Thể loại: Bài viết nổi bật » Điện tử thực hành
Số lượt xem: 90337
Bình luận về bài viết: 1
Máy hiện sóng điện tử - thiết bị, nguyên lý hoạt động
Đài phát thanh nghiệp dư, như một sở thích, là một hoạt động rất thú vị, và, có thể nói, gây nghiện. Nhiều người đến với nó trong những năm học tuyệt vời, và theo thời gian, sở thích này có thể trở thành một nghề cho cuộc sống. Ngay cả khi bạn có thể có được một nền giáo dục kỹ thuật vô tuyến cao hơn, nghiên cứu độc lập về điện tử cho phép bạn đạt được kết quả và thành công rất cao. Có một thời, tạp chí Radio gọi những kỹ sư chuyên gia như vậy mà không có bằng cấp.
Các thí nghiệm đầu tiên với thiết bị điện tử bắt đầu, theo quy luật, với việc lắp ráp các mạch đơn giản nhất, bắt đầu hoạt động ngay lập tức mà không cần điều chỉnh và thiết lập. Thông thường đây là những máy phát điện khác nhau, các cuộc gọi, nguồn cung cấp năng lượng chưa từng thấy. Tất cả điều này có thể được thu thập bằng cách đọc một lượng tài liệu tối thiểu, chỉ cần mô tả về các mẫu lặp lại. Ở giai đoạn này, theo quy luật, có thể thực hiện với một bộ công cụ tối thiểu: một que hàn, dao cắt bên, một con dao và một vài tua vít.
Dần dần, các thiết kế trở nên phức tạp hơn, và sớm hay muộn hóa ra rằng nếu không điều chỉnh và điều chỉnh thì đơn giản là chúng sẽ không hoạt động. Do đó, bạn phải có được dụng cụ đo mỏng, và càng sớm càng tốt. Thế hệ kỹ sư điện tử cũ hơn đã có một máy kiểm tra con trỏ với một thiết bị như vậy.
Hiện tại, bộ kiểm tra chuyển đổi, thường được gọi là avometer, đã thay thế vạn năng kỹ thuật số. Điều này có thể được tìm thấy trong bài viết "Cách sử dụng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số." Mặc dù trình kiểm tra con trỏ cũ tốt không từ bỏ vị trí của nó và trong một số trường hợp, việc sử dụng nó được ưu tiên hơn so với thiết bị kỹ thuật số.
Cả hai thiết bị này cho phép bạn đo điện áp, dòng điện và điện trở trực tiếp và xen kẽ. Nếu điện áp không đổi dễ đo, chỉ cần tìm ra giá trị là đủ, thì với điện áp xoay chiều có một số sắc thái.
Thực tế là cả con trỏ và các thiết bị kỹ thuật số hiện đại đều được thiết kế để đo điện áp xoay chiều hình sin và trong dải tần số khá hạn chế: kết quả của phép đo sẽ là giá trị thực của điện áp xoay chiều.
Dĩ nhiên, nếu các thiết bị đó đo điện áp của hình chữ nhật, hình tam giác hoặc răng cưa, thì số đọc trên thang đo của thiết bị, tất nhiên, sẽ là, nhưng bạn không phải chứng minh cho độ chính xác của phép đo. Chà, có chỉ căng thẳng, và cái nào không được biết chính xác. Và làm thế nào để trong những trường hợp như vậy, làm thế nào để tiếp tục sửa chữa và phát triển các mạch điện tử mới, ngày càng phức tạp? Ở đây, đài phát thanh nghiệp dư đến sân khấu khi bạn phải mua một máy hiện sóng.
Một chút lịch sử
Với sự trợ giúp của thiết bị này, bạn có thể nhìn thấy tận mắt những gì đang xảy ra trong các mạch điện tử: dạng tín hiệu là gì, nơi nó xuất hiện hoặc biến mất, mối quan hệ thời gian và pha của tín hiệu. Để quan sát một số tín hiệu, ít nhất phải có một máy hiện sóng hai chùm tia.
