Các bộ điều khiển cơ bản của CRO

Các bộ điều khiển cơ bản của CRO

Để đảm bảo cho việc vận hành đúng đắn, một số bộ điều khiển cần được cung cấp trên bảng điều khiển của Máy Hiện Đại Oscilloscope (CRO). Bộ điều khiển Intensity được cung cấp để điều chỉnh độ sáng của chấm trên màn hình, thực hiện bằng cách biến đổi điện áp giữa các ống hấp thụ đầu tiên và thứ hai.

Bộ điều khiển vị trí ngang và dọc được cung cấp để di chuyển tia trên bất kỳ phần nào của màn hình. Điều này được thực hiện bằng cách áp dụng điện áp DC vào các bảng phân loại ngang hoặc dọc.

Hệ Thống Điều Khiển Hướng Dọc.

Chức năng chính của hệ thống lệch theo chiều dọc trong Máy Quét Tia Cathode (CRO) là cung cấp một tín hiệu được khuếch đại ở mức độ phù hợp để đưa vào đĩa lệch theo chiều dọc mà không tạo ra độ méo biến đáng kể trong hệ thống.

Nhiều CRO có độ nhạy đầu vào trong khoảng vài mili-vôl theo mỗi phần. Điện áp cần thiết để làm lệch tia electron dao động từ khoảng 100 V (đỉnh đến đỉnh) đến 500 V, phụ thuộc vào điện áp tăng tốc và cấu trúc của ống. Do đó, bộ khuếch đại theo chiều dọc phải cung cấp độ nhạy mong muốn, biến đổi đầu vào mili-vôl thành đầu ra ở mức vài trăm volt (đỉnh đến đỉnh). Nó phải duy trì tính nguyên vẹn của hình dạng sóng mà không méo biến và có đáp ứng tốt trên toàn bộ dải tần số cần đo.

Đĩa lệch của CRO đóng vai trò như một tụ, và khi tần số của tín hiệu đầu vào vượt quá 1 MHz, dòng điện cần thiết để nạp và giải nạp tụ do đĩa lệch tăng lên. Do đó, bộ khuếch đại theo chiều dọc phải cung cấp đủ dòng điện để xử lý quá trình nạp và giải nạp của tụ đĩa lệch.

Trong CRO, tín hiệu điện trải qua một khoảng thời gian chờ đợi khi truyền qua mạch điện tử. Điện áp đầu ra từ bộ khuếch đại theo chiều dọc được chuyển đến đĩa lệch theo chiều dọc của CRT. Một phần của tín hiệu này được sử dụng để kích hoạt mạch tạo xung thời gian cơ sở, và đầu ra của nó sau đó được đưa vào đĩa lệch theo chiều ngang thông qua bộ khuếch đại theo chiều ngang. Toàn bộ quá trình này, bao gồm việc tạo xung kích hoạt, khởi động mạch tạo xung thời gian và sau đó khuếch đại, mất khoảng 100 ns hoặc thậm chí lâu hơn.

Để cho phép người vận hành quan sát đỉnh của hình dạng sóng tín hiệu trên màn hình, tín hiệu đầu vào đến đĩa lệch theo chiều dọc của CRT cần phải được trễ ít nhất bằng thời gian tương tự hoặc hơi lâu hơn. Để đạt được điều này, một mạch đường trễ được đưa vào giữa bộ khuếch đại theo chiều dọc và các đĩa của CRT, như hình đã thể hiện.

Hệ thống Lệch theo Chiều Ngang

Tín hiệu ngoại vi được áp dụng vào các đĩa lệch theo chiều ngang thông qua bộ khuếch đại theo chiều ngang tại công tắc chọn quét ở vị trí EXT, như hình vẽ. Bộ khuếch đại theo chiều ngang, tương tự như bộ khuếch đại theo chiều dọc, tăng biên độ của tín hiệu đầu vào đến mức cần thiết cho đĩa lệch theo chiều ngang của CRT. Khi muốn hiển thị chức năng thời gian trên màn hình của CRT, ta sử dụng vị trí INT của công tắc chọn quét. Trước khi đi sâu hơn, chúng ta cần làm rõ về mô hình cơ bản của thời gian.

