اسیلوسکوپ کاتد

هدف: برای یادگیری نحوه کار با اسیلوسکوپ کاتدی-اشعه.

دستگاه: اسیلوسکوپ کاتدی-اشعه ، مولتی متر و نوسان ساز.

مقدمه: اسیلوسکوپ کاتدی-اشعه (CRO) یک ابزار آزمایشگاهی رایج است که زمان و اندازه گیری دقیق سیگنال های ولتاژ را در طیف گسترده ای از فرکانس ها فراهم می کند. قابلیت اطمینان ، ثبات و سهولت آن ، آن را به عنوان یک ابزار آزمایشگاهی هدف کلی مناسب می کند. قلب CRO یک لوله اشعه کاتدی است که به صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است.

پرتوهای کاتدی پرتوی الکترون هایی است که توسط کاتد گرم شده (الکترود منفی) ساطع می شود و به سمت صفحه فلورسنت شتاب می گیرد. مونتاژ کاتد ، شبکه شدت ، شبکه فوکوس و شتاب آند (الکترود مثبت) به اسلحه الکترون گفته می شود. هدف آن تولید پرتو الکترونی و کنترل شدت و تمرکز آن است. بین اسلحه الکترونی و صفحه نمایش فلورسنت دو جفت صفحه فلزی وجود دارد - یکی گرا برای ارائه انحراف افقی پرتو و یک جفت با محوریت ، انحراف عمودی را به پرتو می دهد. بنابراین به این صفحات به عنوان صفحات انحراف افقی و عمودی گفته می شود. ترکیبی از این دو انحراف اجازه می دهد تا پرتو به هر بخشی از صفحه نمایش فلورسنت برسد. هر جا که پرتوی الکترونی به صفحه نمایش برخورد کند ، فسفر هیجان زده و نور از آن نقطه ساطع می شود. این پوشش انرژی الکترونی به نور به ما امکان می دهد تا با نقاط یا خطوط نور روی یک صفحه نمایش در غیر این صورت تاریک بنویسیم.

In the most common use of the oscilloscope the signal to be studied is first amplified and then applied to the vertical (deflection) plates to deflect the beam vertically and at the same time a voltage that increases linearly with time is applied to the horizontal (deflection) plates thus causing the beam to be deflected horizontally at a uniform (constant>نرخ. بنابراین سیگنال اعمال شده بر روی صفحات Verical به عنوان تابعی از زمان بر روی صفحه نمایش داده می شود. محور افقی به عنوان یک مقیاس زمانی یکنواخت عمل می کند.

انحراف خطی یا رفت و برگشت پرتو به صورت افقی با استفاده از ژنراتور جارو که در مدار اسیلوسکوپ گنجانیده شده است انجام می شود. خروجی ولتاژ چنین ژنراتور از موج اره است که در شکل 2 نشان داده شده است. صورت لولههنگامی که ولتاژ به طور ناگهانی به صفر سقوط می کند ، مانند نقاط (الف) (ب) (ج) و غیره. پایان هر جارو - پرتو به حالت اولیه خود پرواز می کند. انحراف افقی پرتو به صورت دوره ای تکرار می شود ، فراوانی این تناوب توسط کنترل های خارجی قابل تنظیم است.

برای به دست آوردن آثار ثابت در صورت لوله ، تعداد داخلی چرخه سیگنال ناشناخته که در صفحات عمودی اعمال می شود باید با هر چرخه ژنراتور جارو همراه باشد. بنابراین ، با چنین تطبیق هماهنگ سازی دو انحراف ، الگوی روی لوله خود را تکرار می کند و از این رو به نظر می رسد ثابت باقی می ماند. ماندگاری بینایی در چشم انسان و درخشش صفحه نمایش فلورسنت در تولید یک الگوی ثابت کمک می کند. علاوه بر این ، پرتو الکترونی در هنگام بازگشت به صورت برگشتی قطع می شود (خالی) به طوری که رفت و برگشت مجدد مشاهده نشد.

