Principio di base dell'oscilloscopio

Visualizzazione della forma d'onda
Secondo il principio dei tubi dell'oscilloscopio, quando una tensione CC viene applicata a una coppia di piastre di deflessione, verrà generato uno spostamento fisso del punto luminoso sullo schermo fluorescente e l'entità dello spostamento è proporzionale alla tensione CC applicata. Se due tensioni CC vengono applicate simultaneamente alle piastre di deflessione verticale e orizzontale, la posizione del punto luminoso sullo schermo fluorescente è determinata dallo spostamento in entrambe le direzioni.
Se una tensione CA sinusoidale viene applicata a una coppia di piastre di deflessione, il punto luminoso sullo schermo fluorescente si sposterà al variare della tensione. Quando una tensione alternata sinusoidale viene applicata alla piastra di deflessione verticale, al momento t{{0}}, la tensione è Vo (valore zero), la posizione del punto luminoso sullo schermo fluorescente è a l'origine delle coordinate 0, e all'istante t=1, la tensione è V1 (valore positivo). Il punto luminoso sullo schermo fluorescente si trova a 1 sopra l'origine delle coordinate 0 e lo spostamento è proporzionale alla tensione V1; Al momento t=2, la tensione è V2 (il massimo valore positivo) e il punto luminoso sullo schermo fluorescente si trova a 2 punti sopra il punto di origine delle coordinate 0. La distanza di spostamento è proporzionale alla tensione V2; Per analogia, ad ogni istante di tempo t=3, t=4,..., t=8, le posizioni dei punti luminosi sullo schermo fluorescente sono rispettivamente 3, 4,. .., e 8 punti. Nel secondo e terzo ciclo di tensione CA, verrà ripetuto il primo ciclo. Se la frequenza della tensione AC sinusoidale applicata alla piastra di deflessione verticale in questo momento è molto bassa, solo tra 1Hz e 2Hz, sullo schermo fluorescente si vedrà un punto luminoso in movimento. Il valore di deflessione istantanea di questo punto luce dall'origine delle coordinate sarà proporzionale al valore istantaneo della tensione applicata alla piastra di deflessione verticale. Se la frequenza della tensione CA applicata alla piastra di deflessione verticale è superiore a 10 Hz a 20 Hz, a causa del fenomeno del bagliore residuo dello schermo fluorescente e del fenomeno di persistenza visiva dell'occhio umano, ciò che si vede sullo schermo fluorescente non è un punto che si muove su e giù, ma una linea luminosa verticale. La lunghezza della linea luminosa dipende dall'ampiezza della tensione CA sinusoidale picco-picco quando il guadagno di amplificazione verticale dell'oscilloscopio è costante. Se viene applicata una tensione alternata sinusoidale alla piastra di deflessione orizzontale, si verificherà una situazione simile, tranne per il fatto che il punto luminoso si sposta sull'asse orizzontale.
Se una tensione che varia linearmente nel tempo, come una tensione a dente di sega, viene applicata a una coppia di piastre di deflessione, come si muoverà il punto luminoso sullo schermo fluorescente? Quando c'è una tensione dell'onda a dente di sega sulla piastra di deflessione orizzontale, al momento t=0, la tensione è Vo (il massimo valore negativo) e il punto luminoso sullo schermo fluorescente si trova nella posizione iniziale ( sul punto zero) sul lato sinistro dell'origine delle coordinate, e la distanza di spostamento è proporzionale alla tensione Vo; Al momento t=1, la tensione è V1 (negativa) e il punto luminoso sullo schermo fluorescente si trova in un punto a sinistra dell'origine delle coordinate. La distanza di spostamento è proporzionale alla tensione V1; Per analogia, all'istante t=2, t=3, Ad ogni istante di t=8, le corrispondenti posizioni dei punti luminosi sullo schermo fluorescente sono i punti 2, 3,... , e 8. Al momento di t=8, la tensione dell'onda a dente di sega salta dal valore massimo positivo V8 al valore massimo negativo Vo, e il punto luminoso sullo schermo fluorescente si sposta molto rapidamente da 8 a sinistra in la posizione di partenza zero. Se la tensione a dente di sega è periodica, il primo ciclo si ripeterà nel secondo, terzo,... ciclo della tensione a dente di sega. Se la frequenza della tensione dell'onda a dente di sega applicata alla piastra di deflessione orizzontale in questo momento è molto bassa, solo da 1 Hz a 2 Hz, si vedrà il punto luminoso muoversi uniformemente dal punto zero della posizione iniziale sinistra al punto zero della posizione iniziale destra sullo schermo fluorescente, quindi il punto luminoso si sposterà molto rapidamente dal punto zero della