Giả sử ta cung cấp một tín hiệu hình sierra lý tưởng cho các đĩa lệch theo chiều ngang, giữ các đĩa lệch theo chiều dọc ở tiềm năng không. Ở điểm bắt đầu A theo thời gian, điện áp tín hiệu là tối đa nhưng âm nên đốt trên màn hình CRO ở vị trí tận cùng bên trái. Tiếp theo ở điểm B theo thời gian, điện áp tín hiệu áp dụng vào các đĩa theo chiều ngang là không nên chấm nằm ở trung tâm màn hình. Khi điện áp tăng theo hướng dương và trở nên tối đa ngay trước điểm C, chấm trên màn hình nằm ở phía cực phải. Ngay sau điểm C, chu kỳ tiếp theo của tín hiệu hình sierra bắt đầu và lại tăng theo hướng âm, vì vậy chấm trở lại vị trí cực trái của màn hình từ vị trí phải chỉ trong một khoảng thời gian ngắn.

Từ những thảo luận trên, ta có thể rút ra kết luận rằng

Chấm di chuyển từ trái sang phải qua cùng một quỹ đạo mỗi chu kỳ của tín hiệu hình sierra được áp dụng vào các đĩa lệch theo chiều ngang, do đó trên màn hình CRO xuất hiện một đường ngang.
Chấm di chuyển từ trái sang phải trên màn hình với tốc độ đều, tạo nên một cơ sở thời gian tuyến tính để hiển thị chức năng thời gian trên màn hình của CRO.

Để làm rõ hơn về ý tưởng cơ sở thời gian, hãy xem xét một ứng dụng. Giả sử một tín hiệu điện áp hình sin y có chu kỳ thời gian T được áp dụng vào các đĩa lệch theo chiều dọc và một tín hiệu điện áp hình sierra vh có chu kỳ thời gian T được áp dụng vào các đĩa lệch theo chiều ngang, như hình vẽ.

Lúc thời gian bằng không, chấm nằm ở vị trí cực trái và ở giữa theo chiều dọc trên màn hình. Do giá trị không của VV và giá trị âm tối đa của Vh. Ở thời điểm T/4, chấm nằm ở một phần tư đường màn hình theo hướng ngang và ở điểm điều khiển dương tối đa ở phía trên đường trung tâm theo hướng dọc vì giá trị dương tối đa của VV. Ở thời điểm T/2, giá trị của cả VV và Vh đều bằng không, vì vậy chấm nằm ở vị trí trung tâm của màn hình. Ở thời điểm 3T/4, chấm nằm ở ba phần tư trên màn hình theo hướng ngang và ở đường điều khiển âm tối đa ở phía dưới. Cuối cùng, ở cuối thời gian T, chấm nằm ở vị trí cực phải và ở giữa theo chiều dọc trên màn hình, sau đó nó di chuyển trở lại để bắt đầu một dấu vết mới. Như vậy, tín hiệu điện áp hình sin được áp dụng vào hệ thống lệch theo chiều dọc xuất hiện trên màn hình. Nếu chu kỳ của tín hiệu hình sin giảm xuống một nửa thì hai chu kỳ hình sin xuất hiện trên màn hình.

Từ những thảo luận trên, rõ ràng rằng để có một hình dạng sóng của tín hiệu đầu vào áp dụng vào hệ thống lệch theo chiều dọc dưới dạng một mô hình tĩnh trên màn hình của CRO, cần phải thỏa mãn các điều kiện sau:

Cả hai tín hiệu theo chiều ngang và theo chiều dọc phải bắt đầu vào cùng một thời điểm.
Tỷ lệ tần số giữa tín hiệu theo chiều ngang và theo chiều dọc phải là một số hữu tỷ hoặc phân số.

Để thỏa mãn các điều kiện trên, tín hiệu hình sierra được tạo ra và đồng bộ hóa với tín hiệu đầu vào theo chiều dọc thông qua mạch khởi động và mạch tạo cơ sở thời gian, như hình vẽ và giải thích ở trên.

Ở vị trí INT của công tắc chọn quét, bộ khuếch đại theo chiều ngang nhận một đầu vào từ máy tạo cơ sở thời gian, cung cấp một cơ sở thời gian và kiểm soát tốc độ mà tia quét được quét qua mặt của CRT. Máy tạo cơ sở thời gian được kích hoạt hoặc khởi động bởi một mạch khởi động đảm bảo rằng quét theo chiều ngang bắt đầu ở cùng một điểm của tín hiệu đầu vào theo chiều dọc. Như đã giải thích trước đó, việc đồng bộ hóa quét với tín hiệu đo đạc là cần thiết để có được mẫu tĩnh. Tỷ lệ tần số giữa cơ sở thời gian và tín hiệu đo đạc phải là một số hữu tỷ, nếu không mẫu trên màn hình sẽ không ổn định. Một công tắc chọn đồng bộ hóa được sử dụng để chọn loại đồng bộ hóa. Trong chế độ nội, cảm biến được nhận từ bộ khuếch đại theo chiều dọc, đầu vào của nó là tín hiệu đo đạc.

