專利名稱:激光投影示波器的制作方法
本實(shí)用新型是一種由同步觸發(fā)系統(tǒng)、X掃描系統(tǒng)、延遲消隱系統(tǒng)和X信號(hào)放大系統(tǒng)、Y信號(hào)放大系統(tǒng)組成基本電路，采用激光束掃描、電光調(diào)制將電信號(hào)變成光信號(hào)而實(shí)現(xiàn)激光投影示波的教學(xué)儀器。
現(xiàn)有的教學(xué)上使用的J2458型演示教學(xué)示波器，采用的是電子束同步掃描技術(shù)，其螢光屏直徑僅13厘米，而有效視覺范圍的直徑約10厘米，最多適用于十多人同時(shí)觀看。又武漢大學(xué)科教儀器廠生產(chǎn)的HCZ－Y型激光垂直振動(dòng)合成儀僅僅是利用機(jī)械振動(dòng)的兩塊振鏡的反射，只能顯示頻率范圍很窄的不能隨時(shí)間變化的李沙如圖形。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種由同步觸發(fā)系統(tǒng)、X掃描系統(tǒng)、延遲消隱系統(tǒng)和X信號(hào)放大系統(tǒng)、Y信號(hào)放大系統(tǒng)組成基本電路，采用激光束同步掃描技術(shù)的激光投影示波器，利用光放大的特點(diǎn)，可將隨時(shí)間而變化的信號(hào)波形圖和隨電壓而變化的信號(hào)波形圖投影放大到屏幕上，使上百人能同時(shí)觀看。這為各高等院校、中等學(xué)校的演示教學(xué)以及科普講座提供了方便。
本實(shí)用新型的詳細(xì)實(shí)施將結(jié)合附圖給出圖1是激光投影示波器的工作原理圖；圖2是激光投影示波器的電源電路圖；圖3是激光投影示波器的基本電路圖；圖4是激光投影示波器的使用狀態(tài)圖。
220伏的交流電受電源開關(guān)K1〔7〕的控制輸入電源電路〔圖2〕，經(jīng)過(guò)電源變壓器后全波整流，并通過(guò)穩(wěn)壓電路分別輸出±18伏和＋12伏的直流穩(wěn)定電壓。其中±18伏的直流電壓接入Y信號(hào)放大系統(tǒng)〔8〕，＋12伏的直流電壓經(jīng)選擇開關(guān)K3〔1－1〕接入X掃描系統(tǒng)〔17〕或X信號(hào)放大系統(tǒng)〔28〕。
在輸入電源后，Y信號(hào)放大系統(tǒng)〔8〕呈工作狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)信號(hào)Uyi輸入Y信號(hào)放大系統(tǒng)〔8〕經(jīng)過(guò)波段開關(guān)K2(單刀四擲)〔9〕選擇衰減、放大后驅(qū)動(dòng)Y電磁振鏡〔2〕，Y電磁振鏡〔2〕的偏轉(zhuǎn)軸呈水平狀態(tài)。
在基本電路〔圖3〕中有一個(gè)波段開關(guān)K3－1、2、3(三刀雙擲)〔1－1〕，由電源電路〔圖2〕輸出的＋12伏的直流電壓從這里輸入。下面就開關(guān)K3－1、2、3〔1－1〕在不同的工作狀態(tài)進(jìn)行1、2分述1.當(dāng)開關(guān)K3－1、2、3〔1－1〕接入X信號(hào)放大系統(tǒng)〔28〕時(shí)，X掃描系統(tǒng)〔17〕、同步觸發(fā)系統(tǒng)〔35〕、延遲消隱系統(tǒng)〔24〕呈非工作狀態(tài)，X信號(hào)放大系統(tǒng)〔28〕呈工作狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)信號(hào)Uxi輸入X信號(hào)放大系統(tǒng)〔28〕經(jīng)過(guò)波段開關(guān)K3－4(單刀四擲)〔1－2〕選擇衰減、放大后驅(qū)動(dòng)X電磁振鏡〔3〕，X振鏡〔3〕即按輸入信號(hào)規(guī)律往復(fù)偏轉(zhuǎn)。X電磁振鏡〔3〕的偏轉(zhuǎn)軸呈垂直狀態(tài)。
氦氖激光器〔5〕射出的準(zhǔn)直激光束在依次經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)軸相互垂直的Y電磁振鏡〔2〕和X電磁振鏡〔3〕的兩次反射后，投影至屏幕〔6〕形成波形圖。這時(shí)顯示的是X方向與Y方向同時(shí)輸入周期性變化的電壓的波形圖，即Y－X圖。如李沙如圖、二極管特性曲線圖、磁滯回線圖等等。
