اصول عملكرد اسيلوسكوپ

اصول عملكرد اسيلوسكوپ

مقدمه

اسيلوسكوپ در حقيقت رسامهاي بسيار سريع هستند كه سيگنال ورودي را در برابر زمان يا در برابر سيگنال ديگر نمايش مي‌‌دهند. قلم اين رسام يك لكه نوراني است كه در اثر برخورد يك باريكه الكترون به پرده‌اي فلوئورسان بوجود مي‌آيد.

به علت لختي بسيار كم باريكه الكترون مي‌‌توان اين باريكه را براي دنبال كردن تغييرات لحظه‌اي (ولتاژهايي كه بسيار سريع تغيير مي‌كنند، يا فركانسهاي بسيار بالا) بكار برد. اسيلوسكوپ بر اساس ولتاژ كار مي‌‌كند. البته به كمك مبدلها (ترانزيستورها) مي‌‌توان جريان الكتريكي و كميتهاي ديگر فيزيكي و مكانيكي را به ولتاژ تبديل كرد.

قسمتهاي مختلف اسيلوسكوپ

لامپ پرتو كاتدي

اسيلوسكوپ از يك لامپ پرتو كاتدي كه قلب دستگاه است و تعدادي مدار براي كار كردن لامپ پرتو كاتدي تشكيل شده است. قسمتهاي مختلف لامپ پرتو كاتدي عبارتند از:

• تفنگ الكتروني :
  
  تفنگ الكتروني باريكه متمركزي ازالكترونهارا بوجود مي‌‌آورد كه شتاب زيادي كسب كرده‌اند. اين باريكه الكترون با انرژي كافي به صفحه فلوئورسان برخورد مي‌كند و بر روي آن يك لكه نوراني توليد مي‌‌كند. تفنگ الكتروني از رشته گرمكن ، كاتد ، شبكه آند پيش شتاب دهنده ، آند كانوني كننده و آند شتاب دهنده تشكيل شده است.
  
  الكترونها از كاتدي كه بطور غير مستقيم گرم مي‌شود، گسيل مي‌‌شوند. اين الكترونها از روزنه كوچكي در شبكه كنترل مي‌‌گردند. شبكه كنترل معمولا يك استوانه هم محور با لامپ است و داراي سوراخي است كه در مركز آن قرار دارد. الكترونهاي گسيل شده از كاتد كه از روزنه مي‌‌گذرند (به دليل پتانسيل مثبت زيادي كه به آندهاي پيش شتاب دهنده و شتاب دهنده اعمال مي‌‌شود)، شتاب مي‌‌گيرند. باريكه الكتروني را آند كانوني كننده ، كانوني مي‌‌كند.
  
  
• صفحات انحراف دهنده :
  
  صفحات انحراف دهنده شامل دو دسته صفحه است. صفحات انحراف قائم كه بطور افقي نسب مي‌شوند و يك ميدان الكتريكي در صفحه قائم ايجاد مي‌‌كنند و صفحات y ناميده مي‌‌شوند. صفحات انحراف افقي بطور قائم نصب مي‌شوند و انحراف افقي ايجاد مي‌‌كنند و صفحات x ناميده مي‌‌شوند. فاصله صفحات به اندازه كافي زياد است كه باريكه بتواند بدون برخورد با آنها عبور كند.
  
  
• صفحه فلوئورسان :
  
  جنس اين پرده كه در داخل لامپ پرتو كاتدي قرار دارد، از جنس فسفر است. اين ماده داراي اين خاصيت است كه انرژي جنبشي الكترونهاي برخورد كننده را جذب مي‌‌كند و آنها را به صورت يك لكه نوراني ظاهر مي‌سازد. قسمتهاي ديگر لامپ پرتو كاتدي شامل پوشش شيشه‌اي ، پايه كه از طريق آن اتصالات برقرار مي‌‌شود، است.