Ở vị trí ngoại vi của công tắc, cảm biến được nhận từ nguồn ngoại vi. Ở vị trí thứ ba của công tắc, tức là dòng, cảm biến được nhận từ nguồn cung cấp điện, nghĩa là 230 V và 50 Hz.

Thường sử dụng hai loại máy tạo cơ sở thời gian. Trong loại đầu tiên, tín hiệu hình sierra với tần số cố định được tạo ra mà không cần tín hiệu đầu vào cho tín hiệu theo chiều dọc hay không. Đó là lý do tại sao nó được gọi là kiểu chạy tự do. Trong kiểu thứ hai của máy tạo cơ sở thời gian, quét được kích hoạt bởi tín hiệu đo đạc, nên không cần bất kỳ điều chỉnh nào cho việc đồng bộ hóa.

Đôi khi, quét không phải hình sierra cũng được sử dụng trong CRO cho một số ứng dụng đặc biệt.

Các Bộ Điều Chỉnh Vị Trí

Có hai núm xoay — một để điều chỉ vị trí theo chiều ngang và một núm khác để điều chỉ vị trí theo chiều dọc. Bằng cách sử dụng núm, đỉnh có thể di chuyển sang trái hoặc sang phải theo chiều ngang và lên hoặc xuống theo chiều dọc. Núm này kiểm soát điện thế động cơ được áp dụng cho các đĩa lệch theo chiều ngang, bên cạnh sóng siêu âm thông thường. Núm khác kiểm soát điện thế động cơ được áp dụng cho các đĩa lệch theo chiều dọc, bên cạnh tín hiệu.

Bộ Điều Chỉnh Độ Sáng

Điều chỉnh độ sáng của đỉnh được thực hiện bằng cách kiểm soát điện thế của lưới kiểm soát so với cực để kiểm soát độ sáng của đỉnh.

Bộ Điều Chỉnh Tiêu Cự

Trong súng điện tử của CRT, anot giữa được giữ ở điện thế thấp hơn so với hai anot khác và nó hoạt động như một ống kính điện tĩnh và tiêu cự của ống kính này có thể được điều chỉnh bằng cách biến đổi điện thế của anot giữa so với hai anot khác. Việc này giúp tập trung chùm electron bằng cách biến đổi điện thế của anot giữa với sự giúp đỡ của một bảng xoay. Bằng cách tăng điện thế dương áp dụng vào anot tiêu cự, chùm electron có thể được thu hẹp và đỉnh trên màn hình có thể được làm mũi kim.

Astigmatism (Biên Độ Độ Chệch)

Đây là một bộ điều chỉnh tiêu cự bổ sung, tương tự như chệch độ trong ống kính quang học. Việc điều chỉnh bộ điều này mang lại sự tập trung sắc nét trên toàn bộ màn hình. Điều chỉnh này bị ảnh hưởng bởi việc biến đổi điện thế của các đĩa lệch và các anot tăng tốc.

Mạch Tắt Tắt (Blanking)

Điện áp làm sóng siêu âm được áp dụng vào các đĩa lệch theo chiều ngang của CRT, di chuyển đỉnh trên màn hình theo một đường ngang thẳng từ trái sang phải trong suốt thời gian quét. Khi đỉnh di chuyển chậm đến mức vượt quá ngưỡng thị giác, đỉnh xuất hiện như một đường đứng liền mạch. Dưới ngưỡng này, chỉ có đỉnh hoặc một phần của đường sau đỉnh xuất hiện. Nếu chuyển động của đỉnh nhanh, nó xuất hiện như một đường ngang mảnh và mờ hoặc có thể là không nhìn thấy.

Mạch Điều Chỉnh Đo Lường

Thường có một bộ tạo sóng, tạo ra một điện áp cố định và xác định theo hình vuông được tích hợp trong CRO cho mục đích hiệu chuẩn.