عملکرد CRO: یک نمودار بلوک ساده از یک اسیلوسکوپ معمولی در شکل 3 نشان داده شده است. به طور کلی ، این ابزار به روش زیر کار می کند. سیگنال نمایش داده می شود توسط تقویت کننده عمودی تقویت شده و در صفحات انحراف وریایی CRT اعمال می شود. بخشی از سیگنال در تقویت کننده عمودی به عنوان یک سیگنال تحریک بر روی ماشه جارو اعمال می شود. ماشه رفت و برگشت سپس پالس همزمان با یک نقطه انتخاب شده در چرخه سیگنال تحریک ایجاد می کند. این پالس ژنراتور جارو را روشن می کند و فرم موج اره را آغاز می کند. موج ساوتوت توسط تقویت کننده افقی تقویت شده و در صفحات انحراف افقی اعمال می شود. معمولاً سیگنال مقررات اضافی برای استفاده از سیگنال تحریک خارجی یا استفاده از خط 60 هرتز برای تحریک ایجاد می شود. همچنین ممکن است ژنراتور رفت و برگشت از آن دور شود و یک سیگنال خارجی که مستقیماً در تقویت کننده افقی اعمال می شود.

کنترل CRO

کنترل های موجود در اکثر اسیلوسکوپ ها طیف گسترده ای از شرایط عملیاتی را ارائه می دهد و بنابراین ساز را به خصوص همه کاره می کند. از آنجا که بسیاری از این کنترل ها برای اکثر اسیلوسکوپ ها شرح مختصری از آنها در زیر است.

لامپ پرتوی کاتدی

قدرت و روشنایی مقیاس: ابزار را روشن می کند و روشنایی Graticule را کنترل می کند.

تمرکز: نقطه یا ردیابی را روی صفحه متمرکز کنید.

شدت: روشنایی نقطه یا ردیابی را تنظیم می کند.

بخش تقویت کننده عمودی

موقعیت: موقعیت یابی عمودی نمایشگر اسیلوسکوپ را کنترل می کند.

حساسیت: حساسیت تقویت کننده عمودی را در مراحل کالیبره شده انتخاب می کند.

حساسیت متغیر: دامنه مداوم حساسیت بین مراحل کالیبره شده را فراهم می کند. به طور معمول حساسیت فقط زمانی کالیبره می شود که دستگیره متغیر در موقعیت کاملاً عقربه های ساعت قرار داشته باشد.

ac-dc-gnd: جفت مورد نظر (ac یا dc) را برای سیگنال ورودی اعمال شده به تقویت کننده عمودی انتخاب می کند یا ورودی تقویت کننده را زمین می کند. انتخاب dc ورودی را مستقیماً به تقویت کننده جفت می کند. انتخاب ac سیگنال را قبل از رفتن به تقویت کننده از طریق یک خازن ارسال می کند و بنابراین هر جزء ثابت را مسدود می کند.

بخش رفت و برگشت افقی

زمان جارو / سانتی متر:نرخ جابجایی مورد نظر را از مراحل کالیبره شده انتخاب می کند یا سیگنال خارجی را به تقویت کننده افقی می پذیرد.

متغیر زمان جارو / سانتی متر:نرخ رفت و برگشت متغیر پیوسته را فراهم می کند. موقعیت کالیبره شده کاملاً در جهت عقربه های ساعت است.

موقعیت:موقعیت افقی ردیابی روی صفحه را کنترل می کند.

متغیر افقی:تضعیف (کاهش) سیگنال اعمال شده به تقویت کننده افقی را از طریق Ext کنترل می کند. هوریز. اتصال دهنده

ماشه زمان شروع حرکت افقی را انتخاب می کند.

شیب:انتخاب می کند که آیا راه اندازی در بخش افزایش (+) یا کاهش (-) سیگنال ماشه رخ دهد.

جفت:انتخاب می کند که آیا راه اندازی در یک سطح dc یا ac خاص رخ دهد.

منبع:منبع سیگنال آغازگر را انتخاب می کند.

INT - (داخلی) - از سیگنال در تقویت کننده عمودی EXT - (خارجی) - از یک سیگنال خارجی درج شده در EXT. TRIG. ورودیLINE - ماشه چرخه 60

مرحله:نقطه ولتاژ سیگنال راه اندازی را که در آن جارویی راه اندازی می شود، انتخاب می کند. همچنین اجازه می دهد تا به طور خودکار (خودکار) راه اندازی اجازه می دهد تا رفت و برگشت به اجرا آزاد (اجرای آزاد).

اتصالات برای اسیلوسکوپ

ورودی عمودی:یک جفت جک برای اتصال سیگنال مورد مطالعه به تقویت کننده Y (یا عمودی). جک پایینی به کیس متصل است.

ورودی افقی:یک جفت جک برای اتصال سیگنال خارجی به تقویت کننده افقی. ترمینال پایینی به قاب اسیلوسکوپ متصل می شود.

