در این مقاله ساختمان داخلی اسیلوسکوپهای اشعه کاتدی را بررسی میشود، ساختار اسیلوسکوپهای دیحیتال کاملا متفاوت و پیچیده است، اما در اسیلوسکوپهای اشعهی کاتدی، نمایشگرهای CRT نقش مهمی در نمایش خروجی دارند.
سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، در این مقاله ساختمان داخلی اسیلوسکوپهای اشعه کاتدی را بررسی نماییم، ساختار اسیلوسکوپهای دیحیتال کاملا متفاوت و پیچیده است، اما در اسیلوسکوپهای اشعهی کاتدی، نمایشگرهای CRT نقش مهمی در نمایش خروجی دارند.
در حقیقت اسیلوسکوپ یک ولت متر دقیق است، که تغییرات ولتاژ را بر روی صفحه به صورت نموداری برحست زمان (V-T) نمایش میدهد، نحوهی اتصال پرابهای اسیلوسکوپ مانند ولت متر به صورت موازی با قطعهای است که میخواهید سیگنال یا تغییرات ولتاژ آن را مشاهده نمایید.
بر روی نمایشگر اسیلوسکوپ محور عمودی یا (Y) نمایانگر ولتاژ و محور افقی (X) نمایانگر زمان است که این قابلیت کاربرد ویژهای در اندازه گیری ولتاژهای AC دارد.
در شکل زیر ساختمان داخلی یک اسیلوسکوپ اشعه کاتدی به تصویر کشیده شده است.
در حقیقت اسیلوسکوپ یک ولت متر دقیق است، که تغییرات ولتاژ را بر روی صفحه به صورت نموداری برحست زمان (V-T) نمایش میدهد، نحوهی اتصال پرابهای اسیلوسکوپ مانند ولت متر به صورت موازی با قطعهای است که میخواهید سیگنال یا تغییرات ولتاژ آن را مشاهده نمایید.
بر روی نمایشگر اسیلوسکوپ محور عمودی یا (Y) نمایانگر ولتاژ و محور افقی (X) نمایانگر زمان است که این قابلیت کاربرد ویژهای در اندازه گیری ولتاژهای AC دارد.
در شکل زیر ساختمان داخلی یک اسیلوسکوپ اشعه کاتدی به تصویر کشیده شده است.
ساختمان داخلی اسیلوسکوپ اشعه کاتدی
قسمت لامپ خلاء که در اسیلوسکوپهای اشعهی کاتدی نقش نمایش سیگنال را بر عهده دارد از ۳ قسمت عمده تشکیل شده است: ۱ – تفنگ الکترونی ۲- سیستم انحراف هنده ۳- صفحه فلورسنت که در ادامه هر یک از این بخشها به تفکیک توضیح داده خواهد شد.
در ابتدا باید بدانیم یک اسیلوسکوپ چگونه چیزی را نمایش میدهد؟ در اسیلوسکوپها یک تفنگ الکترونی در انتهای تیوب خلاء وجود دارد که وظیفه تولید beam الکترون (پرتو کاتدی) را بر عهده دارد. منظور از beam الکترونی، پرتاب شدن الکترونها به صورت پشت سر هم و در یک خط میباشد، این ویژگی در حقیقت زنجیری پیوسته از الکترونها ایجاد میکند. همانطور که میدانید پرتو کاتدی تحت تاثیر میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی قرار میگیرد. در اسیلوسکوپها نیز از این ویژگی استفاده شده و ۲ سیستم انحراف دهنده در مسیر پرتو کاتدی قرار داده شده است. یکی از این ۲ سیستم کار انحراف افقی و دیگری کار انحراف عمودی را انجام میدهند. پس از اینکه پرتور کاتدی از این سیستم انحراف دهنده عبور نمود، به صفحه فلورسنت برخورد مینماید و به علت خاصیت فلورسنت، صفحه از خود فوتون آزاد میکند و همین امر باعث میشود تا ما نقطهای را به صورت نورانی روی اسیلوسکوپ ببینیم.
حال که با روش کار کلی اسیلوسکوپ آشنا شدیم نوبت به توضیح بخشهای اسیلوسکوپ رسیده است.
