3

آموزش تعمیر منبع تغذیه سوئیچینگ

۲٫۷ (۵۳٫۳۳%) ۳ votes

ساختمان اسیلوسکوپ

 

ساختار داخلی اسیلوسکوپ

در این آموزش قصد داریم ساختمان داخلی اسیلوسکوپ های اشعه کاتدی را بررسی نماییم ، ساختار اسیلوسکوپ های دیحیتال کاملا متفاوت و پیچیده است اما در اسیلوسکوپ های اشعه ی کاتدی ، نمایشگر  هایCRT 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 ، نحوه ی اتصال پراب های اسیلوسکوپ مانند ولت متر به صورت موازی با قطعه ای 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 ویژه ای در اندازه گیری ولتاژ های 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 اسیلوسکوپ های اشعه ی 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 بخش ها به تفکیک توضیح داده خواهد شد.

در ابتدا باید بدانیم یک اسیلوسکوپ چگونه چیزی را نمایش میدهد ؟ در اسیلوسکوپ ها 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 الکترون ها به صورت پشت سر هم و در یک خط می باشد ، این ویژگی در حقیقت زنجیری پیوسته از الکترون ها ایجاد می کند. همانطور که می دانید پرتو کاتدی تحت تاثیر میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی قرار می گیرد. در اسیلوسکوپ ها 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 می دهند.پس از اینکه پرتور کاتدی از این سیستم انحراف دهنده عبور نمود ، به صفحه فلورسنت برخورد می نماید و به علت خاصیت فلورسنت ، صفحه از خود فوتون آزاد می کند و همین امر باعث می شود تا ما نقطه ای را به صورت نورانی روی اسیلوسکوپ ببینیم.

حال که با روش کار کلی اسیلوسکوپ آشنا شدیم نوبت به توضیح بخش های اسیلوسکوپ رسیده است.

تفنگ الکترونی 

همانطور که می دانید وظیفه ایجاد بیم کاتدی ( Beam ) بر عهده ی تفنگ الکترونی است که الکترون ها را به سمت صفحه پرتاب می نماید ، اما خود تفنگ الکترونی دارای قسمت های مختلفی است که در تصویر زیر قابل مشاهده است ( قسمت آبی رنگ )

این مطلب را از دست ندهید:  مقاومت سری معادل (ESR) در خازن و (DCR) در سلف چیست؟

تفنگ الکترونی اسیلوسکوپ

اصل کار تفنگ الکترونی بر مبنای گرما است ! به همین علت است که در اسیلوسکوپ های اشعه ی کاتدی یا تلویزیون ها و مانیتور های CRT بعد از اینکه دستگاه را روشن می کنید 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 می کند با گرم شدن کاتد ، رفته رفته کاتد شروع به گسیل الکترون از خود می کند که به این روش ترمیونیک ( thermionic ) گفته می شود.

 

کاتد در تیوب های خلاء به قسمت – یک مدار چند برابر کننده ولتاژ و آند ها به قسمت + این مدار چند برابر کننده متصل هستند و اختلاف پتانسیلی چند صد ولتی بین این ۲ باعث می شود تا الکترون ها از کاتد جدا شوند و به سمت آند کشیده شوند. بر روی کاتد استوانه ای فلزی که به نام استوانه ونلت (Wehnelt Cylinder ) شناخته می شود به این استوانه Grid نیز گفته می شود. استوانه گرید دارای بار منفی است این استوانه فلزی در مرکز دارای یک سوراخ بسیار ریز برای عبور پرتو کاتدی است. بر روی اسیلوسکوپ های اشعه کاتدی ، یک ولوم به نام Intensity وجود دارد که شدت نور سیگنال را تنظیم  می نماید، وظیفه ی این دکمه تنظیم میزان ولتاژ استوانه گرید است و به این شکل شدت پرتو خروجی از این استوانه کنترل می شود.

 

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 می تواند 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 استوانه های آند می شود که این استوانه ها 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 می توانید خطوط رسم شده را نازک تر منسجم تر و دقیق تر 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 می شود.

