オシロスコープベースの信号発生器と広帯域レーダー信号の用途

オシロスコープベースの信号発生器と広帯域レーダー信号の用途

オシロスコープの仕組み
オシロスコープは、電子オシロスコープ管の特性を利用して、人間の目では直接観察できない交流電気信号を画像に変換し、蛍光スクリーンに表示して測定する電子測定機器です。デジタル回路の実験現象を観察したり、実験の問題を分析したり、実験結果を測定したりする上で欠かせない重要な機器です。オシロスコープは、オシロスコープ管と電源システム、同期システム、X軸偏向システム、Y軸偏向システム、遅延スキャンシステム、標準信号源で構成されています。

1. オシロスコープ管
オシロスコープ管とも呼ばれる陰極線管 (CRT) は、オシロスコープの中核部分です。電気信号を光信号に変換します。図 1 に示すように、電子銃、偏向システム、蛍光スクリーンが真空ガラス シェルに密封され、完全なオシロスコープ管を形成します。

（１）蛍光スクリーン
今日のオシロスコープの管球スクリーンは通常長方形の平面で、内面に蛍光物質の層が堆積されて蛍光膜を形成しています。蛍光膜には蒸着アルミニウム膜の層が追加されることがよくあります。高速電子がアルミニウム膜を通過して蛍光体に当たり、明るい点を形成します。アルミニウム膜には内部反射があり、明るい点の明るさを向上させるのに役立ちます。アルミニウム膜には放熱などの他の機能もあります。

電子の衝撃が止まると、輝点はすぐに消えることはなく、一定時間残ります。輝点の明るさが元の値の 1% に低下するまでの時間を「残光時間」といいます。10μs 未満の残光時間は極短残光、10μs-1ms は短残光、1ms-0.1s は中残光、0.1s-1s は長残光、1s を超える残光は極長残光と呼ばれます。一般に、オシロスコープには中残光オシロスコープ管が装備されており、高周波オシロスコープは短残光、低周波オシロスコープは長残光を使用します。

（２）電子銃と焦点
電子銃は、フィラメント (F)、カソード (K)、グリッド (G1)、前部加速電極 (G2) (または第 2 グリッド)、第 1 アノード (A1)、および第 2 アノード (A2) で構成されています。その機能は、電子を放出して非常に細い高速電子ビームを形成することです。フィラメントに通電するとカソードが加熱され、カソードは加熱されると電子を放出します。

グリッドは上部に小さな穴がある金属円筒で、陰極の外側に配置されています。ゲート電位は陰極より低いため、陰極から放出される電子を制御します。通常、初期移動速度が大きい少数の電子だけがゲート穴を通過し、陽極電圧の作用下で蛍光スクリーンに突入します。初期速度が小さい電子は依然として陰極に戻ります。

ゲート電位が低すぎると、すべての電子が陰極に戻り、つまりチューブがオフになります。回路内のW1ポテンショメータを調整することで、ゲート電位を変更し、蛍光スクリーンへの電子の流れの密度を制御して、明るいスポットの明るさを調整できます。第1アノード、第2アノード、および前方加速電極は、陰極と同じ軸上にある3つの金属シリンダーです。前方加速極G2はA2に接続され、印加電位はA1よりも高くなります。G2の正電位は、陰極から蛍光スクリーンに向かって電子を加速します。

電子ビームが陰極から蛍光体スクリーンまで移動すると、2 つの集束プロセスが発生します。最初の集束は、K、G1、G2 によって完了します。K、K、G1、G2 は、オシロスコープ管の最初の電子レンズと呼ばれます。2 番目の集束は、G2、A1、A2 領域で発生します。2 番目のアノード A2 の電位を調整すると、電子ビームを蛍光スクリーン上の 1 点に収束させることができます。これが 2 番目の集束です。A1 の電圧は集束電圧と呼ばれ、A1 は集束極とも呼ばれます。A1 の電圧を調整しても、まだ適切な集束が得られない場合があり、2 番目のアノード A2 の電圧を微調整する必要があります。A2 は補助集束電極とも呼ばれます。

（３）偏向システム
偏向システムは電子ビームの方向を制御し、蛍光スクリーン上の光点が外部信号に応じて変化して測定信号の波形を描きます。図8.1では、互いに直交する2対の偏向板Y1、Y2とXl、X2が偏向システムを形成しています。Y軸偏向板は前方にあり、X軸偏向板は後方にあるため、Y軸の感度が高くなります（測定信号は処理後にY軸に追加されます）。2対の偏向板にそれぞれ電圧を印加すると、2対の偏向板の間に電界が形成され、電子ビームの垂直方向と水平方向の偏向がそれぞれ制御されます。