Nguyên lý hoạt động của Máy hiện sóng

Máy hiện sóng hay còn gọi là Máy oscilloscope là thiết bị vẽ đồ thị của tín hiệu điện theo 3 trục X (thời gian), Y (điện áp), Z (cường độ sáng). Máy hiện sóng có thể coi là vũ khí lợi hại và luôn song hành cùng những chuyên gia nghiên cứu về Công nghệ và đông đảo những người làm nghề sản xuất, lắp ráp, sửa chữa các thiết bị Điên tử viễn thông, CNTT, và công nghệ cao chuyên nghiệp

Máy hiện sóng không bị giới hạn chỉ trong thế giới của các thiết bị điện tử. Với một bộ chuyển đổi thích hợp, một Máy hiện sóng có thể đo đạc được tất cả các kiểu hiện tượng về vật lí, âm thanh, áp lực cơ khí, áp suất, ánh sáng hoặc nhiệt độ. Một kỹ sư ô tô có thể dùng Máy oscilloscope để đo đạc sự rung của động cơ. Một nghiên cứu sinh y khoa có thể dùng Máy oscilloscope để đo đạc các sóng não. Các khả năng là vô tận!

1. Nguyên lý chung:

Sơ đồ khối tổng quát

Mỗi Máy hiện sóng cũng gồm một đèn điện tử (cathode ray tube), mặc dù kích thước và hình dạng khác nhau nhưng nguyên lí hoạt động thì giống nhau .Bên trong ống là chân không. Chùm điện tử được phát ra từ cathode được làm nóng ở phía sau ống chân không được gia tốc và làm cho hội tụ bởi một hay nhiều anodes đập vào phía trước ống làm một điểm trên màn hình phủ photpho của ống phát sáng .

Chùm điện tử được bẻ cong, được làm lệch nhờ điện áp đặt vào các bản cực cố đình trong ống chân không. Các bản cực lái tia theo chiều ngang hay các bản cực X tạo ra chuyển động của chùm điện tử theo phương ngang .

Như bạn nhìn thấy ở sơ đồ, chúng được liên kết với một khối hệ thống gọi là “chu kì cơ sơ”. Cái này tạo ra một sóng dạng răng cưa nhìn thấy được trên màn hình Máy hiện sóng. Trong khi tăng pha của xung răng cưa, điểm sáng được điều khiển ở cùng tốc độ từ trái tới phải ra phía trước của màn hình trong suốt quá trình giảm pha, chùm điện tử quay lại nhanh chóng từ trái qua phải và điểm trên màn hình được để trắng để không hiển thị lên màn hình . Theo cách này , “chu kì cơ sơ “ tạo ra trục X của đồ thị tín hiệu trên màn hình của oscilloscope .

 Độ dốc của sự sai pha thay đổi theo tần số của xung răng cưa và được điều chỉnh sử dụng núm điều khiển TIME/DIV để thay đổi thang đo của trục X.
Việc màn hình chia thành các ô vuông cho phép thang đo trục ngang có thể được biểu diễn theo giây, mili giây hay micro giây trên môt phép chia (đơn vị chia).

 Tín hiệu được hiển thị được kết nối với đầu vào. Chuyển mach DC/AC thường được giữ ở vị trí DC để có sự kêt nối trực tiếp với bộ khuêch đại Y.

 Ở vị trí AC chuyển mạch mở một tụ điện được đặt ỏ đường dẫn tín hiệu ngăn cản tín hiệu một chiều qua nó nhưng lại cho phép tín hiệu xoay chiều đi qua.

 Bộ khuếch đại Y được nối vào các bản cực Y để mà tạo ra trục Y trên đồ thị của tín hiệu hiển thị trên màn hình của oscilloscope . Bộ khuyếch đại Y có thể được điều chỉnh thông qua núm điều chỉnh VOLTS/DIV để kết quả hiển thị hoặc quá bé hoặc quá lớn làm cho phù hợp với màn hình và có thể được nhìn thấy rõ ràng. Thang đo thường sử dụng là V/DIV hay là mV/DIV.

Mạch kích được sử dụng để làm trễ tín hiệu “chu kỳ cơ sở” để đồng bộ phần của tín hiệu ra hiển thị trên màn hình mỗi lần vết chuyển động qua. Hiệu ứng này cho ta hình ảnh ổn định trên màn hình làm cho nó dễ dàng được đo và giải thích tín hiệu .

Thay đổi thang đo của X và Y cho phép nhiều tín hiệu được hiển thị, đôi khi nó cũng hữu ích để thay đổi vị trí các trục .Sự thay đổi này sử dụng núm điều chỉnh X-POS và Y-POS

2. Máy hiện sóng tương tự

 Khi các bạn nối đầu đo (dò) của Máy hiện sóng vào mạch điện, tín hiệu điện áp đi qua đầu đo (dò) tới hệ thống dọc của máy oscilloscope

Tùy thuộc vào các bạn thiết đặt chia thang đo dọc (điều khiển volts/div) như thế nào thì bộ suy hao làm giảm điện áp tín hiệu hoặc là bộ khuếch đại làm tăng điện áp tín hiệu

Điện áp đặt vào các bản lái tia làm cho một điểm sáng di chuyển. (môt dòng electron đập vào lớp phosphor bên trong  CRT tạo ra điểm sáng). Điện áp dương làm cho điểm sáng đi lên trong khi điện áp âm làm cho điểm sáng đi xuống.