2.當(dāng)開關(guān)K3－1、2、3〔1－1〕接入X掃描系統(tǒng)〔17〕時(shí)，X信號(hào)放大系統(tǒng)〔28〕呈非工作狀態(tài)，X掃描系統(tǒng)〔17〕、同步觸發(fā)系統(tǒng)〔35〕、延遲消隱系統(tǒng)〔24〕均進(jìn)入工作狀態(tài)。
同步觸發(fā)系統(tǒng)〔35〕由一個(gè)運(yùn)算放大器IC1〔12〕、三個(gè)三極管T1(3DG6)〔18〕、T2(3DG6)〔19〕、T3(3DG6)〔20〕、三個(gè)電容器C1(4.7μF)〔36〕、C2(.47μF)〔37〕、C3(330PF)〔38〕、一個(gè)穩(wěn)壓二極管D1(2CW15，它的反向擊穿電壓約8伏)〔11〕，一個(gè)電位器W1(470K電位器)〔13〕、一個(gè)二極管D2(2CK2)〔40〕和若干個(gè)電阻等元件組成。當(dāng)Y信號(hào)放大系統(tǒng)〔8〕輸出一被測(cè)信號(hào)時(shí)，此信號(hào)通過(guò)電阻R1(10K)〔10〕送入運(yùn)算放大器IC1〔12〕。運(yùn)算放大器IC1〔12〕與穩(wěn)壓二極管D1〔11〕、電阻R1〔10〕接成一個(gè)僅有正向輸出的過(guò)零比較器，它的同向輸入端(5腳)接地，信號(hào)通過(guò)R1〔10〕接入負(fù)相輸入端(6腳)。當(dāng)信號(hào)為正時(shí)，它的輸出端(7腳)為負(fù)，此時(shí)反饋網(wǎng)絡(luò)中的穩(wěn)壓二極管D1〔11〕呈通導(dǎo)狀態(tài)，整個(gè)運(yùn)算器呈全反饋，至使輸出端實(shí)際無(wú)輸出電壓；當(dāng)信號(hào)為負(fù)時(shí)，輸出端有正向躍階，輸出電壓的幅度被穩(wěn)壓二極管D1〔11〕的反向擊穿所限。因此不論Y信號(hào)放大系統(tǒng)〔8〕輸出的是何種波形，在運(yùn)算放大器IC1〔12〕輸出端輸出的總是頻率、相位與其相同的正向矩形波(正向方波)。這個(gè)方波被電容C1〔36〕、電阻R2(20K)〔39〕微分。微分后的負(fù)向尖脈沖由二極管D2〔40〕引向三極管T1〔18〕的集電極。三極管T1〔18〕與T2〔19〕組成單穩(wěn)態(tài)電路，在這里是對(duì)負(fù)向尖脈沖延遲分頻。單穩(wěn)態(tài)時(shí)間常數(shù)由電容C2〔37〕、電位器W1〔13〕決定。調(diào)整電位器W1〔13〕阻值的大小，可得到不同的時(shí)間常數(shù)，因此也就達(dá)到了對(duì)不同頻率進(jìn)行若干次分頻的效果。分頻后的同步脈沖電壓經(jīng)三極管T3〔20〕反相后輸出。送往X掃描系統(tǒng)〔17〕中的同步掃描器。
同步掃描器主要由專用集成電路IC2〔16〕、一個(gè)二極管D3(2CK2)〔15〕、一個(gè)半可變電阻R3(5.1K)〔21〕、十個(gè)電容和若干個(gè)電阻等元件組成。由同步觸發(fā)系統(tǒng)〔35〕分頻后的同步脈沖電壓經(jīng)電容C4(4.7μF)〔14〕送入專用集成電路IC2〔16〕(5腳)后，專用集成電路IC2〔16〕就形成觸發(fā)振蕩。在專用集成電路IC2〔16〕鋸齒波輸出端(4腳)上形成的鋸齒波電壓，經(jīng)半可變電阻R3〔21〕后由電容C5(47μF／16V)〔41〕送入專用集成電路IC2〔16〕(7腳)進(jìn)行功率放大。半可變電阻R3〔21〕為幅度調(diào)節(jié)電阻。由專用集成電路IC2〔16〕輸出端(1腳)輸出鋸齒波電壓經(jīng)電容C6(1000μF／16V)〔42〕后驅(qū)動(dòng)X電磁振鏡〔3〕，X電磁振鏡〔3〕即按線性鋸齒波規(guī)律往復(fù)偏轉(zhuǎn)。掃描逆程脈沖電壓經(jīng)二極管D3〔15〕引入延遲消隱系統(tǒng)〔24〕中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3〔23〕。
延遲消隱系統(tǒng)〔24〕主要由消隱電路與消隱振子〔4〕兩部分組成。其作用是在X掃描系統(tǒng)〔17〕中X電磁振鏡〔3〕的逆程瞬間，消隱振子〔4〕的動(dòng)作，其振桿恰好遮擋了激光的回掃光束，使之達(dá)到消隱的目的。