مولد مبناي زمان

اسيلوسكوپها بيشتر براي اندازه گيري و نمايش كميات وابسته به زمان بكار مي‌‌روند. براي اين كار لازم است كه لكه نوراني لامپ روي پرده با سرعت ثابت از چپ به راست حركت كند. بدين منظور يك ولتاژ مثبت به صفحات انحراف افقي اعمال مي‌‌شود. مداري كه اين ولتاژ مثبت را توليد مي‌‌كند، مولد مبناي زمان يا مولد رويش ناميده مي‌‌شود.

مدارهاي اصلي اسيلوسكوپ

سيستم انحراف قائم

چون سيگنالها براي ايجاد انحراف قابل اندازه گيري بر روي صفحه لامپ به اندازه كافي قوي نيستند، لذا معمولا تقويت قائم لازم است. هنگام اندازه گيري سيگنالهاي با ولتاژ بالا بايد آنها را تضعيف كرد تا در محدوده تقويت كننده‌هاي قائم قرار گيرند. خروجي تقويت كننده قائم ، از طريق انتخاب همزماني در وضعيت داخلي، به تقويت كننده همزمان نيز اعمال مي‌‌شود.

سيستم انحراف افقي

صفحات انحراف افقي را ولتاژ رويش كه مولد مبناي زمان توليد مي‌‌كند، تغذيه مي‌كند. اين سيگنال از طريق يك تقويت كننده اعمال مي‌‌شود، ولي اگر دامنه سيگنالها به اندازه كافي باشد، مي‌‌توان آن را مستقيما اعمال كرد. هنگامي ‌كه به سيستم انحراف افقي ، سيگنال خارجي اعمال مي‌‌شود، باز هم از طرق تقويت كننده افقي و كليد انتخاب رويش در وضعيت خارجي اعمال خواهد شد. اگر كليد انتخاب رويش در وضعيت داخلي باشد، تقويت كننده افقي ، سيگنال ورودي خود را از مولد رويش دندانه‌داري كه با تقويت كننده همزمان راه اندازي مي‌‌شود، مي‌‌گيرد.

همزماني

هر نوع رويشي كه بكار مي‌‌رود، بايد با سيگنال مورد بررسي همزمان باشد. تا يك تصوير بي حركت بوجود آيد. براي اين كار بايد فركانس سيگنال مبناي زمان مقسوم عليه‌اي از فركانس سيگنال مورد بررسي باشد.

مواد محو كننده

در طي زمان رويش ، ولتاژ دندانه‌دار رويش اعمال شده به صفحات x ، لكه نوراني را بر يك خط افقي از چپ به راست روي صفحه لامپ حركت مي‌دهد. اگر سرعت حركت كم باشد، يك لكه ديده مي‌‌شود و اگر سرعت زياد باشد، لكه به صورت يك خط ديده مي‌‌شود. در سرعتهاي خيلي زياد ، ضخامت خط كم شده و تار به نظر مي‌‌رسد و يا حتي ديده نمي‌‌شود.

كنترل وضعيت

وسيله‌اي براي كنترل حركت مسير باريكه بر روي صفحه لازم است. با اين كار شكل موج ظاهر شده بر روي صفحه را مي‌‌توان بالا يا پائين يا به چپ يا راست حركت داد. اين كار را مي‌‌توان با اعمال يك ولتاژ كوچك سيستم داخلي (كه مستقل است) به صفحات انحراف دهنده انجام داد. اين ولتاژ را مي‌‌توان با يك پتانسيومتر تغيير داد.

كنترل كانوني بودن

الكترود كانوني كننده مثل يك عدسي با فاصله كانوني تغيير مي‌‌كند. اين تغيير با تغيير پتانسيل آند كانوني كننده صورت مي‌‌گيرد.

كنترل شدت

شدت باريكه با پتانسيومتر كنترل كننده شدت كه پتانسيل شبكه را نسبت به كاتد تغيير مي‌‌دهد، تنظيم مي‌‌شود.

مدار كاليبره سازي

در اسيلوسكوپهاي آزمايشگاهي معمولا يك ولتاژ پايدار داخلي توليد مي‌‌شود كه دامنه مشخصي دارد. اين ولتاژ كه براي كاليبره سازي مورد استفاده قرار مي‌گيرد، معمولا يك موج مربعي است.