Ở đây chúng ta có thể nhớ lại một câu chuyện xa xôi, khi vào năm 1969, máy hiện sóng năm tia C1-33, được sản xuất hàng loạt bởi Nhà máy Vilnius, đã được tạo ra. Thiết bị đã sử dụng CRT 22LO1A, chỉ được sử dụng trong sự phát triển này. Tất nhiên, khách hàng của thiết bị này là tổ hợp công nghiệp quân sự.
Về mặt cấu trúc, bộ máy này được tạo thành từ hai khối được đặt trên giá có bánh xe: chính máy hiện sóng và nguồn điện. Tổng trọng lượng của cấu trúc là 160 kg! Bộ phạm vi bao gồm một camera ghi RFK-5 được gắn vào màn hình, đảm bảo ghi lại các dạng sóng trên phim. Sự xuất hiện của máy hiện sóng năm tia C1-33 với máy ảnh được cài đặt được hiển thị trong Hình 1.
Hình 1. Máy hiện sóng năm tia C1-33, 1969
Thiết bị điện tử hiện đại cho phép tạo ra các máy hiện sóng kỹ thuật số cầm tay có kích thước bằng điện thoại di động. Một trong những thiết bị như vậy được hiển thị trong Hình 2. Nhưng điều này sẽ được thảo luận sau.
Hình 2. Máy hiện sóng kỹ thuật số bỏ túi DS203
Máy hiện sóng các loại
Cho đến gần đây, một số loại dao động tia điện tử đã được sản xuất. Trước hết, đây là những máy hiện sóng phổ quát, thường được sử dụng cho mục đích thực tế. Ngoài ra, các máy hiện sóng lưu trữ dựa trên CRT lưu trữ, tốc độ cao, stroboscopic và đặc biệt cũng được sản xuất. Các loại thứ hai được dành cho các nhiệm vụ khoa học cụ thể khác nhau, mà các máy hiện sóng kỹ thuật số hiện đại hiện đang đối phó thành công. Do đó, hơn nữa chúng ta sẽ tập trung vào máy hiện sóng điện tử đa năng.
Thiết bị CRT
Dĩ nhiên, phần chính của máy hiện sóng điện tử là ống tia catốt - CRT. Thiết bị của nó được hiển thị trong Hình 3.
Hình 3. Thiết bị CRT
Về mặt cấu trúc, CRT là một hình trụ thủy tinh dài 10 hình dạng hình trụ với phần mở rộng hình nón. Phần dưới của phần mở rộng này, là màn hình CRT, được phủ một lớp phốt-pho phát ra ánh sáng nhìn thấy được khi một chùm electron chạm vào nó 11. Nhiều CRT có màn hình hình chữ nhật với các phân chia được áp trực tiếp vào kính. Chính màn hình này là chỉ báo của máy hiện sóng.
Một chùm electron được hình thành bởi một súng điện tử
Bộ gia nhiệt 1 làm nóng cực âm 2, bắt đầu phát ra các electron. Trong vật lý, hiện tượng này được gọi là phát xạ nhiệt. Nhưng các electron phát ra từ cực âm sẽ không bay xa, chúng sẽ chỉ ngồi lại trên cực âm. Để thu được chùm tia từ các electron này, cần thêm một số điện cực.
Đây là điện cực hội tụ 4 và cực dương 5 được kết nối với aquadag 8. Dưới tác động của điện trường của các điện cực này, các electron tách ra khỏi cực âm, tăng tốc, tập trung thành một chùm mỏng và lao tới màn hình được phủ photpho, làm cho photpho phát sáng. Cùng với nhau, các điện cực này được gọi là súng điện tử.
Tiếp cận bề mặt của màn hình, chùm electron không chỉ gây ra ánh sáng mà còn đánh bật các electron thứ cấp khỏi phốt pho, khiến chùm tia bị lệch. Các aquadag được đề cập ở trên, là một lớp phủ than chì của bề mặt bên trong của ống, phục vụ để loại bỏ các điện tử thứ cấp này. Ngoài ra, aquadag ở một mức độ nào đó che chắn chùm tia khỏi các trường tĩnh điện bên ngoài. Nhưng bảo vệ như vậy là không đủ, do đó, phần hình trụ của CRT, nơi đặt các điện cực, được đặt trong một màn hình kim loại làm bằng thép điện hoặc permalloy.