消隱電路主要是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3〔23〕、IC4〔25〕、兩個(gè)三極管T4(3DG6)〔26〕、T5(3DG12)〔27〕、兩個(gè)半可變電阻R4(220K)〔29〕、R5(68K)〔31〕、兩個(gè)電容C7(.33μF)〔30〕、C8(.68μF)〔32〕、一個(gè)二極管D4(2CP11)〔33〕和若干個(gè)電阻等元件組成。X掃描系統(tǒng)〔17〕同步掃描器的掃描逆程脈沖電壓由二極管D3〔15〕引入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3〔23〕(4腳)后，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3〔23〕組成上升沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，延遲時(shí)間t1由半可變電阻R4〔29〕、電容C7〔30〕決定。延遲時(shí)間t1應(yīng)與掃描振鏡的機(jī)械延遲時(shí)間相同，可調(diào)節(jié)半可變電阻R4〔29〕的大小使它們吻合。延遲后的脈沖電壓送入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4〔25〕(11腳)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4〔25〕組成下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，延遲時(shí)間t2由半可變電阻R5〔31〕、電容C8〔32〕決定。延遲時(shí)間t2實(shí)際上就是驅(qū)動(dòng)消隱振子〔4〕的脈沖電壓寬度，可調(diào)節(jié)半可變電阻R5〔31〕的大小改善消隱效果。三極管T4〔26〕、T5〔27〕為復(fù)合驅(qū)動(dòng)輸出管。消隱振子〔4〕的振桿隨驅(qū)動(dòng)脈沖電壓往復(fù)振動(dòng)，振桿向下擺動(dòng)時(shí)將激光束遮擋，向上擺動(dòng)時(shí)讓激光束通過(guò)。二極管D4〔33〕為保護(hù)電阻，以防消隱振子線圈電感所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)擊穿三極管T4〔26〕、T5〔27〕。
氦氖激光器〔5〕射出的準(zhǔn)直激光束在依次經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)軸相互垂直的Y電磁振鏡〔2〕和X電磁振鏡〔3〕的兩次反射后，投影至屏幕〔6〕形成波形圖。這時(shí)顯示的是電壓隨時(shí)間周期性變化的波形圖，即Y－t圖。如正弦波圖、三角波圖、方波圖等等。而因消隱振子〔4〕作用后遮擋了回掃線使波形圖更為完善。
激光投影示波器〔圖4〕的面板上有一個(gè)電源開關(guān)K1〔7〕、兩個(gè)波段開關(guān)K2〔9〕、K3〔1〕、一個(gè)套軸雙聯(lián)電位器W1〔13〕、W2〔34〕、一個(gè)電位器W3〔22〕、一個(gè)指示燈〔49〕和四個(gè)接線柱〔43、44、45、46〕。電源開關(guān)K1〔7〕控制電源的輸入，輸入電源后指示燈〔49〕即閃光以示電源接通；波段開關(guān)K2〔9〕供選擇Uyi信號(hào)衰減幅度；波段開關(guān)K3〔1〕供選擇使用X掃描(K3－1、2、3〔1－1〕或Uxi信號(hào)衰減幅度(K3－4〔1－2〕)；套軸雙聯(lián)電位器外套電位器W2〔34〕用于Uxi信號(hào)增益，軸心電位器W1〔13〕用于同步調(diào)節(jié)；電位器W3〔22〕用于Uyi信號(hào)增益；接線柱〔43、44、45、46〕用于Uyi信號(hào)輸入(使用〔43、44〕)和Uxi信號(hào)輸入(使用〔45、46〕)。激光投影示波器的面板還有光路射出孔〔47〕，當(dāng)該孔〔47〕插入毛玻璃〔48〕時(shí)，我們即可在毛玻璃〔48〕上看到小而清晰的波形圖，可用于調(diào)節(jié)圖形及少數(shù)人的演示實(shí)驗(yàn)。當(dāng)將毛玻璃〔48〕取出后，光線投影屏幕〔6〕可用于上百人的演示實(shí)驗(yàn)以及講座等。
激光投影示波器的體積為16厘米×33厘米×44厘米，約為J2458型演示教學(xué)示波器的2倍。激光投影示波器與現(xiàn)有的J2458型演示教學(xué)示波器、SBJMODEL－教學(xué)示波器比較，示波圖形可擴(kuò)大到一百多倍，亮度增大到一百倍以上。