posizione iniziale destra al punto zero della posizione iniziale sinistra. Questo processo è chiamato scansione. Quando una tensione periodica a dente di sega viene applicata all'asse orizzontale, la scansione continuerà in un ciclo. Il valore istantaneo della distanza dal punto luce al punto zero della posizione di partenza sarà proporzionale al valore istantaneo della tensione applicata al deflettore. Se la frequenza della tensione dell'onda a dente di sega applicata alla piastra di deflessione è superiore a 10 Hz a 20 Hz, a causa del fenomeno del bagliore residuo dello schermo fluorescente e del fenomeno di persistenza visiva dell'occhio umano, è possibile vedere una linea luminosa orizzontale. La lunghezza della linea luminosa orizzontale dipende dal valore della tensione dell'onda a dente di sega quando il guadagno di amplificazione orizzontale dell'oscilloscopio è fisso. Il valore della tensione dell'onda a dente di sega è proporzionale al cambiamento nel tempo e lo spostamento del punto luminoso sullo schermo fluorescente è proporzionale al valore della tensione, pertanto le linee luminose orizzontali sullo schermo fluorescente possono rappresentare l'asse del tempo. Qualsiasi segmento di linea uguale su questa linea luminosa rappresenta un uguale periodo di tempo.
Se la tensione del segnale misurata viene applicata alla piastra di deflessione verticale e la tensione di scansione dell'onda a dente di sega viene applicata alla piastra di deflessione orizzontale e la frequenza della tensione del segnale misurata è uguale alla frequenza della tensione di scansione dell'onda a dente di sega, una curva della forma d'onda periodica della tensione del segnale misurata nel tempo verrà visualizzata sullo schermo fluorescente. Nel caso in cui il secondo e il terzo ciclo del segnale periodico misurato ripetano tutti il ​​primo ciclo, anche le tracce tracciate dal punto luminoso sullo schermo fluorescente si sovrappongono alle tracce tracciate per la prima volta. Pertanto, la tensione del segnale misurata visualizzata sullo schermo fluorescente è una curva della forma d'onda stabile che cambia nel tempo.
Per stabilizzare la grafica sullo schermo fluorescente, la frequenza della tensione del segnale misurata dovrebbe mantenere una relazione di rapporto intero con la frequenza della tensione dell'onda a dente di sega, cioè una relazione di sincronizzazione. Per ottenere ciò, è necessario regolare continuamente la frequenza della tensione a dente di sega per adattarsi all'osservazione di vari segnali periodici a frequenze diverse. In secondo luogo, a causa della relativa instabilità della frequenza del segnale misurato e della frequenza del segnale di oscillazione a dente di sega, anche se la frequenza della tensione a dente di sega viene temporaneamente regolata per essere un multiplo intero della frequenza del segnale misurato, non può mantenere il grafico è sempre stabile. Pertanto, l'oscilloscopio è dotato di un dispositivo di sincronizzazione. Cioè, aggiungendo un segnale di sincronizzazione a una certa parte del circuito dell'onda a dente di sega per promuovere la sincronizzazione della scansione. Per oscilloscopi semplici (come gli oscilloscopi domestici SB-10, ecc.) che possono generare solo scansioni continue (ovvero, generare onde a dente di sega continue da un ciclo all'altro), è necessario immettere un segnale di sincronizzazione relativo alla frequenza di il segnale osservato nel loro circuito di scansione, quando la frequenza del segnale di sincronizzazione aggiunto si avvicina alla frequenza di oscillazione autonoma della frequenza dell'onda a dente di sega (o un suo multiplo intero), la frequenza dell'onda a dente di sega può essere "trascinata in sincronizzazione" o "bloccata". Per gli oscilloscopi (come gli oscilloscopi domestici ST-16, gli oscilloscopi sincroni SBT-5, gli oscilloscopi a doppia traccia SR-8, ecc.) che hanno la funzione di attendere la scansione (ovvero, non generano onde a dente di sega in tempi ordinari, ma generano un'onda a dente di sega solo per una singola scansione quando arriva il segnale in prova), è necessario immettere un segnale di trigger relativo al segnale in prova sul loro circuito di scansione per coordinare strettamente il processo di scansione con il segnale in prova. In questo modo, fintanto che viene selezionato il segnale di sincronizzazione o il segnale di trigger appropriato secondo necessità, qualsiasi processo da studiare può essere sincronizzato con la frequenza di scansione dell'onda a dente di sega.