Bộ điều biến 3 được đặt giữa cực âm và điện cực hội tụ. Mục đích của nó là điều khiển dòng tia, cho phép chùm tia bị dập tắt trong quá trình quét ngược và được tô sáng trong suốt hành trình về phía trước. Trong đèn khuếch đại, điện cực này được gọi là lưới điều khiển. Bộ điều biến, điện cực hội tụ và cực dương có các lỗ trung tâm mà qua đó chùm electron bay qua.
Tấm lệch hướng Một CRT có hai cặp tấm lệch. Đây là các tấm của độ lệch dọc của chùm 6 - tấm Y, được cung cấp tín hiệu được điều tra và các tấm của độ lệch ngang 7 - tấm X và chúng được cung cấp với điện áp ngang. Nếu các tấm lệch không được kết nối ở bất cứ đâu, một chấm sáng sẽ xuất hiện ở giữa màn hình CRT. Trong hình, đây là điểm O2. Đương nhiên, điện áp cung cấp phải được áp dụng cho ống.
Đây là nơi một điểm quan trọng nên được thực hiện. Khi chấm đứng yên, không di chuyển bất cứ nơi nào, nó chỉ có thể đốt cháy phốt pho và một chấm đen sẽ mãi mãi tồn tại trên màn hình CRT. Điều này có thể xảy ra trong quá trình sửa chữa máy hiện sóng hoặc với việc tự sản xuất một thiết bị nghiệp dư đơn giản.Do đó, trong chế độ này, bạn nên giảm độ sáng xuống mức tối thiểu và làm lệch chùm tia - bạn vẫn có thể thấy nếu có chùm sáng hoặc nó không có.
Khi một điện áp nhất định được đặt vào các tấm lệch, chùm tia sẽ lệch khỏi tâm màn hình. Trong hình 3, chùm tia lệch hướng đến điểm O3. Nếu điện áp thay đổi, chùm tia sẽ vẽ một đường thẳng trên màn hình. Chính hiện tượng này được sử dụng để tạo ra hình ảnh của tín hiệu được nghiên cứu trên màn hình. Để có được hình ảnh hai chiều trên màn hình, phải áp dụng hai tín hiệu: tín hiệu thử nghiệm - áp dụng cho các tấm Y và điện áp quét - áp dụng cho các tấm X. Chúng ta có thể nói rằng đồ thị có trục tọa độ X và Y được lấy trên màn hình.
Quét ngang
Đó là quét ngang tạo thành trục X của đồ thị trên màn hình.
Hình 4. Điện áp quét
Như có thể thấy trong hình, quét ngang được thực hiện bằng điện áp răng cưa, có thể được chia thành hai phần: tiến và lùi (Hình 4a). Trong hành trình về phía trước, chùm tia di chuyển đồng đều trên màn hình từ trái sang phải và khi đến cạnh phải nhanh chóng quay trở lại. Đây được gọi là đột quỵ ngược. Trong hành trình về phía trước, một xung đèn nền được tạo ra, được đưa đến bộ điều chế ống và một chấm sáng xuất hiện trên màn hình, vẽ một đường ngang (Hình 4b).
Điện áp chuyển tiếp, như trong Hình 4, bắt đầu từ 0 (một chùm ở giữa màn hình) và thay đổi thành điện áp của Umax. Do đó, chùm tia sẽ di chuyển từ giữa màn hình sang cạnh phải, tức là Chỉ một nửa màn hình. Để bắt đầu quét từ cạnh trái của màn hình, chùm tia được dịch sang trái bằng cách đặt điện áp phân cực cho nó. Độ lệch chùm được điều khiển bởi một tay cầm ở mặt trước.
Trong hành trình quay trở lại, xung đèn nền kết thúc và chùm sáng tắt. Vị trí tương đối của xung đèn nền và điện áp quét răng cưa có thể được nhìn thấy trên sơ đồ chức năng của máy hiện sóng như trong Hình 5. Mặc dù có nhiều sơ đồ mạch dao động, các mạch chức năng của chúng gần giống nhau, tương tự như trong hình.