本實(shí)用新型在X掃描系統(tǒng)中選用μPC1031H2型專用集成電路具有外圍電路簡(jiǎn)潔、輸出電流大、能與目前使用的X電磁振鏡較好地配合等特點(diǎn)。在延遲消隱系統(tǒng)中選用J210型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有集成度高、延遲調(diào)節(jié)方便、能靈活地接成上升沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)或下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。在該系統(tǒng)中，僅一片J210型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器就能完成兩個(gè)不同的延遲功能。Y信號(hào)放大系統(tǒng)中的放大器與同步觸發(fā)系統(tǒng)中的運(yùn)算放大器的功能可有一個(gè)TL084運(yùn)算放大器同時(shí)完成，它具有放大頻帶寬、體積小、安裝及調(diào)試方便等特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種以激光束為光源的在儀器電路中含有X信號(hào)放大系統(tǒng)[28]、Y信號(hào)放大系統(tǒng)[8]的激光投影示波器，本實(shí)用新型的特征是在電路中附含有同步觸發(fā)系統(tǒng)[35]、X掃描系統(tǒng)[17]和延遲消隱系統(tǒng)[24]。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的激光投影示波器，其特征是所述的同步觸發(fā)系統(tǒng)〔35〕包括Y信號(hào)放大系統(tǒng)〔8〕輸出的被測(cè)信號(hào)通過(guò)電阻R1〔10〕接入型號(hào)為TL084的運(yùn)算放大器IC1〔12〕的第6腳，運(yùn)算放大器IC1〔12〕的第5腳接地，穩(wěn)壓二極管D1〔11〕的正極和負(fù)極分別跨接運(yùn)算放大器IC1〔12〕的第6腳和第7腳，運(yùn)算放大器IC1〔12〕的第7腳連接電容器C1〔36〕并且負(fù)向串聯(lián)二極管D2〔40〕接至三極管T1〔18〕的集電極，電阻R2〔39〕從電源接至電容器C1〔36〕和二極管D2〔40〕的連接點(diǎn)，電容器C2〔37〕跨接三極管T1〔18〕的集電極和三極管T2〔19〕的基極，三極管T2〔19〕的基極接電位器W1〔13〕至電源，電容器C3〔38〕跨接三極管T1〔18〕的基極和三極管T2〔19〕的集電極，并且有一個(gè)電阻與電容器C3〔38〕并聯(lián)，三極管T2〔19〕的集電極接一個(gè)電阻至三極管T3〔20〕的基極，三極管T1〔18〕、T2〔19〕、T3〔20〕的集電極各接一個(gè)電阻至電源，三極管T1〔18〕、T2〔19〕、T3〔20〕的發(fā)射極都接地，三極管T3〔20〕的集電極接入X掃描系統(tǒng)〔17〕的電解電容C4〔14〕的正極。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的激光投影示波器，其特征是所述的X掃描系統(tǒng)〔17〕包括電解電容C4〔14〕的負(fù)極接至型號(hào)為μPC1031H2的集成電路IC2〔16〕的第5腳，集成電路IC2〔16〕的第5腳接一個(gè)電阻接地，一個(gè)電解電容的負(fù)極和正極分別跨接集成電路IC2〔16〕的第5腳和第6腳，集成電路IC2〔16〕的第6腳接一個(gè)電阻至電源，集成電路IC2〔16〕的第8腳接地，集成電路IC2〔16〕的第2腳接電源，第2腳與第9腳之間跨接一個(gè)電阻，一個(gè)電解電容的正極串聯(lián)一個(gè)電阻和負(fù)極分別跨接集成電路IC2〔16〕的第2腳與第9腳，在該電解電容與電阻的連接點(diǎn)上分別接一路串聯(lián)轉(zhuǎn)換開關(guān)K3－3〔1－1〕至X電磁振鏡〔3〕的驅(qū)動(dòng)線圈，另一路連接一個(gè)電解電容正極、其負(fù)極接至集成電路IC2〔16〕的第4腳，集成電路IC2〔16〕的第4腳接一個(gè)電阻接地，電解電容C3〔41〕的負(fù)極串聯(lián)可調(diào)電阻R3〔21〕和正極分別跨接集成電路IC2〔16〕的第4腳和第7腳，可調(diào)電阻R3〔21〕與電解電容C5〔41〕的連接點(diǎn)上分別接一路連接一個(gè)電容器至電源