørt af AC-lysnettet, eller som kan være et relateret signal, der anvendes som en lodret indgang i CRO.

udløsersignalet ekstraheres fra lysnets frekvens (50 eller 60Hz) til analyse af eventuelle eksterne signaler

Når vælgerkontakten skiftes mod 'INTERNAL', kan en del af indgangssignalet bruges af udløsergeneratorkredsløbet. Derefter bruges outputtriggergeneratoroutputtet til at starte eller starte hovedfejningen af ​​CRO, som forbliver synlig i en periode som indstillet af tiden / cm-styringen af ​​omfanget.

Initialiseringen af ​​udløsningen på flere forskellige punkter på tværs af en signalcyklus kan visualiseres i fig. 22.12. Funktionen af ​​triggerfejningen kunne også analyseres gennem de resulterende bølgeformmønstre.

Det signal, der påføres som input, bruges til at generere en triggerbølgeform til sweep-signalet. Som vist i fig. 22.13 initieres fejningen med indgangssignalcyklussen, og den opretholder i en periode, der er bestemt af indstillingen for fejelængdekontrol. Derefter venter CRO-operationen, indtil indgangssignalet når et identisk punkt i sin cyklus, inden der påbegyndes en ny fejeoperation.

Ovenstående forklarede udløsningsmetode muliggør synkroniseringsprocessen, mens antallet af cyklusser, der kan ses på displayet, bestemmes af længden af ​​fejesignalet.

MULTITRACE FUNKTION

Mange af de avancerede CRO'er letter visning af mere end et eller flere spor på displayskærmen samtidigt, hvilket giver brugeren mulighed for nemt at sammenligne de specielle eller andre specifikke egenskaber ved flere bølgeformer.

Denne funktion implementeres normalt ved hjælp af flere stråler fra flere elektronkanoner, som genererer individuel stråle på CRO-skærmen, men nogle gange udføres dette også gennem en enkelt elektronstråle.

Der er et par teknikker, der bruges til at generere flere spor: ALTERNATE og CHOPPED. I den alternative tilstand er de to signaler, der er tilgængelige ved indgangen, skiftevis forbundet til afbøjningskredsløbstrinnet via en elektronisk switch. I denne tilstand fejes stråle over CRO-skærmen, uanset hvor mange spor der skal vises. Herefter vælger den elektroniske kontakt alternativt det andet signal og gør det samme for dette signal.

Denne driftsform kan ses i fig. 22.14a.

Fig. 22.14b viser CHOPPED-driftstilstanden, hvor strålen går gennem en gentagen omskiftning for at vælge mellem de to indgangssignaler for hvert fejesignal fra strålen. Denne skifte- eller huggehandling forbliver ikke detekterbar ved relativt lavere frekvenser af signalet og ses tilsyneladende som to individuelle spor på CRO-skærmen.

Sådan måles bølgeform gennem kalibrerede CRO-skalaer

Du har måske set, at CRO-skærmens skærm består af tydeligt markeret kalibreret skala. Dette er beregnet til målingerne af amplituder og tidsfaktor for en anvendt bølgeform.

De markerede enheder er synlige som kasser, der er opdelt i 4 centimeter (cm) på begge sider af kasser. Hver af disse kasser er desuden opdelt i intervaller på 0,2 cm.

Måling af amplituder:

Den lodrette skala på RO-skærmen kan ses kalibreret i enten volt / cm (V / cm) eller millivolt / cm (mV / cm).

Ved hjælp af indstillingerne for kontrolknapperne i omfanget og markeringerne på skærmens overflade er brugeren i stand til at måle eller analysere peak-to-peak amplituderne for et bølgeformssignal eller typisk et AC-signal.

Her er et praktisk løst eksempel til forståelse af, hvordan amplitude måles på skærmen på CRO:

måling af amplitude ved henvisning til skærmkalibrering af en CRO

Bemærk: Dette er fordelen ved et oscilloskop mod multimetre, da multimetre kun tilvejebringer RMS-værdien for AC-signalet, mens et omfang er i stand til at tilvejebringe både værdien af ​​RMS såvel som signalets top-til-top-værdi.

beregne amplitude af tidsperioden

Måling af timing (periode) for en vekselstrømscyklus ved hjælp af oscilloskop

Den vandrette skala, der findes på skærmen på et oscilloskop, hjælper os med at bestemme timingen af ​​en inputcyklus i sekunder, i millisekunder (ms) og i mikrosekunder (μs) eller endda i nanosekunder (ns).

Tidsintervallet, der forbruges af en puls til at gennemføre en cyklus fra start til slut, kaldes pulsperioden. Når denne puls er i form af en gentagen bølgeform, kaldes dens periode en cyklus af bølgeformen.

Her er et praktisk løst eksempel, der viser, hvordan man bestemmer perioden for en bølgeform ved hjælp af CRO-skærmkalibrering:

måleperiode for bølgeform med omfangsskærmens kalibrering

Måling af pulsbredde

Hver bølgeform består af maksimale og minimale spændingstoppe kaldet som impulsens høje og lave tilstande. Tidsintervallet, for hvilket pulsen forbliver i HIGH eller LOW-tilstand, kaldes pulsbredden.

For impulser, hvis kanter stiger og falder meget skarpt (hurtigt), måles bredden af ​​sådanne impulser fra starten af ​​pulsen kaldet forkanten op til slutningen af ​​pulsen kaldet bagkanten, dette er vist i fig. 22.19a.

For impulser, der har ret langsommere eller langsomme stignings- og faldcyklusser (eksponentiel type), måles deres pulsbredde på tværs af deres 50% niveauer i cyklusser, som angivet i figur 22.19b.

Oscilloskop og andre måleinstrumenter

Følgende løste eksempel hjælper med at forstå ovenstående procedure på en bedre måde:

Bestem pulsbredden for bølgeformen

FORSTÅELSE AF PULSFORSINKELSE

Tidsintervallet mellem impulser i en pulscyklus kaldes pulsforsinkelse. Et pulsforsinkelseseksempel kan ses i nedenstående figur 22.21, vi kan se forsinkelsen her måles mellem midtpunktet eller 50% niveauet og startpunktet for pulsen.

måling af pulsforsinkelse

Figur 22.21

Praktisk løst eksempel, der viser, hvordan man måler pulsforsinkelse i CRO

beregne pulsforsinkelse

Konklusion:

Jeg har forsøgt at inkludere de fleste af de grundlæggende detaljer vedrørende, hvordan Cathode Ray Oscilloscope (CRO) fungerer, og har forsøgt at forklare, hvordan man bruger denne enhed til måling af forskellige frekvensbaserede signaler gennem dens kalibrerede skærm. Der kan dog stadig være mange flere aspekter, som jeg måske har gået glip af her, alligevel vil jeg fortsætte med at tjekke fra tid til anden og opdatere mere info, når det er muligt.

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




Forrige: Fælles emitterforstærker - egenskaber, forspænding, løste eksempler Næste: Hvad er beta (β) i BJT'er