Gerador de sinais baseado em osciloscópio e usos de sinais de radar de banda larga
Como funciona um osciloscópio
Um osciloscópio é um instrumento de medição eletrônico que usa as características dos tubos do osciloscópio eletrônico para converter sinais elétricos alternados que não podem ser observados diretamente pelo olho humano em imagens e exibi-los em uma tela fluorescente para medição. É um instrumento indispensável e importante para observar fenômenos experimentais de circuitos digitais, analisar problemas em experimentos e medir resultados experimentais. O osciloscópio consiste em um tubo do osciloscópio e sistema de fonte de alimentação, sistema de sincronização, sistema de deflexão do eixo X, sistema de deflexão do eixo Y, sistema de varredura de atraso e fonte de sinal padrão.
1. Tubo osciloscópio
O tubo de raios catódicos (CRT), conhecido como tubo de osciloscópio, é o núcleo do osciloscópio. Ele converte sinais elétricos em sinais luminosos. Conforme mostrado na Figura 1, o canhão de elétrons, o sistema de deflexão e a tela de fósforo são selados em um invólucro de vidro a vácuo para formar um tubo completo do osciloscópio.
(1) Tela fluorescente
As telas dos tubos dos osciloscópios atuais são geralmente planos retangulares, com uma camada de material fosforescente depositada na superfície interna para formar um filme fluorescente. Uma camada de filme de alumínio evaporado é frequentemente adicionada ao filme fluorescente. Elétrons em alta velocidade passam através do filme de alumínio e atingem o fósforo para formar pontos brilhantes. O filme de alumínio possui reflexão interna, o que é benéfico para melhorar o brilho dos pontos brilhantes. O filme de alumínio também possui outras funções, como dissipação de calor.
Quando o bombardeio de elétrons cessa, o ponto brilhante não pode desaparecer imediatamente, mas deve permanecer por um período de tempo. O tempo que leva para o brilho de um ponto brilhante cair para 10% do seu valor original é chamado de "tempo de pós-brilho". O tempo de pós-luminescência inferior a 10μs é chamado de pós-luminescência muito curto, 10μs-1ms é pós-luminescência curta, 1ms-0,1s é pós-luminescência média, 0,1s-1s é pós-luminescência longa e mais de 1s é um brilho extremamente longo. Geralmente, os osciloscópios são equipados com tubos de osciloscópio de média persistência, os osciloscópios de alta frequência usam persistência curta e os osciloscópios de baixa frequência usam persistência longa.
(2) Arma de elétrons e foco
O canhão de elétrons consiste em filamento (F), cátodo (K), grade (G1), eletrodo de aceleração frontal (G2) (ou segunda grade), primeiro ânodo (A1) e segundo ânodo (A2). Sua função é emitir elétrons e formar um feixe de elétrons muito fino e de alta velocidade. O filamento é energizado para aquecer o cátodo, e o cátodo emite elétrons quando aquecido.
A grade é um cilindro de metal com um pequeno orifício na parte superior, colocado fora do cátodo. Como o potencial da porta é menor que o cátodo, ele controla os elétrons emitidos pelo cátodo. Geralmente, apenas um pequeno número de elétrons com uma grande velocidade inicial de movimento pode passar pelos orifícios da porta e correr para a tela fluorescente sob a ação da tensão anódica. Elétrons com pequena velocidade inicial ainda retornam ao cátodo.
Se o potencial da porta for muito baixo, todos os elétrons retornam ao cátodo, ou seja, o tubo é desligado. Ajustar o potenciômetro W1 no circuito pode alterar o potencial da porta e controlar a densidade do fluxo de elétrons para a tela fluorescente, ajustando assim o brilho do ponto brilhante. O primeiro ânodo, o segundo ânodo e o eletrodo de aceleração frontal são três cilindros metálicos no mesmo eixo do cátodo. O pólo de aceleração frontal G2 está conectado a A2 e o potencial aplicado é maior que A1. O potencial positivo do G2 acelera os elétrons do cátodo em direção à tela fluorescente.
À medida que o feixe de elétrons viaja do cátodo para a tela de fósforo, ele passa por dois processos de focagem. A primeira focagem é completada por K, G1 e G2. K, K, G1 e G2 são chamadas de primeiras lentes eletrônicas do tubo do osciloscópio. A segunda focagem ocorre nas áreas G2, A1 e A2. Ajustar o potencial do segundo ânodo A2 pode fazer o feixe de elétrons convergir para um ponto da tela fluorescente. Este é o segundo foco. A tensão em A1 é chamada de tensão de foco e A1 também é chamada de pólo de foco. Às vezes, o ajuste da tensão de A1 ainda não consegue obter uma boa focagem e a tensão do segundo ânodo A2 precisa ser ajustada. A2 também é chamado de eletrodo de foco auxiliar.
(3) Sistema de deflexão
O sistema de deflexão controla a direção do feixe de elétrons para que o ponto de luz na tela fluorescente mude com o sinal externo para representar a forma de onda do sinal medido. Na Figura 8.1, dois pares de placas de deflexão mutuamente perpendiculares Y1, Y2 e Xl, X2 formam um sistema de deflexão. A placa de deflexão do eixo Y está na frente e a placa de deflexão do eixo X está atrás, portanto a sensibilidade do eixo Y é alta (o sinal medido é adicionado ao eixo Y após o processamento). A tensão é aplicada aos dois pares de placas de deflexão, respectivamente, de modo que um campo elétrico é formado entre os dois pares de placas de deflexão, que controla a deflexão do feixe de elétrons nas direções vertical e horizontal, respectivamente.