ورودی ببر خارجی:کانکتور ورودی برای سیگنال ماشه خارجی.

کال. خارج:امواج مربع کالیبره شده با دامنه 25 و 500 میلی ولت را برای استفاده در کالیبراسیون بهره تقویت کننده ها ارائه می دهد.

دقت انحراف عمودی است+3 درصدحساسیت متغیر است.

رفت و برگشت افقی باید تا 3٪ دقیق باشد. محدوده رفت و برگشت متغیر است.

دستورالعمل های عملیاتی: قبل از وصل کردن اسیلوسکوپ به یک پریز دیواری، کنترل ها را به صورت زیر تنظیم کنید:

(الف) کلید برق خاموش (ب) شدت کاملاً خلاف جهت عقربه های ساعت (ج) مرکزیت عمودی در مرکز محدوده (د) مرکز افقی در مرکز محدوده (ه) عمودی در 0. 2 (f) بار حرکت 1

سیم خط را به یک پریز دیواری AC استاندارد (به طور اسمی 118 ولت) وصل کنید. برق را روشن کنید. کنترل شدت را به پیش نبرید.

اجازه دهید دامنه تقریباً دو دقیقه گرم شود ، سپس کنترل شدت را بچرخانید تا پرتو روی صفحه قابل مشاهده باشد.

هشدار: هرگز کنترل شدت را تا کنون پیش ببرید که یک نقطه بیش از حد روشن ظاهر شود. لکه های روشن حاکی از سوزاندن صفحه نمایش است. یک نقطه متمرکز تیز با شدت زیاد (روشنایی زیاد) هرگز نباید اجازه داده شود که برای هر مدت زمان در یک موقعیت روی صفحه ثابت بماند زیرا ممکن است آسیب به صفحه رخ دهد.

کنترل های مرکز افقی و عمودی را تنظیم کنید. تمرکز را تنظیم کنید تا اثری تیز ارائه دهد. ماشه را به سطح داخلی ، به صورت خودکار تنظیم کنید.

I. ژنراتور سیگنال را روی فرکانس 1000 چرخه در ثانیه تنظیم کنید. خروجی را از Gererator به ورودی عمودی اسیلوسکوپ وصل کنید. اثری ثابت از این سیگنال ورودی را در دامنه ایجاد کنید. تنظیم (بازی با) تمام کنترل های دامنه و ژنراتور سیگنال تا زمانی که با عملکرد هر یک آشنا نشوید. هدف از چنین "بازی" این است که به دانش آموز اجازه دهد چنان با اسیلوسکوپ آشنا شود که به یک کمک (ابزار) در انجام اندازه گیری در آزمایش های دیگر تبدیل شود و نه به عنوان یک مانع بزرگ. توجه: اگر سود عمودی خیلی کم تنظیم شود ، ممکن است به دست آوردن اثری پایدار امکان پذیر نباشد.

ii.اندازه گیری ولتاژ:مدار را در شکل 4 (a) در نظر بگیرید. از ژنراتور سیگنال برای تولید موج سینوسی 1000 هرتز استفاده می شود. ولت متر AC و منجر به ورودی Verticle اسیلوسکوپ در سراسر خروجی ژنراتور متصل می شوند. با تنظیم زمان/سانتی متر جارو افقی و ماشه ، اثری ثابت از موج سینوسی ممکن است روی صفحه نمایش داده شود. ردیابی یک قطعه ولتاژ در مقابل زمان را نشان می دهد ، جایی که انحراف عمودی ردیابی در مورد خط CD تقارن متناسب با بزرگی ولتاژ در هر لحظه از زمان است.

برای تعیین اندازه سیگنال ولتاژ که در خروجی پایانه های ژنراتور سیگنال ظاهر می شود ، یک ولت متر AC (جریان متناوب) به طور موازی در سراسر این پایانه ها متصل می شود (شکل 4A). ولت متر AC برای خواندن "مقدار مؤثر" ولتاژ طراحی شده است. این مقدار مؤثر همچنین به عنوان "مقدار میانگین مربع ریشه" (RMS) ولتاژ شناخته می شود.

اوج یا حداکثر ولتاژ دیده شده در صورت دامنه (شکل 4B) V است_mولتاژ و با فاصله از سی دی خط تقارن تا حداکثر انحراف نشان داده شده است. رابطه بین بزرگی ولتاژ اوج نشان داده شده در دامنه و ولتاژ موثر یا RMS (V_RMS) در ولت متر AC بخوانید

V_RMS= 0. 707 v_m(برای یک موج سینوسی یا کسین).

