مدونة حول تطور الأوسيلوسكوب من CRO إلى DSO في الإلكترونيات الحديثة

في عالم الهندسة الإلكترونية الواسع، يعمل الموسوسكوب كمحقق من ذوي الخبرة، يساعد المهندسين على كشف أسرار الدوائر والتقاط الاختلافات الدقيقة في الإشارة.من المختبرات إلى خطوط الإنتاجمن البحوث العلمية إلى تشخيص الأخطاء، الأوسيلوسكوبات موجودة في كل مكان. ولكن هل تفهم حقا كيف يعمل هذا "المحقق" وكيفية اختيار النموذج المناسب للاحتياجات المختلفة؟تقدم هذه المقالة نظرة متعمقة على أجهزة التذبذب، من أجهزة التذبذب الكاثودية الكلاسيكية (CRO) إلى أجهزة التذبذب الرقمية الحديثة (DSO) ، مما يوفر رؤى شاملة في أداة القياس الإلكترونية الأساسية هذه.

أوسيلوسكوب الأشعة الكاثودية (CRO) هو أداة اختبار إلكترونية كلاسيكية تركز حول أنبوب الأشعة الكاثودية (CRT). من خلال عرض أشكال موجات الجهد بمرور الوقت على شاشة لامعة ،تساعد CRO المهندسين على تحليل خصائص مختلفة للإشارة مثل السعة، التردد، وقت الارتفاع، والتشوه. يعتمد عمله على انحناء شعاع الإلكترونات في الحقول الكهربائية، وذلك باستخدام حركة الشعاع لتصوير أنماط إشارة المدخل.

تتكون CRO القياسية من عدة مكونات رئيسية:

• أنبوب الأشعة الكاثودية (CRT):القلب من CRO، فإنه يولد شعاع الإلكترونات، يسرع ويركز عليه على الشاشة المضيئة. عندما يضرب شعاع الشاشة، فإنه ينتج بقع الضوء المرئية.
• دائرة الطاقة:يتطلب إمدادات عالية ومنخفضة الجهد. الجهد المنخفض يسخن بندقية الإلكترونات لتوليد الشعاع ، في حين أن الجهد العالي يسرعها. الجهد الإضافي يغذي وحدات التحكم الأخرى.
• لوحات الانحناء:الصفائح الأفقية (محور X) والعمودية (محور Y) الموضعة بين بندقية الإلكترون والشاشة تحرف الشعاع بناءً على إشارات المدخل.الانحراف الأفقي يأتي عادة من مولد أساس الوقت، وخلق جهد متغير خطيا للفحص الموحد.
• مكبر عمودي:يعزز إشارات الدخول قبل تطبيقها على لوحات الانحراف الرأسي، والتحكم في حركة شعاع عموديا.
• دائرة الزناد:يقوم بمزامنة الانحرافات الأفقية والعمودية لتحقيق الاستقرار في عرض شكل الموجة. يمكن أن يعتمد التشغيل على إشارات المدخلات أو الإشارات الخارجية أو تردد خطوط الكهرباء.

عملية CRO تعتمد على التحكم الإلكتروني في أشعة الإلكترونات. عندما تمر الأشعة عبر لوحات الانحراف ، تسبب القوى الإلكترونية الانحرافات المقابلة. من خلال التلاعب بجهد الانحراف ، يتم تحديد الكهرباء المطلوبة من خلال التشغيل.أشعة تتبع إشارة الدخول أشكال الموجات على الشاشة الفلورسنتية.

• كريتر:يحول الإشارات الكهربائية إلى صور بصرية
• تجميع البندقية الإلكترونيةتولد وتسيطر على أشعة الإلكترونات، بما في ذلك المدفئة، الكاثود، الشبكة، ومكونات الأندود.
• لوحات الانحناء:التحكم في حركة الشعاع عمودياً وأفقياً.
• الشاشة الفلورسنتية:تأثيرات شعاع الإلكترونات تنتج ضوء مرئي
• حجرة الزجاج:يحافظ على ظروف الفراغ ويحمي المكونات الداخلية

هذا المكون الحاسم ينبعث ويركز الإلكترونات في شعاع رفيع:

• الكاثود:مغلفة بأكسيدات السترونسيوم والباريوم لإنبعاث الكترونات بكفاءة عند درجات الحرارة المعتدلة.
• شبكة التحكم:عادةً أسطوانة نيكل وضعت أمام الكاثود التي تنظم كثافة الشعاع عن طريق التحكم في تدفق الإلكترونات، وتعديل سطوع الشاشة.
• أندود:تتضمن أنودات التسارع المسبق والتسارع والتركيز التي تطبق فولتات عالية (≈1500V للتسارع ، ≈500V للتركيز) لتشكيل الحزمة.

يتم تحقيق تركيز الشعاع من خلال الطرق الكهرومغناطيسية أو الكهرومغناطيسية ، مع CROs عادةً ما تستخدم التركيز الكهرومغناطيسي.

بعد مغادرة مسدس الإلكترونات ، تمر الأشعة من خلال لوحات الانحراف الرأسية (محور Y) والأفقية (محور X) التي تتحكم بشكل مستقل في الحركات من الأعلى إلى الأسفل واليسار إلى اليمين ،تتيح تحديد موقع الشاشة بدقة.

تتميز اللوحة الأمامية لجهاز CRT بسطحات مغلفة بالفوسفور حيث تحول تأثيرات الإلكترونات الطاقة الحركية إلى ضوء مرئي من خلال الفلوريسانس.

