Osciloscopul Catodic

Generalitati.

Osciloscopul catodic este un aparat de măsurare sau observare, care utilizează unul sau mai multe fascicule de electroni pentru a da o reprezentare a valorilor instantanee ale semnalului electric măsurat in funcţie de diverse mărimi variabile, dintre care cel mai des întâlnita este timpul. Aceasta reprezentare se realizează pe ecranul unui tub catodic, de unde si denumirea de osciloscop catodic. Este instrumentul tipic de analiza a semnalelor in domeniul amplitudine - timp.

Prin folosirea de traductoare adecvate, se poate reprezenta dependenta de timp a oricărei mărimi fizice, lărgind astfel foarte mult aria domeniilor de aplicaţie.

Urmare evoluţiei lor actuale si prin asociere cu tehnica numerica, osciloscoapele pot fi incluse in sisteme de măsurare si comanda automata programata a unor procese.

Avantaje care au impus osciloscopul ca un instrument indispensabil din orice laborator de măsurări electronice:

– lipsa de inerţie a elementului de analiza (spotul luminos) a fenomenului, rezultând posibilitatea de măsurare până la frecvente de ordinul sute de MHz - ilor;

– consum propriu redus, fenomenul fiind analizat practic fara perturbaţii;

– impedanţa de intrare de ordinul M;

– sensibilitate ridicata;

– analiza in domeniul amplitudine-timp a fenomenului si vizualizarea in sistem bidimensional.

Clasificări

a. După modul de tratare a semnalelor analizate deosebim:

– osciloscoape analogice, in care prelucrarea are loc numai in circuite analogice;

– osciloscoape numerice (digitale), in care semnalul este convertit sub forma numerica, prelucrat astfel si reconvertit in analogic pentru afişare;

– combinate.

b. După modul de analiza a semnalelor in domeniul timp, deosebim următoarele tipuri de osciloscoape:

– osciloscoapele de timp real: sunt osciloscoapele la care intre fiecare punct al imaginii de pe ecran si fiecare valoare momentana a semnalului exista o corespondenta biunivoca. Banda lor de frecventa poate atinge 500 MHz;

– osciloscoapele cu eşantionare (DSO- Digital Sampling Oscilloscope), cu care, aplicând o tehnica speciala de eşantionare, se pot analiza semnale cu frecvente de până la 50 GHz. Datorita acestei tehnici ele se mai numesc si osciloscoape de "timp translatat".

O alta categorie de osciloscoape sunt cele cu memorie: in tehnica analogica acestea sunt echipate cu tuburi catodice al căror strat de luminofor prezintă proprietatea de remanenta a imaginii; ele sunt deosebit de utile in analiza fenomenelor tranzitorii (foarte rapide si care nu se repeta).

Schema bloc de principiu a osciloscopului de timp real. Regimuri de funcţionare.

Se da in figura 1. Elementele sale sunt:

a. tubul catodic TC. Acesta conţine ca principale componente:

– PF - plăcile de fenomen - sunt plăcile de deflexiune pe verticala a fascicolului de electroni;

– PT - plăcile bazei de timp - plăcile de deflexie pe orizontala.

Tubului catodic i se asociază trei axe:

– axa timpului (axa orizontala);

– axa amplitudinii semnalului de vizualizat (axa verticala);

– axa fascicolului de electroni nedefectat Oz.

b. etaje de prelucrare a semnalului aplicat la intrarea Y, care au rolul de a furniza plăcilor de deflexie pe verticala un semnal compatibil cu caracteristicile tubului catodic, încât sa se poată produce deflexia;

c. etajul baza de timp (generatorul de baleiaj) produce o tensiune liniar variabila in timp care se aplica plăcilor de deflexie pe orizontala, permiţând reprezentarea pe ecran a semnalului de studiat in funcţie de timp;

d. etaj de sincronizare si triggerare (amplificator sincronizare), cu următoarele funcţii:

– asigurarea unui raport întreg si stabil intre frecventa f a unui semnal periodic care se vizualizează si frecventa fBT a tensiunii liniar variabile furnizata de etajul baza de timp, condiţie necesara pentru ca imaginea de pe ecran sa fie staţionara;

– alegerea, in cazul vizualizării unor semnale aperiodice, a momentului in care sa fie comandata declanşarea tensiunii baza de timp, deci începerea vizualizării pe ecran a fenomenului studiat;

e. circuitele de întârziere: au rolul de a introduce o întârziere variabila si etalonata intre momentul declanşării bazei de timp si momentul aplicării semnalului de studiat pe plăcile de fenomen (cca.150 ns);

f. etaje de prelucrare a semnalului aplicat le intrarea X (amplificator X) cu rolul de a amplifica semnalul si a-l aduce la parametrii ceruţi de tubul catodic;

Fig. 1 Osciloscopul catodic de timp real. Schema bloc de principiu

g. dispozitiv de control a intensităţii fasciculului de electroni, cu rolul de a bloca fascicolul de electroni pe durata cursei inverse a semnalului bazei de timp, prin negativarea unui electrod al tubului catodic;

h. blocul de alimentare, format din transformator, redresoare, filtru RC, are rolul de a asigura tensiuni:

– înalte (0,8 - 2 kV) pentru alimentarea electrozilor tubului catodic;

– joase – pentru alimentarea etajelor funcţionale ale osciloscopului;

i. sistemul intern de calibrare - asigura determinarea cu exactitate (1 - 2 %) a scărilor de reprezentare a semnalului pe verticala (amplitudine) si pe orizontala (timp). El consta din generatoare de tensiune sinusoidala sau dreptunghiulara, de amplitudine si frecventa calibrate. Pentru verificarea lor periodica, pe panoul frontal este prevăzuta o ieşire speciala (CAL OUT).

Facultatea de Mecanica din cadrul Universitatii Politehice, Timisoara,