بین ولتاژ خواندن مولتی متر و اسیلوسکوپ توافق می شود. برای یک موج متقارن (سینوسی یا کاسین) مقدار V_mممکن است به عنوان 1/2 اوج به اوج سیگنال V گرفته شود_pp

کنترل حساسیت متغیر ممکن است از یک سیگنال برای تنظیم صفحه نمایش استفاده شود تا دامنه ای از چهره دامنه را پر کند. در این موقعیت ، ردیابی دیگر کالیبره نشده است به طوری که شما فقط نمی توانید با شمارش تعداد تقسیمات و ضرب در ضریب مقیاس ، اندازه سیگنال را بخوانید. با این حال ، می توانید بفهمید که کالیبراسیون جدید تا زمانی که کنترل متغیر بدون تغییر باقی بماند ، استفاده از آن چیست.

احتیاط: نسخه ریاضی داده شده برای سیگنال های RMS فقط برای سیگنال های سینوسی معتبر است.متر هنگام استفاده از سیگنال های غیر سینوئیدی ولتاژ صحیح را نشان نمی دهد.

iiiاندازه گیری فرکانس:هنگامی که ولتاژ رفت و برگشت افقی اعمال می شود ، اندازه گیری ولتاژ هنوز هم می تواند از انحراف عمودی گرفته شود. علاوه بر این ، سیگنال به عنوان تابعی از زمان نمایش داده می شود. اگر پایه زمانی (یعنی جارو) کالیبره شود ، می توان اندازه گیری هایی مانند مدت زمان پالس یا دوره سیگنال را انجام داد. سپس فرکانس ها می توانند به عنوان متقابل دوره ها تعیین شوند.

نوسان ساز را روی 1000 هرتز تنظیم کنید. سیگنال را روی CRO نمایش داده و دوره نوسانات را اندازه گیری کنید. از فاصله افقی بین دو نقطه مانند C تا D در شکل 4B استفاده کنید.

سود افقی را طوری تنظیم کنید که فقط یک فرم کامل موج نمایش داده شود.

سپس افقی را دوباره تنظیم کنید تا 5 موج دیده شود. کنترل پایه زمان را در حالت کالیبره شده نگه دارید. فاصله (و از این رو زمان) را برای 5 چرخه کامل اندازه گیری کرده و فرکانس این اندازه گیری را محاسبه کنید. نتیجه خود را با مقدار تعیین شده در بالا مقایسه کنید.

اندازه گیری های خود را برای سایر فرکانس های 150 هرتز ، 5 کیلوهرتز ، 50 کیلوهرتز به عنوان تنظیم کننده سیگنال تکرار کنید.

IVچهره های Lissajous:هنگامی که سیگنال های موج سینوسی از فرکانسهای مختلف وارد می شوند به تقویت کننده های افقی و عمودی ، الگوی ثابت بر روی CRT شکل می گیرد که نسبت دو فرکانس ، کسری بین گرا مانند 1/2 ، 2/3 ، 4/3 ، 1 است./5 و غیره. این الگوهای ثابت به عنوان چهره های Lissajous شناخته می شوند و می توانند برای مقایسه فرکانس ها مورد استفاده قرار گیرند.

از دو نوسان ساز برای تولید برخی از چهره های ساده lissajous مانند آنچه در شکل 5 نشان داده شده است استفاده کنید. حفظ چهره های Lissajous در یک پیکربندی ثابت دشوار است زیرا دو نوسان ساز فاز و فرکانس قفل نیستند. فرکانس و فاز آنها به آرامی باعث می شود که دو سیگنال مختلف با توجه به یکدیگر کمی تغییر کنند.

V. آزمایش آنچه آموخته اید:مربی شما یک مدار نوسان ساز کوچک را در اختیار شما قرار می دهد. با استفاده از اسیلوسکوپ خود ، ورودی به مدار و خروجی مدار را بررسی کنید. مقادیر ولتاژ و فرکانس سیگنال ها را اندازه گیری کنید. مشخص کنید که آیا آنها سینوسی هستند یا از شخصیت موج دیگری برخوردار هستند. در صورت موج مربع ، فرکانس موج را اندازه گیری کنید. همچنین ، برای امواج مربع ، به موقع (زمانی که ولتاژ زیاد است) و زمان خاموش (وقتی کم است) را اندازه گیری کنید.