Hình 5. Sơ đồ chức năng của máy hiện sóng
Độ nhạy CRT
Nó được xác định bởi hệ số sai lệch, cho thấy chùm tia lệch đi bao nhiêu mm khi điện áp không đổi 1 V được đặt vào các bản. Đối với các CRT khác nhau, giá trị này nằm trong khoảng 0,15 ... 2 mm / V. Nó chỉ ra rằng bằng cách đặt điện áp 1 V vào các tấm lệch, chùm tia có thể di chuyển chùm tia chỉ 2 mm, và đây là trường hợp tốt nhất. Để làm lệch chùm tia một centimet (10 mm), cần có điện áp 10/2 = 5V. Với độ nhạy 0,15 mm / V cho cùng một chuyển động, sẽ cần 10 / 0,15 = 66.666V.
Do đó, để thu được độ lệch đáng chú ý của chùm tia từ tâm màn hình, tín hiệu được khảo sát được khuếch đại bởi một bộ khuếch đại kênh dọc đến vài chục volt. Kênh khuếch đại ngang, được thực hiện quét, có cùng điện áp đầu ra.
Hầu hết các máy hiện sóng phổ có độ nhạy tối đa 5mV / cm. Khi sử dụng CRT loại 8LO6I với điện áp đầu vào 5 mV, các tấm lệch sẽ yêu cầu điện áp 8,5 V để di chuyển chùm 1 cm. Thật dễ dàng để tính toán rằng điều này sẽ yêu cầu khuếch đại hơn 1.500 lần.
Độ lợi này phải đạt được trong toàn bộ băng thông, và tần số càng cao thì mức tăng càng thấp, vốn có trong bất kỳ bộ khuếch đại nào. Băng thông được đặc trưng bởi tần số trên f. Ở tần số này, mức tăng của kênh lệch hướng dọc giảm 1,4 lần hoặc 3 dB. Đối với hầu hết các máy hiện sóng phổ, dải tần này là 5 MHz.
Và điều gì sẽ xảy ra nếu tần số của tín hiệu đầu vào vượt quá tần số trên, ví dụ, 8 ... 10 MHz? Cô ấy sẽ có thể nhìn thấy nó trên màn hình? Vâng, nó sẽ được nhìn thấy, nhưng không thể đo được biên độ tín hiệu. Bạn chỉ có thể chắc chắn rằng có tín hiệu hay không. Đôi khi thông tin như vậy là khá đủ.
Độ lệch kênh dọc. Bộ chia đầu vào
Tín hiệu được nghiên cứu được đưa đến đầu vào của kênh có độ lệch dọc thông qua bộ chia đầu vào, như trong Hình 6. Thông thường, bộ chia đầu vào được gọi là bộ suy giảm.
Hình 6. Bộ chia đầu vào của độ lệch dọc kênh
Sử dụng bộ chia đầu vào, có thể nghiên cứu tín hiệu đầu vào từ vài millivolt đến vài chục volt. Trong trường hợp khi tín hiệu đầu vào vượt quá khả năng của bộ chia đầu vào, các đầu dò đầu vào có tỷ lệ phân chia là 1:10 hoặc 1:20 được sử dụng. Sau đó, giới hạn 5V / div trở thành 50V / div hoặc 100V / div, điều này cho phép nghiên cứu các tín hiệu có điện áp đáng kể.
Lối vào mở và đóng
Ở đây (Hình 6), bạn có thể thấy công tắc B1, cho phép áp dụng tín hiệu thông qua tụ điện (đầu vào đóng) hoặc trực tiếp vào đầu vào của bộ chia (đầu vào mở). Khi sử dụng chế độ "đầu vào đóng", có thể nghiên cứu thành phần biến đổi của tín hiệu, bỏ qua thành phần không đổi của nó. Sơ đồ đơn giản như trong Hình 7 sẽ giúp giải thích những gì đã được nói. Sơ đồ được tạo trong chương trình Multisim, do đó mọi thứ trong các hình này, mặc dù hầu như, khá công bằng.
Hình 7. Giai đoạn khuếch đại trên một bóng bán dẫn
Một tín hiệu đầu vào có biên độ 10 mV thông qua tụ C1 được đưa đến đế của bóng bán dẫn Q1. Bằng cách chọn điện trở R2, điện áp trên bộ thu của bóng bán dẫn được đặt bằng một nửa điện áp cung cấp (trong trường hợp này là 6V), cho phép bóng bán dẫn hoạt động ở chế độ tuyến tính (khuếch đại). Đầu ra được theo dõi bởi XSC1. Hình 8 cho thấy kết quả đo ở chế độ đầu vào mở, trên máy hiện sóng, nhấn nút DC (dòng điện trực tiếp).
