CN86209389U - 激光投影示波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种采用激光束同步扫描技术的激光投影示波器。该仪器设计有偏转轴相互垂直的X、Y电磁振镜，由电信号形成驱动电流分别驱动X、Y电磁振镜往复偏转，激光束因Y、X电磁振镜两次反射合成后投影屏幕形成波形图，可调节演示Y—x图和Y—t图，并设计有延迟消隐系统，在演示Y—t图时可消隐回扫线，波形图可供上百人同时观看。

Description

本实用新型是一种由同步触发系统、X扫描系统、延迟消隐系统和X信号放大系统、Y信号放大系统组成基本电路，采用激光束扫描、电光调制将电信号变成光信号而实现激光投影示波的教学仪器。

现有的教学上使用的J2458型演示教学示波器，采用的是电子束同步扫描技术，其萤光屏直径仅13厘米，而有效视觉范围的直径约10厘米，最多适用于十多人同时观看。又武汉大学科教仪器厂生产的HCZ－Y型激光垂直振动合成仪仅仅是利用机械振动的两块振镜的反射，只能显示频率范围很窄的不能随时间变化的李沙如图形。

本实用新型的目的在于提供一种由同步触发系统、X扫描系统、延迟消隐系统和X信号放大系统、Y信号放大系统组成基本电路，采用激光束同步扫描技术的激光投影示波器，利用光放大的特点，可将随时间而变化的信号波形图和随电压而变化的信号波形图投影放大到屏幕上，使上百人能同时观看。这为各高等院校、中等学校的演示教学以及科普讲座提供了方便。

本实用新型的详细实施将结合附图给出：

图1是激光投影示波器的工作原理图；

图2是激光投影示波器的电源电路图；

图3是激光投影示波器的基本电路图；

图4是激光投影示波器的使用状态图。

220伏的交流电受电源开关K₁〔7〕的控制输入电源电路〔图2〕，经过电源变压器后全波整流，并通过稳压电路分别输出±18伏和＋12伏的直流稳定电压。其中±18伏的直流电压接入Y信号放大系统〔8〕，＋12伏的直流电压经选择开关K₃〔1－1〕接入X扫描系统〔17〕或X信号放大系统〔28〕。

在输入电源后，Y信号放大系统〔8〕呈工作状态。当被测信号Uyi输入Y信号放大系统〔8〕经过波段开关K₂（单刀四掷）〔9〕选择衰减、放大后驱动Y电磁振镜〔2〕，Y电磁振镜〔2〕的偏转轴呈水平状态。

在基本电路〔图3〕中有一个波段开关K_{3－1、2、3}（三刀双掷）〔1－1〕，由电源电路〔图2〕输出的＋12伏的直流电压从这里输入。下面就开关K_{3－1、2、3}〔1－1〕在不同的工作状态进行1、2分述：

1.当开关K_{3－1、2、3}〔1－1〕接入X信号放大系统〔28〕时，X扫描系统〔17〕、同步触发系统〔35〕、延迟消隐系统〔24〕呈非工作状态，X信号放大系统〔28〕呈工作状态。当被测信号Uxi输入X信号放大系统〔28〕经过波段开关K_3－4（单刀四掷）〔1－2〕选择衰减、放大后驱动X电磁振镜〔3〕，X振镜〔3〕即按输入信号规律往复偏转。X电磁振镜〔3〕的偏转轴呈垂直状态。

氦氖激光器〔5〕射出的准直激光束在依次经过偏转轴相互垂直的Y电磁振镜〔2〕和X电磁振镜〔3〕的两次反射后，投影至屏幕〔6〕形成波形图。这时显示的是X方向与Y方向同时输入周期性变化的电压的波形图，即Y－X图。如李沙如图、二极管特性曲线图、磁滞回线图等等。

2.当开关K_{3－1、2、3}〔1－1〕接入X扫描系统〔17〕时，X信号放大系统〔28〕呈非工作状态，X扫描系统〔17〕、同步触发系统〔35〕、延迟消隐系统〔24〕均进入工作状态。