تفنگ الکترونی
همانطور که میدانید وظیفه ایجاد بیم کاتدی (Beam) بر عهدهی تفنگ الکترونی است که الکترونها را به سمت صفحه پرتاب مینماید، اما خود تفنگ الکترونی دارای قسمتهای مختلفی است که در تصویر زیر قابل مشاهده است (قسمت آبی رنگ)
اصل کار تفنگ الکترونی بر مبنای گرما است! به همین علت است که در اسیلوسکوپهای اشعهی کاتدی یا تلویزیونها و مانیتورهای CRT بعد از اینکه دستگاه را روشن میکنید مدتی زمان نیاز است تا تصویر را ببینید. روش کار به این صورت است که یک هیتر در ابتدای تیوب قرار دارد که کاتد را گرم میکند با گرم شدن کاتد، رفته رفته کاتد شروع به گسیل الکترون از خود میکند که به این روش ترمیونیک (thermionic) گفته میشود.
کاتد در تیوبهای خلاء به قسمت – یک مدار چند برابر کننده ولتاژ و آندها به قسمت + این مدار چند برابر کننده متصل هستند و اختلاف پتانسیلی چند صد ولتی بین این ۲ باعث میشود تا الکترونها از کاتد جدا شوند و به سمت آند کشیده شوند. بر روی کاتد استوانهای فلزی که به نام استوانه ونلت (Wehnelt Cylinder) شناخته میشود به این استوانه Grid نیز گفته میشود. استوانه گرید دارای بار منفی است این استوانه فلزی در مرکز دارای یک سوراخ بسیار ریز برای عبور پرتو کاتدی است. بر روی اسیلوسکوپهای اشعه کاتدی، یک ولوم به نام Intensity وجود دارد که شدت نور سیگنال را تنظیم مینماید، وظیفهی این دکمه تنظیم میزان ولتاژ استوانه گرید است و به این شکل شدت پرتو خروجی از این استوانه کنترل میشود.
نکته مهم: سعی کنید همواره شدت نور صفحه اسیلوسکوپ را در حد مطلوب قرار دهید، بیش از حد زیاد کردن شدت نور صفحه مخصوصاً در حالتی که اسیلوسکوپ در حال نشان دادن یک نقطه است، در مدت طولانی میتواند باعث سوختن پوشش صفحه فلورسنت در نقاط برخورد پرتو شود و این امر باعث ایجاد نقاط تاریک در صفحه اسیلوسکوپ میگردد.
پرتو کاتدی بعد از خروج از استوانه گرید، وارد استوانههای آند میشود که این استوانهها نقش شتاب دهندگی به پرتو و پرتاب آن به سمت صفحه و همین طور تنظیم فوکوس پرتو کاتدی را بر عهده دارند. استوانه Focusing به کمک ولوم Focus قابل تنظیم است که با این ولوم میتوانید خطوط رسم شده را نازکتر منسجمتر و دقیقتر کنید.
توضیحات بالا مربوط به بخش تفنگ الکترونی اسیلوسکوپ اشعه کاتدی بود که پرتو کاتدی پس از خروج از این بخش مستقیم به سمت صفحه پرتاب میشود.
سیستم انحراف دهنده:
پرتو خارج شده از تفنگ الکترونی همواره به یک نقطه از صفحه میتابد، اما در اسیلوسکوپ ما نیاز داریم تا شکل سیگنال را ببینیم نه یک نقطه! به این منظور ما باید در هر لحظه پرتو کاتدی را به یک نقطه بتابانیم تا بتوانیم شکل سیگنال را ببینیم! اما چگونه؟ چشم ما دارای خاصیتی است که به نام پدیده فلیکر شناخته میشود، اثر فلیکر به ماندگاری تصویر بر روی شبکیه چشم انسان اشاره دارد و به این معنی است که مثلا اگر جسمی سریع حرکت کند، ما آن جسم را به صورت کمرنگتر در چند نقطه میبینیم میتوانید این پدیده را با حرکت سریع دست خود یا نگاه کردن به پرههای پنکه مشاهده نمایید. در اسیلوسکوپ نیز پرتو مسیر سیگنال را دنبال میکند و مجددا به ابتدای صفحه باز میگردد. یعنی در هر لحطفه فقط پرتو کاتدی به یک نقطه برخورد میکند، اما به علت حرکت سریع، ما یک خط میبینیم.