Tín hiệu cũng đồng thời đi tới hệ thống trigger để khởi động hay kích một “quét ngang”. Quét ngang là một thuật ngữ chỉ việc hệ thống ngang làm cho điểm sáng di chuyển ngang trên màn hình. Việc kích hệ thống ngang gây ra thời gian cơ bản để di chuyển điếm sang ngang trên màn hình từ trái sang phải trong một khoảng thời gian xác định. Nhiều lần quét thành các dãy nhanh làm cho chuyển động của điểm sáng được hợp thành một đường liền nét. Ở các tốc độ cao hơn, điểm sáng có thể quét ngang màn hình lên tới 500,000 lần mỗi giây

Cùng với nhau, việc quét ngang và việc lái dọc vạch ra một đồ thị tín hiệu trên mành hình. Bộ kích khởi là cần thiết để ổn định hóa tín hiệu tuần hoàn. Nó đảm bảo rằng lần quét bắt đầu ở cùng một điểm với tín hiệu tuần hoàn, dẫn tới một hình ảnh rõ ràng được chỉ ra trên hình sau:

 
Kết luận: để dùng một Máy hiện sóng tương tự, bạn cần điều chỉnh ba thiết lập cơ bản để thích ứng với tín hiệu đưa vào: 

• Việc làm suy giảm hoặc khuếch đại tín hiệu. Dùng điều khiển volts/div để điều chỉnh biên độ của tín hiệu trước khi nó được đặt vào các bản lái tia chiều dọc.
• Thời gian cơ bản.
  Dùng điều khiển sec/div để thiết đặt độ lớn của thời gian trên mỗi khoảng chia được biển diễn ngang qua màn hình
•  Kích khởi máy oscilloscope. Sử dụng mức kích để ổn định hóa tín hiệu tuần hoàn cũng như việc kích các sự kiện đơn

 Cũng vậy, việc điều chỉnh các điều khiển tiêu cự (Focus) và cường độ cho phép bạn tao ra hình ảnh sắc nét và dễ nhìn (không bị chói hoặc nhòe).

3. Máy hiện sóng số

Một vài hệ thống mà được cấu thành từ các Máy hiện sóng số thì cũng tương tự như bằng các Máy hiện sóng tương tự; tuy nhiên, các máy hiện sóng số bao gồm thêm hệ thống xử lý số liệu (Xem hình 8).

Với hệ thống thêm vào, Máy hiện sóng số thu thập số liệu cho toàn bộ dạng sóng và sau đó hiển thị chúng Khi các bạn nối đầu đo (dò) của máy oscilloscope số vào mạch điện; hệ thống dọc sẽ điều chỉnh biên độ của tín hiệu như trong máy oscilloscope tương tự.

Tiếp tới, bộ chuyển đổi tương tự/số trong hệ thống thu thập lấy mẫu tín hiệu ở các thời điểm rời rạc và chuyển đổi điện áp tín hiệu ở các điểm này thành giá trị số, gọi là các điểm lấy mẫu. Xung lấy mẫu của hệ thống ngang quy định bộ ADC lấy mẫu bao nhiên lần. Tốc độ mà ở đó xung “ticks” được gọi là tốc độ lấy mẫu và đươc đo bằng số mẫu trên giây.

 Các điểm mẫu từ ADC được lưu trữ trong bộ nhớ như là các điểm dạng sóng. Có nhiều hơn một điểm mẫu có thể cấu thành nên một điểm dạng sóng.

 Cùng với nhau, các điểm dạng sóng cấu thành nên một bản ghi dạng sóng. Số điểm sóng được dùng để tạo nên một bản ghi dạng sóng được gọi là độ dài bản ghi. Hệ thống kích khởi quy định điểm bắt đầu và điểm kết thúc bản ghi. Màn hình nhận các điểm bản ghi này sau khi chúng được lưu trữ trong bộ nhớ.

Tùy thuộc vào khả năng của Máy hiện sóng của các bạn, việc xử lý thêm các điểm mẫu có thể được tiến hành để làm nâng cao chất lượng hiển thị. Bộ tiền kích khởi có thể hữu ích cho phép các bạn xem các sự kiện trước điểm kích.

Về cơ bản, với một Máy hiện sóng số cũng như với Máy hiện sóng tương tự, bạn cần điều chỉnh các thiết lập dọc, ngang và kích khởi để có thể đo đạc được.

 Chọn mua Máy hiện sóng số tại đây