Oscyloskop katodowy.
Oscyloskop katodowy służy do obserwacji i porównywania czasowych zmian napięcia elektrycznego oraz do pomiaru napięć i częstości. Centralną jego częścią jest lampa oscyloskopowa, której budowę pokazano na rysunku. Jest to opróżniona z powietrza bańka szklana o płaskiej ścianie przedniej, zwanej ekranem. Z pośrednio żarzonej katody wypływa wiązka elektronów. Jest ona przyspieszana dodatnim potencjałem anody (rzędu kilku mv) oraz ogniskowana odpowiednio dobranym przebiegiem potencjału przyspieszającego między katodą i anodami. Przy dobrze dobranych warunkach pracy cała wiązka elektronów jest zogniskowana w jednym punkcie ekranu. Ekran jest pokryty od wewnątrz warstwą substancji fluoryzującej, która świeci pod wpływem padającej wiązki elektronów. Jasność plamki reguluje się ujemnym (względem katody) potencjałem tzw. cylindra Wehnelta CW, otaczającego katodę. Wewnętrzne ścianki lampy są pokryte warstwą grafitu, przez którą elektrony padające na ekran swobodnie płyną do katody. Dwie pary płytek odchylających X i Y służą do elektrycznego odchylania wiązki. Są to dwa kondensatory płytkowe, w których przyłożony sygnał elektryczny wytwarza elektryczne pole odchylające. Oczywiście wiązka elektronów, a tym samym punkt na ekranie lampy, zmienia swoje położenie wraz ze zmianami potencjału na płytkach X, Y. Potencjał stały zmienia tylko położenie punktu na ekranie. Po przyłożeniu do jednej pary płytek potencjału zmiennego (o częstości np. 50Hz) położenie punktu na ekranie zmienia się również z tą częstością, jednak wtedy oko nasze dostrzega już tylko kreskę o długości proporcjonalnej do amplitudy przyłożonego napięcia.
W celu uwidocznienia przebiegu czasowego sygnału przykładanego na płytki X przykłada się sygnał o przebiegu piłokształtnym i częstości nieco niższej od częstości mierzonej, zwany sygnałem podstawy czasu. Jego częstość można zmieniać płynnie i tak dobrać, by w kolejnych przebiegach wychylenie spowodowane płytkami Y było dokładnie takie samo, czyli aby występowała synchronizacja. Rozwiązanie takie umożliwia otrzymanie trwałego obrazu nawet przy bardzo dużej częstości. Nowoczesne oscyloskopy są wyposażone w rozbudowane i precyzyjnie działające układy elektroniczne, dzięki czemu jakość uzyskanego obrazu jest bardzo dobra i umożliwia wykonanie bardzo precyzyjnych pomiarów.
Podstawowym układem elektronicznym w oscyloskopie jest układ zasilania lampy. Jest on źródłem prądu żarzenia, wytwarza wysokie napięcie, niezbędne do przyspieszenia i ogniskowania wiązki, zawiera układy do regulacji jasności i ostrości wiązki. Układ do regulacji jasności jest sprzężony z generatorem podstawy czasu w ten sposób, że obraz jest widoczny tylko w czasie narastania sygnału z generatora piłokształtnego, natomiast jest wygaszany w czasie opadania tego sygnału, dzięki czemu nie widać powrotu plamki.
Generator podstawy czasu wytwarza przebiegi piłokształtne, dające jednostajny przebieg plamki na ekranie w szerokim zakresie częstości. Dodatkowe układy pozwalają na automatyczne lub ręczne wyzwalanie podstawy czasu, dzięki czemu oscyloskop może pracować w sposób ciągły, może być wyzwalany periodycznie przez wybrane składowe badanych przebiegów, może pracować w sposób impulsowy, rejestrując tylko jeden przebieg, a także może być wyzwalany zewnętrznie. Oczywiście nie każdy oscyloskop ma wszystkie możliwości.
Trzecim podstawowym zespołem jest wzmacniacz Y, przeznaczony do wzmacniania sygnału wejściowego. Na ogół jest to wzmacniacz szerokopasmowy, zachowujący wiernie przebieg sygnału przykładanego do wejścia. Niektóre oscyloskopy pozwalają na równoczesną obserwację dwóch przebiegów. Stosuje się w tym celu albo tzw. lampy dwuwiązkowe, w których istnieją dwie niezależne wiązki elektronów, albo też w lampach jednowiązkowych w kolejnych przebiegach sygnału podstawy czasu do płytek Y przykłada się na przemian dwa niezależne sygnały; są to tzw. oscyloskopy dwukanałowe. Oscyloskopy dwukanałowe wyposażone są w elektroniczny przełącznik i dwa niezależne wzmacniacze Y. Stosuje się dwa rodzaje przełączania: przemienne, w którym przełączenie następuje po każdym cyklu podstawy czasu w czasie biegu powrotnego (opadającej części sygnału piłokształtnego), lub tzw. siekane, odbywające się według sygnałów wewnętrznego multiwibratora. Ten drugi sposób przełączania umożliwia obserwację przebiegów o różnych częstościach. Niektóre oscyloskopy dwukanałowe dają również możliwość obserwacji sygnału różnicowego z dwóch wejść Y, jak również jednego tylko przebiegu z wejścia. Większość oscyloskopów umożliwia pracę w układzie X, Y, w którym jeden sygnał zewnętrzny przyłączony jest do płytek Y, a drugi do płytek X. Oczywiście wtedy układ generatora podstawy czasu jest wyłączony.
W nowoczesnym oscyloskopie układy elektroniczne są wzorcowane, dzięki czemu przy jednym ze skrajnych położeń pokręteł regulacji ciągłej wzmocnienia amplituda obrazu jest proporcjonalna do amplitudy sygnału wejściowego, a współczynnik proporcjonalności jest podany na pokrętle skokowej zmiany wzmocnienia i wynosi, na przykład 2mV/cm, 5mV/cm itp. Podobnie wzorcowana jest podstawa czasu i uzyskuje się jednostajny przesuw z prędkością podaną na pokrętle (np. 5m/s). Takie rozwiązanie umożliwia wykonanie dokładnego pomiaru napięcia szczytowego mierzonego sygnału lub czasu trwania jednego przebiegu. Zakres częstości mierzonych na oscyloskopie zawarty jest w granicach od 1Hz do 10MHz. Ekrany większości oscyloskopów wyposażone są w odpowiednie podziałki umożliwiające wykonanie pomiaru amplitud lub okresu.
Obecnie stosuje się bardzo wiele różnych typów oscyloskopów, jak również wiele różnych rozwiązań w typach aktualnie produkowanych. Różnią się one możliwościami regulacji oraz rozmieszczeniem pokręteł. Obsługę ułatwiają oznakowania pokręteł, tworzone od polskich lub angielskich nazw poszczególnych ich funkcji.
- 1 -