Hình 8. Các phép đo trong chế độ đầu vào mở (kênh A)
Ở đây bạn có thể thấy (kênh A) chỉ có điện áp tại bộ thu của bóng bán dẫn, cùng 6V vừa được đề cập. Chùm tia trong kênh A đã cất cánh ra ở 6V, nhưng hình sin được khuếch đại trên bộ thu đã không xảy ra. Nó chỉ đơn giản là không thể nhận ra độ nhạy của kênh 5V / Div. Kênh A chùm trong hình được hiển thị màu đỏ.
Tín hiệu từ máy phát được áp dụng cho đầu vào B, hình được hiển thị màu xanh lam. Đây là sóng hình sin có biên độ 10 mV.
Hình 9. Các phép đo trong chế độ đầu vào đóng
Bây giờ, nhấn nút AC trong kênh A - dòng điện xoay chiều, đây thực sự là một đầu vào đóng. Ở đây bạn có thể thấy tín hiệu khuếch đại - một hình sin có biên độ 87 millivolts. Nó chỉ ra rằng tầng trên một bóng bán dẫn khuếch đại tín hiệu với biên độ 10 mV gấp 8,7 lần. Các số trong cửa sổ hình chữ nhật bên dưới màn hình hiển thị điện áp và thời gian tại các vị trí của các điểm đánh dấu T1, T2. Các dấu tương tự có sẵn trong máy hiện sóng kỹ thuật số hiện đại. Đó thực sự là tất cả những gì có thể nói về lối vào mở và đóng. Và bây giờ chúng ta hãy tiếp tục câu chuyện về bộ khuếch đại lệch hướng dọc.
Bộ khuếch đại trước
Sau bộ chia đầu vào, tín hiệu được điều tra sẽ đi đến bộ khuếch đại trước và, đi qua đường trễ, đi vào bộ khuếch đại đầu cuối của kênh Y (Hình 5). Sau khi khuếch đại cần thiết, tín hiệu đi vào các tấm lệch hướng dọc.
Bộ tiền khuếch đại chia tín hiệu đầu vào thành các thành phần paraphase để cung cấp cho bộ khuếch đại đầu cuối Y. Ngoài ra, tín hiệu đầu vào từ bộ tiền khuếch đại được đưa đến bộ kích hoạt quét, cung cấp hình ảnh đồng bộ trên màn hình trong quá trình quét về phía trước.
Đường trễ làm trễ tín hiệu đầu vào so với đầu điện áp quét, điều này cho phép quan sát cạnh đầu của xung, như trong Hình 5 b). Một số máy hiện sóng không có đường trễ, về bản chất, không can thiệp vào việc nghiên cứu các tín hiệu định kỳ.
Kênh quét
Tín hiệu đầu vào từ bộ khuếch đại trước cũng được đưa đến đầu vào của máy tạo xung kích hoạt quét.Các xung được tạo ra khởi động máy phát quét, tạo ra điện áp răng cưa tăng trơn tru. Tốc độ xoay và chu kỳ điện áp quét được chọn bởi công tắc Time / Div, cho phép nghiên cứu các tín hiệu đầu vào trong một dải tần số rộng.
Quét như vậy được gọi là nội bộ, tức là Kích hoạt đến từ tín hiệu được thử nghiệm Thông thường, máy hiện sóng có công tắc quét, bộ phận bên trong / bên ngoài, vì một số lý do không được hiển thị trong sơ đồ chức năng trong Hình 5. Trong chế độ kích hoạt bên ngoài, quá trình quét có thể được kích hoạt không phải bởi tín hiệu được điều tra, mà bởi một số tín hiệu khác mà tín hiệu được điều tra phụ thuộc.
Điều này có thể, ví dụ, một xung kích hoạt dòng trễ. Sau đó, ngay cả với máy hiện sóng đơn tia, bạn có thể đo tỷ lệ thời gian của hai tín hiệu. Nhưng tốt hơn là làm điều này với một máy hiện sóng hai chùm tia, nếu nó, tất nhiên, trong tầm tay.