اما چگونه اسیلوسکوپ مسیر سیگنال را دنبال مینماید؟ اسیلوسکوپ دارای سیستم انحراف دهندهای است که با استفاده از تاثیر امواج الکترو مغناطیسی بر الکترونها، پرتو کاتدی خروجی از تفنگ الکترونی را منحرف میکند و به نقطهی دلخواه از صفحه میتاباند. به این منظور اسیلوسکوپ دارای ۲ منحرف کننده عمودی و افقی است.
سیستم منحرف کننده اسیلوسکوپ
سیستم منحرف کننده اسیلوسکوپ اشعه کاتدی در شکل بالا با رنگ آبی مشخص شده است، این سیستم شامل ۲ زوج صفحه میباشد که زوج صفحه اول (Y-Plates) به موازات افق نصب شده اند، کار این زوج صفحه منحرف کردن عمودی پرتو کاتدی است، این زوج صفحه به سیگنال ورودی متصل میشوند و میزان ولتاژ سیگنال را نمایش میدهند البته سیگنال ورودی پس از پردازش توسط آمپلی فایرهای اسیلوسکوپ به این صفحات وصل میشود، در واقع اگر به این ۲ صفحه یک ولتاژ DC مثبت وصل کنیم، پرتو کاتدی به بالا منحرف میشود و اگر این اختلاف پتانسیل منفی شود پرتو کاتدی به سمت پایین منحرف میشود. (این موضوع را میتوانید زمانی که اسیلوسکوپ در حالت X-Y است تست نمایید).
زوج صفحه دوم که به صورت عمودی نصب شده اند (X-Plates)، وظیفه منحرف کردن پرتو کاتدی در راستای خط افق را بر عهده دارند در حقیقت در راستای محور X که در Oscilloscope این محور، محور زمان است. به این صفحات یک موج دندانه ارهای وصل شده است تا پرتو کاتدی به از ابتدا تا انتهای صفحه گسترده شود. اما اگر این موج دندانه ارهای وجود نداشته باشد چه میشود؟
در این حالت اگر به فرض مثال یک موج سینوسی را به انجراف دهنده عمودی وصل کنیم، تنها یک خط عمودی با ارتفاع Peak to Peak موج ورودی مشاهده خواهیم نمود، چیزی که در اسیلوسکوپ باعث میشود تا شکل موج را ببینیم، همین موج دندانه ارهای است. اما چرا موج دندانه ارهای؟! اگر برای ایجاد محور زمان از موج دیگری استفاده نماییم، شکل موجی که بر روی صفحه نمایش داده میشود تحت تاثیر موج اعمالی قرار میگیرد و شکل خروجی ممکن است با شکل موج ورودی مطابقت نداشته باشد، اما با موج دندانه ارهای شکل موج رسم شده روی صفحه تنها به صفحات انحراف دهنده عمودی یا به عبارتی به سیگنال ورودی وابسته است و موج دندانه ارهای فقط سرعت رفتن پرتو کاتدی از ابتدای صفحه به انتهای صفحه را مشخص مینماید. اسیلوسکوپها دارای حالتی هستند که میتوان موج دندانه ارهای را قطع نمود، از این حالت برای کاربردهای خاصی از جمله رسم منحنیهای لیساژو، پیدا کردن اختلاف فاز سیگنال ۲ کانال اسیلوسکوپ و … استفاده میشود.
صفحه فلورسنت:
تا اینجا این چنین شد که پرتو کاتدی توسط تفنگ الکترونی ایجاد میشود و توسط سیستم انحراف دهنده شکل دلخواه ما را به خود میگیرد، اما مشکل اینجاست که چشم ما قادر به دیدن الکترونها نیست! پس چه باید کرد! در طبیعت موادی وجود دارند که دارای خاصیت لومیناس هستند، یک دسته از مواد لومیناس مواد فلورسانس هستند که در لامپهای فلورسنت یا مهتابی از آنها استفاده میشود، برخی از این مواد این قابلیت را دارند که انرژی پرتو کاتدی را دریافت کنند و یک طول موج مرئی از خود ساطع نمایند و مادامی که پرتو کاتدی به آنها تابیده میشود آنها از خود نور مرئی ساطع مینمایند.
از مواد فلورسانس استفاده میکنند و انتهای تیوب خلا را فلورسنت اندود مینمایند، حالا دیگر هر زمان پرتو کاتدی به صفحه برخورد نماید مرئی میشود.
لینک کوتاه
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.