این مطلب را از دست ندهید:  سلف چیست ؟

 

 

 

سیستم انحراف دهنده : 

پرتو خارج شده از تفنگ الکترونی همواره به یک نقطه از صفحه می تابد 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 می شود ، 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 کمرنگ تر در چند نقطه می بینیم می توانید این پدیده را با حرکت سریع دست خود یا نگاه کردن به پره های پنکه مشاهده نمایید. در اسیلوسکوپ نیز پرتو مسیر سیگنال را دنبال می کند و مجددا به ابتدای صفحه باز میگردد. یعنی در هر لحطفه فقط پرتو کاتدی به یک نقطه برخورد می کند اما به علت حرکت سریع ، ما یک خط می بینیم.

 

اما چگونه اسیلوسکوپ مسیر سیگنال را دنبال می نماید ؟ اسیلوسکوپ دارای سیستم انحراف دهنده ای است که با استفاده از تاثیر امواج الکترو مغناطیسی بر الکترون ها ، پرتو کاتدی خروجی از تفنگ الکترونی را منحرف می کند و به نقطه ی دلخواه از صفحه می تاباند. 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 می باشد 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 می شوند و میزان ولتاژ سیگنال را نمایش می دهند البته سیگنال ورودی پس از پردازش توسط آمپلی فایر های اسیلوسکوپ به این صفحات وصل می شود ، در واقع اگر به این ۲ صفحه یک ولتاژ DC مثبت وصل کنیم ، پرتو کاتدی به بالا منحرف می شود و اگر این اختلاف پتانسیل منفی شود پرتو کاتدی به سمت پایین منحرف می شود. ( این موضوع را می توانید 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 اره ای وصل شده است تا پرتو کاتدی به از ابتدا تا انتهای صفحه گسترده شود. اما اگر این موج دندانه اره ای وجود نداشته باشد چه می شود ؟

این مطلب را از دست ندهید:  انواع وریستور، دیود های TVS و کاربردهای آنها (قسمت دوم)

 

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 می شود تا شکل موج را ببینیم ، همین موج دندانه اره ای است . اما چرا موج دندانه اره ای ؟! اگر برای ایجاد محور زمان از موج دیگری استفاده نماییم ، شکل موجی که بر روی صفحه نمایش داده می شود تحت تاثیر موج اعمالی قرار می گیرد و شکل خروجی ممکن است با شکل موج ورودی مطابقت نداشته باشد ، اما با موج دندانه اره ای شکل موج رسم شده روی صفحه تنها به صفحات انحراف دهنده عمودی یا به عبارتی به سیگنال ورودی وابسته است و موج دندانه اره ای فقط سرعت رفتن پرتو کاتدی از ابتدای صفحه به انتهای صفحه را مشخص می نماید. اسیلوسکوپ ها دارای حالتی هستند که می توان موج دندانه اره ای را قطع نمود ، از این حالت برای کاربرد های خاصی از جمله رسم منحنی های لیساژو ، پیدا کردن اختلاف فاز سیگنال ۲ کانال اسیلوسکوپ و … استفاده می شود.

 

صفحه فلورسنت :

تا اینجا این چنین شد که پرتو کاتدی توسط تفنگ الکترونی ایجاد می شود  و توسط سیستم انحراف دهنده شکل دلخواه ما را به خود می گیرد ، اما مشکل اینجاست که چشم ما قادر به دیدن الکترون ها 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 لامپ های فلورسنت یا مهتابی از آنها استفاده می شود ، 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 می شود آنها از خود نور مرئی ساطع می نمایند.

 

از مواد فلورسانس استفاده می کنند و انتهای تیوب خلا را فلورسنت اندود می نمایند  ، حالا دیگر هر زمان پرتو کاتدی به صفحه برخورد نماید مرئی میشود.

 

اسیلوسکوپ های پرتو کاتدی بر اساس کلیات فوق شکل موج را به ما نمایش می دهند.

3 نظرات
  1. امیر می گوید

    سلام

    میشه از این مطلب بعنوان تحقیق برای درس آرمایشگاه فیزیک ۲ استفاده کرد؟

    1. مهدیه می گوید

      سلام بنظر من برای آزمایش الکترونیک مناسب تره

  2. hamid می گوید

    عالی بود.
    thank u

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.