Generatore di segnali basato su oscilloscopio e usi di segnali radar a banda larga
Come funziona un oscilloscopio
Un oscilloscopio è uno strumento di misura elettronico che sfrutta le caratteristiche dei tubi dell'oscilloscopio elettronico per convertire segnali elettrici alternati che non possono essere osservati direttamente dall'occhio umano in immagini e visualizzarli su uno schermo fluorescente per la misurazione. È uno strumento indispensabile e importante per osservare i fenomeni sperimentali dei circuiti digitali, analizzare i problemi negli esperimenti e misurare i risultati sperimentali. L'oscilloscopio è costituito da un tubo dell'oscilloscopio e da un sistema di alimentazione, un sistema di sincronizzazione, un sistema di deflessione dell'asse X, un sistema di deflessione dell'asse Y, un sistema di scansione del ritardo e una sorgente di segnale standard.
1. Tubo dell'oscilloscopio
Il tubo a raggi catodici (CRT), denominato tubo dell'oscilloscopio, è il nucleo dell'oscilloscopio. Converte i segnali elettrici in segnali luminosi. Come mostrato nella Figura 1, il cannone elettronico, il sistema di deflessione e lo schermo ai fosfori sono sigillati in un guscio di vetro sotto vuoto per formare un tubo completo dell'oscilloscopio.
(1) Schermo fluorescente
Gli schermi dei tubi degli oscilloscopi odierni sono generalmente piani rettangolari, con uno strato di materiale fosforescente depositato sulla superficie interna per formare una pellicola fluorescente. Alla pellicola fluorescente viene spesso aggiunto uno strato di pellicola di alluminio evaporato. Gli elettroni ad alta velocità attraversano la pellicola di alluminio e colpiscono il fosforo formando punti luminosi. La pellicola di alluminio ha una riflessione interna, utile per migliorare la luminosità dei punti luminosi. La pellicola di alluminio ha anche altre funzioni come la dissipazione del calore.
Quando il bombardamento degli elettroni cessa, la macchia luminosa non può scomparire immediatamente ma deve rimanere per un certo periodo di tempo. Il tempo necessario affinché la luminosità di un punto luminoso scenda all'10% del suo valore originale è chiamato "tempo di bagliore". Un tempo di postluminescenza inferiore a 10μs è chiamato postluminescenza molto breve, 10μs-1ms è postluminescenza breve, 1ms-0.1s è postluminescenza media, 0,1s-1s è postluminescenza lunga e più di 1s è estremamente lungo. Generalmente, gli oscilloscopi sono dotati di tubi per oscilloscopi a media persistenza, gli oscilloscopi ad alta frequenza utilizzano una persistenza breve e gli oscilloscopi a bassa frequenza utilizzano una persistenza lunga.
(2) Cannone elettronico e messa a fuoco
Il cannone elettronico è costituito da filamento (F), catodo (K), griglia (G1), elettrodo accelerante anteriore (G2) (o seconda griglia), primo anodo (A1) e secondo anodo (A2). La sua funzione è quella di emettere elettroni e formare un fascio di elettroni molto sottile e ad alta velocità. Il filamento viene energizzato per riscaldare il catodo e il catodo emette elettroni quando riscaldato.
La griglia è un cilindro metallico con un piccolo foro sulla parte superiore, posto all'esterno del catodo. Poiché il potenziale di gate è inferiore a quello del catodo, controlla gli elettroni emessi dal catodo. Generalmente, solo un piccolo numero di elettroni con una grande velocità iniziale di movimento può passare attraverso i fori del gate e correre verso lo schermo fluorescente sotto l'azione della tensione anodica. Gli elettroni con una piccola velocità iniziale ritornano ancora al catodo.
Se il potenziale di gate è troppo basso, tutti gli elettroni ritornano al catodo, cioè il tubo viene spento. La regolazione del potenziometro W1 nel circuito può modificare il potenziale di gate e controllare la densità del flusso di elettroni sullo schermo fluorescente, regolando così la luminosità del punto luminoso. Il primo anodo, il secondo anodo e l'elettrodo accelerante anteriore sono tre cilindri metallici sullo stesso asse del catodo. Il polo di accelerazione anteriore G2 è collegato ad A2 e il potenziale applicato è superiore a A1. Il potenziale positivo di G2 accelera gli elettroni dal catodo verso lo schermo fluorescente.
Mentre il fascio di elettroni viaggia dal catodo allo schermo di fosfori, subisce due processi di focalizzazione. La prima messa a fuoco è completata da K, G1 e G2. K, K, G1 e G2 sono chiamate le prime lenti elettroniche del tubo dell'oscilloscopio. La seconda messa a fuoco avviene nelle aree G2, A1 e A2. La regolazione del potenziale del secondo anodo A2 può far convergere il fascio di elettroni in un punto dello schermo fluorescente. Questa è la seconda focalizzazione. La tensione su A1 è chiamata tensione di focalizzazione e A1 è anche chiamata polo di focalizzazione. A volte la regolazione della tensione di A1 non consente ancora di ottenere una buona messa a fuoco e la tensione del secondo anodo A2 deve essere regolata con precisione. A2 è anche chiamato elettrodo di focalizzazione ausiliario.
(3) Sistema di deflessione
Il sistema di deflessione controlla la direzione del fascio di elettroni in modo che il punto luminoso sullo schermo fluorescente cambi con il segnale esterno per rappresentare la forma d'onda del segnale misurato. Nella Figura 8.1, due coppie di piastre di deflessione reciprocamente perpendicolari Y1, Y2 e Xl, X2 formano un sistema di deflessione. La piastra di deflessione dell'asse Y è nella parte anteriore e la piastra di deflessione dell'asse X è nella parte posteriore, quindi la sensibilità dell'asse Y è elevata (il segnale misurato viene aggiunto all'asse Y dopo l'elaborazione). La tensione viene applicata rispettivamente alle due coppie di piastre di deflessione, in modo che tra le due coppie di piastre di deflessione si formi un campo elettrico, che controlla la deflessione del fascio di elettroni rispettivamente nelle direzioni verticale e orizzontale.