同步触发系统〔35〕由一个运算放大器IC₁〔12〕、三个三极管T₁（3DG6）〔18〕、T₂（3DG6）〔19〕、T₃（3DG6）〔20〕、三个电容器C₁（4.7μF）〔36〕、C₂（.47μF）〔37〕、C₃（330PF）〔38〕、一个稳压二极管D₁（2CW15，它的反向击穿电压约8伏）〔11〕，一个电位器W₁（470K电位器）〔13〕、一个二极管D₂（2CK2）〔40〕和若干个电阻等元件组成。当Y信号放大系统〔8〕输出一被测信号时，此信号通过电阻R₁（10K）〔10〕送入运算放大器IC₁〔12〕。运算放大器IC₁〔12〕与稳压二极管D₁〔11〕、电阻R₁〔10〕接成一个仅有正向输出的过零比较器，它的同向输入端（5脚）接地，信号通过R₁〔10〕接入负相输入端（6脚）。当信号为正时，它的输出端（7脚）为负，此时反馈网络中的稳压二极管D₁〔11〕呈通导状态，整个运算器呈全反馈，至使输出端实际无输出电压；当信号为负时，输出端有正向跃阶，输出电压的幅度被稳压二极管D₁〔11〕的反向击穿所限。因此不论Y信号放大系统〔8〕输出的是何种波形，在运算放大器IC₁〔12〕输出端输出的总是频率、相位与其相同的正向矩形波（正向方波）。这个方波被电容C₁〔36〕、电阻R₂（20K）〔39〕微分。微分后的负向尖脉冲由二极管D₂〔40〕引向三极管T₁〔18〕的集电极。三极管T₁〔18〕与T₂〔19〕组成单稳态电路，在这里是对负向尖脉冲延迟分频。单稳态时间常数由电容C₂〔37〕、电位器W₁〔13〕决定。调整电位器W₁〔13〕阻值的大小，可得到不同的时间常数，因此也就达到了对不同频率进行若干次分频的效果。分频后的同步脉冲电压经三极管T₃〔20〕反相后输出。送往X扫描系统〔17〕中的同步扫描器。

同步扫描器主要由专用集成电路IC₂〔16〕、一个二极管D₃（2CK2）〔15〕、一个半可变电阻R₃（5.1K）〔21〕、十个电容和若干个电阻等元件组成。由同步触发系统〔35〕分频后的同步脉冲电压经电容C₄（4.7μF）〔14〕送入专用集成电路IC₂〔16〕（5脚）后，专用集成电路IC₂〔16〕就形成触发振荡。在专用集成电路IC₂〔16〕锯齿波输出端（4脚）上形成的锯齿波电压，经半可变电阻R₃〔21〕后由电容C₅（47μF／16V）〔41〕送入专用集成电路IC₂〔16〕（7脚）进行功率放大。半可变电阻R₃〔21〕为幅度调节电阻。由专用集成电路IC₂〔16〕输出端（1脚）输出锯齿波电压经电容C₆（1000μF／16V）〔42〕后驱动X电磁振镜〔3〕，X电磁振镜〔3〕即按线性锯齿波规律往复偏转。扫描逆程脉冲电压经二极管D₃〔15〕引入延迟消隐系统〔24〕中的单稳态触发器IC₃〔23〕。

延迟消隐系统〔24〕主要由消隐电路与消隐振子〔4〕两部分组成。其作用是：在X扫描系统〔17〕中X电磁振镜〔3〕的逆程瞬间，消隐振子〔4〕的动作，其振杆恰好遮挡了激光的回扫光束，使之达到消隐的目的。

消隐电路主要是由单稳态触发器IC₃〔23〕、IC₄〔25〕、两个三极管T₄（3DG6）〔26〕、T₅（3DG12）〔27〕、两个半可变电阻R₄（220K）〔29〕、R₅（68K）〔31〕、两个电容C₇（.33μF）〔30〕、C₈（.68μF）〔32〕、一个二极管D₄（2CP11）〔33〕和若干个电阻等元件组成。X扫描系统〔17〕同步扫描器的扫描逆程脉冲电压由二极管D₃〔15〕引入单稳态触发器IC₃〔23〕（4脚）后，单稳态触发器IC₃〔23〕组成上升沿触发的单稳态触发器，延迟时间t₁由半可变电阻R₄〔29〕、电容C₇〔30〕决定。延迟时间t₁应与扫描振镜的机械延迟时间相同，可调节半可变电阻R₄〔29〕的大小使它们吻合。延迟后的脉冲电压送入单稳态触发器IC₄〔25〕（11脚），单稳态触发器IC₄〔25〕组成下降沿触发的单稳态触发器，延迟时间t₂由半可变电阻R₅〔31〕、电容C₈〔32〕决定。延迟时间t₂实际上就是驱动消隐振子〔4〕的脉冲电压宽度，可调节半可变电阻R₅〔31〕的大小改善消隐效果。三极管T₄〔26〕、T₅〔27〕为复合驱动输出管。消隐振子〔4〕的振杆随驱动脉冲电压往复振动，振杆向下摆动时将激光束遮挡，向上摆动时让激光束通过。二极管D₄〔33〕为保护电阻，以防消隐振子线圈电感所产生的反向电动势击穿三极管T₄〔26〕、T₅〔27〕。

氦氖激光器〔5〕射出的准直激光束在依次经过偏转轴相互垂直的Y电磁振镜〔2〕和X电磁振镜〔3〕的两次反射后，投影至屏幕〔6〕形成波形图。这时显示的是电压随时间周期性变化的波形图，即Y－t图。如正弦波图、三角波图、方波图等等。而因消隐振子〔4〕作用后遮挡了回扫线使波形图更为完善。

激光投影示波器〔图4〕的面板上有一个电源开关K₁〔7〕、两个波段开关K₂〔9〕、K₃〔1〕、一个套轴双联电位器W₁〔13〕、W₂〔34〕、一个电位器W₃〔22〕、一个指示灯〔49〕和四个接线柱〔43、44、45、46〕。电源开关K₁〔7〕控制电源的输入，输入电源后指示灯〔49〕即闪光以示电源接通；波段开关K₂〔9〕供选择Uyi信号衰减幅度；波段开关K₃〔1〕供选择使用X扫描（K_{3－1、2、3}〔1－1〕或Uxi信号衰减幅度（K_3－4〔1－2〕）；套轴双联电位器外套电位器W₂〔34〕用于Uxi信号增益，轴心电位器W₁〔13〕用于同步调节；电位器W₃〔22〕用于Uyi信号增益；接线柱〔43、44、45、46〕用于Uyi信号输入（使用〔43、44〕）和U_xi信号输入（使用〔45、46〕）。激光投影示波器的面板还有光路射出孔〔47〕，当该孔〔47〕插入毛玻璃〔48〕时，我们即可在毛玻璃〔48〕上看到小而清晰的波形图，可用于调节图形及少数人的演示实验。当将毛玻璃〔48〕取出后，光线投影屏幕〔6〕可用于上百人的演示实验以及讲座等。

激光投影示波器的体积为16厘米×33厘米×44厘米，约为J2458型演示教学示波器的2倍。激光投影示波器与现有的J2458型演示教学示波器、SBJMODEL－教学示波器比较，示波图形可扩大到一百多倍，亮度增大到一百倍以上。

本实用新型在X扫描系统中选用μPC1031H₂型专用集成电路具有外围电路简洁、输出电流大、能与目前使用的X电磁振镜较好地配合等特点。在延迟消隐系统中选用J210型单稳态触发器具有集成度高、延迟调节方便、能灵活地接成上升沿触发单稳态或下降沿触发单稳态电路。在该系统中，仅一片J210型单稳态触发器就能完成两个不同的延迟功能。Y信号放大系统中的放大器与同步触发系统中的运算放大器的功能可有一个TL084运算放大器同时完成，它具有放大频带宽、体积小、安装及调试方便等特点。

Claims (4)

1、一种以激光束为光源的在仪器电路中含有X信号放大系统[28]、Y信号放大系统[8]的激光投影示波器，本实用新型的特征是在电路中附含有同步触发系统[35]、X扫描系统[17]和延迟消隐系统[24]。