يحتوي هذا الهيكل المخروطي المغلق بالفراغيت على المناطق الداخلية المغطاة بالجرافيت (أوكاداغ) التي تعمل كإلكترودات عالية الجهد متصلة بأنودات التسارع ، مما يساعد على تركيز الشعاع.

تتضمن دوائر CRO الأساسية أنظمة الانحناء الرأسي / الأفقي ، ودوائر التزامن ، ودوائر تعديل الكثافة ، والتحكم في الموقع / السطوع.

يعزز إشارات الدخول من خلال المكثفات و المكثفات متعددة المراحل لإنتاج أشكال موجة واضحة على لوحات الانحراف الرأسي.

مشابهة للأنظمة الرأسية ولكن عادة ما يتم تشغيلها بواسطة فولتاجيات المسح التي تولد إشارات قاعدة زمنية للحركة الأفقية للشعاع ، مع عرض تغيرات الإشارة الزمنية. تشمل أوضاع المسح:

• فحص متكرر:الفحوصات الجديدة تبدأ مباشرة بعد أن تنتهي الفحوصات السابقة.
• تم تشغيل الفحصالدوائر العاطلة تنشط عن طريق محفزات خارجية
• المسح القائم:المسح الحر الذي يتم تشغيله بواسطة الإشارات المقاسة
• فحص الأسنان غير المقطعة:يقارن بين اختلافات الجهد أو الترددات.

تأكد من مزامنة إشارة المسح للكشافات المستقرة باستخدام الإشارات الداخلية أو المحفزات الخارجية أو ترددات خطوط الطاقة.

يقوم بتعديل كثافة الشعاع بإدخال إشارات بين الكاثود والأرض، وتغيير سطوع الشاشة.

ينظم وضع شكل الموجة عن طريق فولتات التيار المباشر المطبقة على لوحات الانحراف.

تعديل إمكانات شبكة التحكم بالنسبة للقثود لضبط كثافة الشعاع وسرعة الشاشة.

تعمل CROs وظائف متنوعة في الإلكترونيات:

• قياس الجهد، التيار، التردد، الحثية، الوقاية، المقاومة، وعوامل الطاقة.
• تحليل خصائص دائرة AM / FM.
• مراقبة خصائص الإشارة والتحكم في الإشارات التناظرية
• مراقبة أشكال الموجات و عرض النطاق
• تصوير أنماط الجهد / التيار لاتخاذ القرارات.
• أبحاث المختبر والتحقق من تصميم الدوائر.
• مقارنة المراحل/التردد
• التلفزيون، الرادار، وتحليل ضغط المحرك.
• مراقبة الاستجابات العصبية ودقات القلب.
• قياس منحنيات BH في حلقات الهستيريس
• رسم خصائص الترانزستور

• قدرة قياس الجهد
• دقة القياس الحالية
• وظيفة فحص شكل الموجة
• دقة قياس المرحلة/التردد

• تكلفة عالية
• صيانة معقدة
• يتطلب عزلة كاملة
• ضخمة، ثقيلة، ومستهلكة للطاقة
• العديد من محطات التحكم مع منحنيات التعلم الحادة

جعلت التطورات التكنولوجية من أجهزة التذبذب الرقمية (DSO) الخيار المفضل على أجهزة CRO التقليدية. تقدم أجهزة DSO دقة متفوقة ووظائف محسنة وسهولة التشغيل.باستخدام المحولات التناظرية إلى الرقمية (ADCs) ، تقوم أجهزة تحويل البيانات الرقمية بتحويل الإشارات الرقمية لتخزين الذاكرة ، مما يتيح التقاط أشكال الموجات المعقدة وعرضها وتحليلها.

أجهزة CRO هي أدوات تشبيهية تستخدم CRT ، في حين أن أجهزة DSO هي أجهزة رقمية مع شاشات LCD / LED التي تحول وتخزين وتحليل الإشارات رقمياً.

ضع في اعتبارك هذه العوامل عند اختيار أوسيلوسكوب:

• عرض النطاق:يحدد الحد الأقصى للتردد القابل للقياس (عادة ≥ 5 × تردد الإشارة).
• معدل أخذ العينات:يؤثر على التفاصيل الإشارة التقاط (المعدلات العالية تحسن الدقة).
• عمق الذاكرة:يحكم قدرة التخزين على شكل الموجة (العمق الأكبر يلتقط إشارات أطول).
• إطلاق:يقوم بمزامنة المسحات مع الإشارات (المحفزات المتقدمة تتعامل مع أشكال الموجات المعقدة).
• القنوات:عدد الإشارات القابلة للقياس في وقت واحد (تظهر القنوات المتعددة علاقات الإشارات).
• التطبيق:تختلف الاحتياجات المحددة (الدارات عالية التردد تتطلب عرض نطاق أكبر من تطبيقات التردد المنخفض).

من CRO الكلاسيكية إلى DSO الحديثة، الأجهزة المذبذبة لا تزال أدوات لا غنى عنها لمهندسي الإلكترونيات.فهم عملهم واستخدامهم الصحيح يمكنهم من تحليل الدوائر الفعال وإصلاح الأخطاءعند اختيار أوسيلوسكوب، قم بتقييم المتطلبات التقنية بعناية لتحديد النموذج الأمثل لاحتياجاتك.