，另一路連接一個(gè)電阻后串聯(lián)一個(gè)電解電容至電源，一個(gè)電解電容的正極和負(fù)極分別跨接集成電路IC2〔16〕的第1腳和第3腳，集成電路IC2〔16〕的第1腳連接電解電容C6〔42〕的負(fù)極，電解電容C6〔42〕的正極連接轉(zhuǎn)換開關(guān)K3－2〔1－1〕至X電磁振鏡〔3〕的驅(qū)動(dòng)線圈，電解電容C6〔42〕的正極連接一個(gè)電解電容的負(fù)極，該電解電容的正極分別一路接一個(gè)電阻至電源，另一路正向接二極管D3〔15〕至延遲消隱系統(tǒng)〔24〕中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3〔23〕的第4腳。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的激光投影示波器，其特征是所述的延遲消隱系統(tǒng)〔24〕包括一片J210型的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器同時(shí)組成上升沿單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3〔23〕和下降沿單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4〔25〕，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3〔23〕的第4腳連接X掃描系統(tǒng)〔17〕中的二極管D3〔15〕的負(fù)極，第2腳接可調(diào)電阻R4〔29〕至電源，第2腳還接電容器C7〔30〕接地，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3〔23〕的第6腳與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4〔25〕的第11腳相連接，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4〔25〕的第14腳接可調(diào)電阻R5〔31〕至電源，第14腳還接電容器C8〔32〕接地，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3〔23〕的第1腳、第3腳和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4〔25〕的第15腳、第12腳都接地，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3〔23〕的第5腳和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4〔25〕的第13腳都接電源，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4〔25〕的第10腳串聯(lián)一個(gè)電阻接至三極管T4〔26〕的基極，三極管T4〔26〕的發(fā)射極和三極管T5〔27〕的基極連接，三極管T4〔26〕、T5〔27〕的集電極相連接后接消隱振子〔4〕的驅(qū)動(dòng)線圈，三極管T5〔27〕的發(fā)射極接地，二極管D4〔33〕并聯(lián)消隱振子〔4〕的驅(qū)動(dòng)線圈，其負(fù)極接至電源，正極接至三極管T4〔26〕、T5〔27〕的集電極。
專利摘要
本實(shí)用新型提供了一種采用激光束同步掃描技術(shù)的激光投影示波器。該儀器設(shè)計(jì)有偏轉(zhuǎn)軸相互垂直的X、Y電磁振鏡，由電信號(hào)形成驅(qū)動(dòng)電流分別驅(qū)動(dòng)X、Y電磁振鏡往復(fù)偏轉(zhuǎn)，激光束因Y、X電磁振鏡兩次反射合成后投影屏幕形成波形圖，可調(diào)節(jié)演示Y—x圖和Y—t圖，并設(shè)計(jì)有延遲消隱系統(tǒng)，在演示Y—t圖時(shí)可消隱回掃線，波形圖可供上百人同時(shí)觀看。
文檔編號(hào)G09B23/18GK86209389SQ86209389
公開日1988年6月29日 申請(qǐng)日期1986年11月19日
發(fā)明者包桑榮, 郭寅 申請(qǐng)人:江西省九江市師范?？茖W(xué)校導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan