Генератор сигналов на основе осциллографа и использование широкополосных радиолокационных сигналов
Как работает осциллограф
Осциллограф — это электронный измерительный прибор, который использует характеристики электронных осциллографических трубок для преобразования переменных электрических сигналов, которые невозможно наблюдать непосредственно человеческим глазом, в изображения и отображения их на флуоресцентном экране для измерения. Это незаменимый и важный инструмент для наблюдения за экспериментальными явлениями в цифровых схемах, анализа проблем в экспериментах и измерения результатов экспериментов. Осциллограф состоит из осциллографической трубки и системы питания, системы синхронизации, системы отклонения по оси X, системы отклонения по оси Y, системы сканирования с задержкой и источника стандартного сигнала.
1. Трубка осциллографа
Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), называемая осциллографической трубкой, является сердцевиной осциллографа. Он преобразует электрические сигналы в световые сигналы. Как показано на рисунке 1, электронная пушка, отклоняющая система и люминофорный экран заключены в вакуумную стеклянную оболочку, образуя полноценную трубку осциллографа.
(1) Флуоресцентный экран
Экраны современных трубок осциллографов обычно представляют собой прямоугольные плоскости со слоем фосфоресцирующего материала, нанесенного на внутреннюю поверхность, образующего флуоресцентную пленку. К флуоресцентной пленке часто добавляют слой напыленной алюминиевой пленки. Высокоскоростные электроны проходят через алюминиевую пленку и ударяются о люминофор, образуя яркие пятна. Алюминиевая пленка обладает внутренним отражением, что способствует повышению яркости ярких пятен. Алюминиевая пленка также выполняет другие функции, такие как рассеивание тепла.
Когда бомбардировка электронами прекращается, яркое пятно не может исчезнуть сразу, а должно оставаться в течение некоторого времени. Время, необходимое для того, чтобы яркость яркого пятна упала до 10% от исходного значения, называется «временем послесвечения». Время послесвечения менее 10 мкс называется очень коротким послесвечением, 10 мкс-1мс – коротким послесвечением, 1 мс-0.1 с – средним послесвечением, 0,1 с-1 с — длительным послесвечением и более 1 с. очень долгое послесвечение. Как правило, осциллографы оснащены осциллографическими трубками средней инерционности, высокочастотные осциллографы используют короткую инерционность, а низкочастотные осциллографы - большую инерционность.
(2) Электронная пушка и фокус.
Электронная пушка состоит из нити накала (F), катода (К), сетки (G1), переднего ускоряющего электрода (G2) (или второй сетки), первого анода (А1) и второго анода (А2). Его функция — испускать электроны и формировать очень тонкий высокоскоростной электронный пучок. На нить подается напряжение для нагрева катода, а катод при нагревании испускает электроны.
Сетка представляет собой металлический цилиндр с небольшим отверстием наверху, расположенный снаружи катода. Поскольку потенциал затвора ниже, чем у катода, он контролирует электроны, испускаемые катодом. Как правило, лишь небольшое количество электронов с большой начальной скоростью движения может пройти через отверстия затвора и устремиться к флуоресцентному экрану под действием анодного напряжения. Электроны с малой начальной скоростью все равно возвращаются к катоду.
Если потенциал затвора слишком мал, все электроны возвращаются к катоду, то есть лампа выключается. Регулировкой потенциометра W1 в схеме можно изменять потенциал затвора и контролировать плотность потока электронов на флуоресцентный экран, тем самым регулируя яркость яркого пятна. Первый анод, второй анод и передний ускоряющий электрод представляют собой три металлических цилиндра, расположенных на одной оси с катодом. Передний ускоряющий полюс G2 подключен к A2, и приложенный потенциал выше, чем у A1. Положительный потенциал G2 ускоряет электроны от катода к флуоресцентному экрану.
Когда электронный луч проходит от катода к люминофорному экрану, он подвергается двум процессам фокусировки. Первую фокусировку завершают K, G1 и G2. К, К, G1 и G2 называются первыми электронными линзами трубки осциллографа. Вторая фокусировка происходит в областях G2, A1 и A2. Регулируя потенциал второго анода А2, можно заставить электронный луч сходиться в точке флуоресцентного экрана. Это второй фокус. Напряжение на А1 называется фокусирующим напряжением, а А1 еще называют фокусирующим полюсом. Иногда регулировкой напряжения А1 все равно не удается добиться хорошей фокусировки, и необходимо подстраивать напряжение второго анода А2. А2 также называют вспомогательным фокусирующим электродом.
(3) Система отклонения
Система отклонения контролирует направление электронного луча так, что световое пятно на флуоресцентном экране меняется в зависимости от внешнего сигнала, отображая форму измеряемого сигнала. На рисунке 8.1 две пары взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин Y1, Y2 и Xl, X2 образуют отклоняющую систему. Пластина отклонения оси Y находится спереди, а пластина отклонения оси X — сзади, поэтому чувствительность оси Y высокая (измеренный сигнал добавляется к оси Y после обработки). Напряжение прикладывается к двум парам отклоняющих пластин соответственно, так что между двумя парами отклоняющих пластин образуется электрическое поле, которое контролирует отклонение электронного луча в вертикальном и горизонтальном направлениях соответственно.
