מחולל אותות מבוסס אוסילוסקופ ושימושים באותות מכ"ם רחב פס
איך אוסילוסקופ עובד
אוסילוסקופ הוא מכשיר מדידה אלקטרוני המשתמש במאפיינים של שפופרות אוסילוסקופ אלקטרוניות כדי להמיר אותות חשמליים מתחלפים שלא ניתן לצפות ישירות על ידי העין האנושית לתמונות ולהציגם על מסך פלורסנט לצורך מדידה. זהו מכשיר הכרחי וחשוב לצפייה בתופעות ניסוי במעגל דיגיטלי, ניתוח בעיות בניסויים ומדידת תוצאות ניסויים. האוסילוסקופ מורכב מצינור אוסילוסקופ ומערכת אספקת חשמל, מערכת סנכרון, מערכת סטיה של ציר X, מערכת סטיה של ציר Y, מערכת סריקת השהיה ומקור אות סטנדרטי.
1. צינור אוסילוסקופ
שפופרת קרן קתודית (CRT), המכונה שפופרת אוסילוסקופ, היא הליבה של האוסילוסקופ. זה ממיר אותות חשמליים לאותות אור. כפי שמוצג באיור 1, אקדח האלקטרונים, מערכת ההסטה ומסך הזרחני אטומים במעטפת זכוכית ואקום כדי ליצור צינור אוסילוסקופ שלם.
(1) מסך פלורסנט
מסכי צינור האוסילוסקופ של היום הם בדרך כלל מישורים מלבניים, כאשר שכבה של חומר זרחני מונחת על פני השטח הפנימיים ליצירת סרט ניאון. שכבה של סרט אלומיניום אידוי מתווספת לעתים קרובות לסרט הפלורסנט. אלקטרונים במהירות גבוהה עוברים דרך סרט האלומיניום ופוגעים בזרחן ליצירת כתמים בהירים. לסרט האלומיניום יש השתקפות פנימית, המועילה לשיפור הבהירות של הכתמים הבהירים. לסרט האלומיניום יש גם פונקציות אחרות כמו פיזור חום.
כאשר הפצצת האלקטרונים נפסקת, הנקודה הבהירה לא יכולה להיעלם מיד אלא חייבת להישאר לתקופה מסוימת. הזמן שלוקח לבהירות של נקודה בהירה לרדת ל-10% מהערך המקורי שלו נקרא "זמן הזוהר שלאחר". זמן זוהר קצר מ-10μs נקרא זוהר לאחר קצר מאוד, 10μs-1ms הוא זוהר לאחר קצר, 1ms-0.1s הוא זוהר אחר בינוני, 0.1s-1s הוא זוהר לאחר ארוך, ויותר מ-1s הוא זוהר ארוך במיוחד. בדרך כלל, אוסילוסקופים מצוידים בשפופרות של אוסילוסקופ בינונית, אוסילוסקופים בתדר גבוה משתמשים בהתמדה קצרה, ואוסילוסקופים בתדר נמוך משתמשים בהתמדה ארוכה.
(2) אקדח אלקטרונים ומיקוד
אקדח האלקטרונים מורכב מפילמנט (F), קתודה (K), רשת (G1), אלקטרודת האצה קדמית (G2) (או רשת שנייה), אנודה ראשונה (A1) ואנודה שנייה (A2). תפקידו הוא לפלוט אלקטרונים וליצור אלומת אלקטרונים דקה מאוד במהירות גבוהה. החוט מופעל כדי לחמם את הקתודה, והקתודה פולטת אלקטרונים בעת חימום.
הרשת היא גליל מתכת עם חור קטן בחלקו העליון, אשר ממוקם מחוץ לקתודה. מכיוון שפוטנציאל השער נמוך מהקתודה, הוא שולט באלקטרונים הנפלטים מהקתודה. בדרך כלל, רק מספר קטן של אלקטרונים בעלי מהירות תנועה ראשונית גדולה יכולים לעבור דרך חורי השער ולמהר אל מסך הפלורסנט תחת פעולת מתח האנודה. אלקטרונים בעלי מהירות התחלתית קטנה עדיין חוזרים לקתודה.
אם פוטנציאל השער נמוך מדי, כל האלקטרונים חוזרים לקתודה, כלומר, הצינור כבוי. התאמת פוטנציומטר W1 במעגל יכולה לשנות את פוטנציאל השער ולשלוט בצפיפות זרימת האלקטרונים למסך הפלורסנט, ובכך להתאים את בהירות הנקודה הבהירה. האנודה הראשונה, האנודה השנייה ואלקטרודת האצה הקדמית הם שלושה גלילי מתכת על אותו ציר כמו הקתודה. עמוד התאוצה הקדמי G2 מחובר ל-A2, והפוטנציאל המופעל גבוה מ-A1. הפוטנציאל החיובי של G2 מאיץ את האלקטרונים מהקתודה לכיוון המסך הפלורסנט.
כאשר אלומת האלקטרונים עוברת מהקתודה למסך הזרחן, היא עוברת שני תהליכי מיקוד. המיקוד הראשון הושלם על ידי K, G1 ו-G2. K, K, G1 ו-G2 נקראות העדשות האלקטרוניות הראשונות של צינור האוסילוסקופ. המיקוד השני מתרחש באזורי G2, A1 ו-A2. התאמת הפוטנציאל של האנודה השנייה A2 יכולה לגרום לאלומת האלקטרונים להתכנס בנקודה על מסך הפלורסנט. זו ההתמקדות השנייה. המתח על A1 נקרא מתח המיקוד, ו-A1 נקרא גם קוטב המיקוד. לפעמים התאמת המתח של A1 עדיין לא יכולה להשיג מיקוד טוב, ויש לכוונן את המתח של האנודה השנייה A2. A2 נקראת גם אלקטרודת המיקוד העזר.
(3) מערכת סטיה
מערכת ההסטה שולטת בכיוון קרן האלקטרונים כך שכתם האור במסך הפלורסנט משתנה עם האות החיצוני כדי לתאר את צורת הגל של האות הנמדד. באיור 8.1, שני זוגות של לוחות סטייה מאונכים זה לזה Y1, Y2 ו- Xl, X2 יוצרים מערכת סטייה. לוח ההטיה של ציר ה-Y נמצא מקדימה וצלחת ההטיה של ציר ה-X מאחור, כך שהרגישות של ציר ה-Y גבוהה (האות הנמדד מתווסף לציר ה-Y לאחר העיבוד). מתח מופעל על שני זוגות לוחות הסטייה בהתאמה, כך שנוצר שדה חשמלי בין שני זוגות לוחות הסטייה, השולט על הסטייה של אלומת האלקטרונים בכיוון האנכי והאופקי בהתאמה.