2、根据权利要求1所述的激光投影示波器，其特征是所述的同步触发系统〔35〕包括Y信号放大系统〔8〕输出的被测信号通过电阻R₁〔10〕接入型号为TL084的运算放大器IC₁〔12〕的第6脚，运算放大器IC₁〔12〕的第5脚接地，稳压二极管D₁〔11〕的正极和负极分别跨接运算放大器IC₁〔12〕的第6脚和第7脚，运算放大器IC₁〔12〕的第7脚连接电容器C₁〔36〕并且负向串联二极管D₂〔40〕接至三极管T₁〔18〕的集电极，电阻R₂〔39〕从电源接至电容器C₁〔36〕和二极管D₂〔40〕的连接点，电容器C₂〔37〕跨接三极管T₁〔18〕的集电极和三极管T₂〔19〕的基极，三极管T₂〔19〕的基极接电位器W₁〔13〕至电源，电容器C₃〔38〕跨接三极管T₁〔18〕的基极和三极管T₂〔19〕的集电极，并且有一个电阻与电容器C₃〔38〕并联，三极管T₂〔19〕的集电极接一个电阻至三极管T₃〔20〕的基极，三极管T₁〔18〕、T₂〔19〕、T₃〔20〕的集电极各接一个电阻至电源，三极管T₁〔18〕、T₂〔19〕、T₃〔20〕的发射极都接地，三极管T₃〔20〕的集电极接入X扫描系统〔17〕的电解电容C₄〔14〕的正极。

3、根据权利要求1所述的激光投影示波器，其特征是所述的X扫描系统〔17〕包括电解电容C₄〔14〕的负极接至型号为μPC1031H₂的集成电路IC₂〔16〕的第5脚，集成电路IC₂〔16〕的第5脚接一个电阻接地，一个电解电容的负极和正极分别跨接集成电路IC₂〔16〕的第5脚和第6脚，集成电路IC₂〔16〕的第6脚接一个电阻至电源，集成电路IC₂〔16〕的第8脚接地，集成电路IC₂〔16〕的第2脚接电源，第2脚与第9脚之间跨接一个电阻，一个电解电容的正极串联一个电阻和负极分别跨接集成电路IC₂〔16〕的第2脚与第9脚，在该电解电容与电阻的连接点上分别接一路串联转换开关K_3－3〔1－1〕至X电磁振镜〔3〕的驱动线圈，另一路连接一个电解电容正极、其负极接至集成电路IC₂〔16〕的第4脚，集成电路IC₂〔16〕的第4脚接一个电阻接地，电解电容C₃〔41〕的负极串联可调电阻R₃〔21〕和正极分别跨接集成电路IC₂〔16〕的第4脚和第7脚，可调电阻R₃〔21〕与电解电容C₅〔41〕的连接点上分别接一路连接一个电容器至电源，另一路连接一个电阻后串联一个电解电容至电源，一个电解电容的正极和负极分别跨接集成电路IC₂〔16〕的第1脚和第3脚，集成电路IC₂〔16〕的第1脚连接电解电容C₆〔42〕的负极，电解电容C₆〔42〕的正极连接转换开关K_3－2〔1－1〕至X电磁振镜〔3〕的驱动线圈，电解电容C₆〔42〕的正极连接一个电解电容的负极，该电解电容的正极分别一路接一个电阻至电源，另一路正向接二极管D₃〔15〕至延迟消隐系统〔24〕中的单稳态触发器IC₃〔23〕的第4脚。

4、根据权利要求1所述的激光投影示波器，其特征是所述的延迟消隐系统〔24〕包括一片J210型的单稳态触发器同时组成上升沿单稳态触发器IC₃〔23〕和下降沿单稳态触发器IC₄〔25〕，单稳态触发器IC₃〔23〕的第4脚连接X扫描系统〔17〕中的二极管D₃〔15〕的负极，第2脚接可调电阻R₄〔29〕至电源，第2脚还接电容器C₇〔30〕接地，单稳态触发器IC₃〔23〕的第6脚与单稳态触发器IC₄〔25〕的第11脚相连接，单稳态触发器IC₄〔25〕的第14脚接可调电阻R₅〔31〕至电源，第14脚还接电容器C₈〔32〕接地，单稳态触发器IC₃〔23〕的第1脚、第3脚和单稳态触发器IC₄〔25〕的第15脚、第12脚都接地，单稳态触发器IC₃〔23〕的第5脚和单稳态触发器IC₄〔25〕的第13脚都接电源，单稳态触发器IC₄〔25〕的第10脚串联一个电阻接至三极管T₄〔26〕的基极，三极管T₄〔26〕的发射极和三极管T₅〔27〕的基极连接，三极管T₄〔26〕、T₅〔27〕的集电极相连接后接消隐振子〔4〕的驱动线圈，三极管T₅〔27〕的发射极接地，二极管D₄〔33〕并联消隐振子〔4〕的驱动线圈，其负极接至电源，正极接至三极管T₄〔26〕、T₅〔27〕的集电极。

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