Thời lượng quét phải được chọn dựa trên tần số (khoảng thời gian) của tín hiệu được khảo sát. Giả sử rằng tần số tín hiệu là 1KHz, tức là chu kỳ tín hiệu 1ms. Hình ảnh của một hình sin với thời gian quét là 1ms / div được hiển thị trong Hình 10.
Hình 10
Với thời gian quét là 1ms / div, một chu kỳ sóng hình sin 1KHz chiếm chính xác một phân chia tỷ lệ dọc theo trục Y. Quá trình quét được đồng bộ hóa từ chùm A dọc theo cạnh tăng dần về mức tín hiệu đầu vào là 0V. Do đó, sóng hình sin trên màn hình bắt đầu bằng nửa chu kỳ dương.
Nếu thời lượng quét được thay đổi thành 500 ss / div (0,5 ms / div), thì một khoảng thời gian của hình sin sẽ chiếm hai bộ phận trên màn hình, như trong Hình 11, tất nhiên, thuận tiện hơn cho việc quan sát tín hiệu.
Hình 11
Ngoài điện áp răng cưa, máy phát quét cũng tạo ra xung đèn nền, được đưa đến bộ điều biến và đốt cháy tia điện tử (Hình 5 g). Thời lượng của xung đèn nền bằng với thời lượng của chùm sáng phía trước. Trong hành trình quay trở lại, không có xung đèn nền và chùm sáng tắt. Nếu chùm sáng không bị xóa trắng, một thứ không thể hiểu được sẽ xuất hiện trên màn hình: hành trình ngược và thậm chí được điều chế bởi tín hiệu đầu vào, chỉ cần bỏ qua tất cả các nội dung hữu ích của dạng sóng.
Một điện áp quét răng cưa được đặt vào bộ khuếch đại đầu cuối của kênh X, được chia thành tín hiệu paraphase và được đưa vào các tấm lệch hướng ngang, như trong Hình 5 (e).
Bộ khuếch đại X Đầu vào bên ngoài
Không chỉ điện áp từ máy phát quét, mà cả điện áp bên ngoài cũng có thể được cung cấp cho bộ khuếch đại đầu cuối X, giúp đo tần số và pha của tín hiệu bằng các số liệu Lissajous.
Hình 12. Số liệu Lissajous
Nhưng công tắc đầu vào X không được hiển thị trên sơ đồ chức năng trong Hình 5, cũng như công tắc của loại hoạt động quét, đã được đề cập ở trên một chút.
Ngoài các kênh X và Y, máy hiện sóng, giống như bất kỳ thiết bị điện tử nào, đều có nguồn điện. Máy hiện sóng kích thước nhỏ, ví dụ, C1-73, C1-101 có thể hoạt động từ pin xe hơi. Nhân tiện, trong thời gian của họ, các máy hiện sóng này rất tốt, và vẫn được sử dụng thành công.
Hình 13. Máy hiện sóng C1-73
Hình 14. Máy hiện sóng C1-101
Sự xuất hiện của máy hiện sóng được thể hiện trong Hình 13 và 14. Điều đáng ngạc nhiên nhất là chúng vẫn được cung cấp để mua chúng trong các cửa hàng trực tuyến. Nhưng giá cả như vậy mà nó rẻ hơn khi mua máy hiện sóng kỹ thuật số cỡ nhỏ trên Aliexpress.
Các thiết bị dao động bổ sung được tích hợp biên độ và hiệu chuẩn quét. Theo quy luật, đây là những máy phát xung hình chữ nhật khá ổn định, kết nối chúng với đầu vào của máy hiện sóng, sử dụng các phần tử điều chỉnh mà bạn có thể cấu hình bộ khuếch đại X và Y. Nhân tiện, bộ hiệu chuẩn hiện đại cũng có bộ hiệu chuẩn như vậy.
Làm thế nào để sử dụng máy hiện sóng, phương pháp và phương pháp đo sẽ được thảo luận trong bài viết tiếp theo.
Tiếp tục bài viết: Cách sử dụng máy hiện sóng
Boris Aladyshkin
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: