專利名稱:激光投影示波器的制作方法
本實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信號放大系統(tǒng)、Y信號放大系統(tǒng)組成基本電路，采用激光束掃描、電光調制將電信號變成光信號而實現激光投影示波的教學儀器。
現有的教學上使用的J2458型演示教學示波器，采用的是電子束同步掃描技術，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觀看。又武漢大學科教儀器廠生產的HCZ－Y型激光垂直振動合成儀僅僅是利用機械振動的兩塊振鏡的反射，只能顯示頻率范圍很窄的不能隨時間變化的李沙如圖形。
本實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信號放大系統(tǒng)、Y信號放大系統(tǒng)組成基本電路，采用激光束同步掃描技術的激光投影示波器，利用光放大的特點，可將隨時間而變化的信號波形圖和隨電壓而變化的信號波形圖投影放大到屏幕上，使上百人能同時觀看。這為各高等院校、中等學校的演示教學以及科普講座提供了方便。
本實用新型的詳細實施將結合附圖給出圖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K1〔7〕的控制輸入電源電路〔圖2〕，經過電源變壓器后全波整流，并通過穩(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信號放大系統(tǒng)〔8〕，＋12伏的直流電壓經選擇開關K3〔1－1〕接入X掃描系統(tǒng)〔17〕或X信號放大系統(tǒng)〔28〕。
在輸入電源后，Y信號放大系統(tǒng)〔8〕呈工作狀態(tài)。當被測信號Uyi輸入Y信號放大系統(tǒng)〔8〕經過波段開關K2(單刀四擲)〔9〕選擇衰減、放大后驅動Y電磁振鏡〔2〕，Y電磁振鏡〔2〕的偏轉軸呈水平狀態(tài)。
在基本電路〔圖3〕中有一個波段開關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K3－1、2、3〔1－1〕在不同的工作狀態(tài)進行1、2分述1.當開關K3－1、2、3〔1－1〕接入X信號放大系統(tǒng)〔28〕時，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信號放大系統(tǒng)〔28〕呈工作狀態(tài)。當被測信號Uxi輸入X信號放大系統(tǒng)〔28〕經過波段開關K3－4(單刀四擲)〔1－2〕選擇衰減、放大后驅動X電磁振鏡〔3〕，X振鏡〔3〕即按輸入信號規(guī)律往復偏轉。X電磁振鏡〔3〕的偏轉軸呈垂直狀態(tài)。
氦氖激光器〔5〕射出的準直激光束在依次經過偏轉軸相互垂直的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。這時顯示的是X方向與Y方向同時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.當開關K3－1、2、3〔1－1〕接入X掃描系統(tǒng)〔17〕時，X信號放大系統(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〕均進入工作狀態(tài)。
同步觸發(fā)系統(tǒng)〔35〕由一個運算放大器IC1〔12〕、三個三極管T1(3DG6)〔18〕、T2(3DG6)〔19〕、T3(3DG6)〔20〕、三個電容器C1(4.7μF)〔36〕、C2(.47μF)〔37〕、C3(330PF)〔38〕、一個穩(wěn)壓二極管D1(2CW15，它的反向擊穿電壓約8伏)〔11〕，一個電位器W1(470K電位器)〔13〕、一個二極管D2(2CK2)〔40〕和若干個電阻等元件組成。當Y信號放大系統(tǒng)〔8〕輸出一被測信號時，此信號通過電阻R1(10K)〔10〕送入運算放大器IC1〔12〕。運算放大器IC1〔12〕與穩(wěn)壓二極管D1〔11〕、電阻R1〔10〕接成一個僅有正向輸出的過零比較器，它的同向輸入端(5腳)接地，信號通過R1〔10〕接入負相輸入端(6腳)。當信號為正時，它的輸出端(7腳)為負，此時反饋網絡中的穩(wěn)壓二極管D1〔11〕呈通導狀態(tài)，整個運算器呈全反饋，至使輸出端實際無輸出電壓；當信號為負時，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信號放大系統(tǒng)〔8〕輸出的是何種波形，在運算放大器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)。這個方波被電容C1〔36〕、電阻R2(20K)〔39〕微分。微分后的負向尖脈沖由二極管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，在這里是對負向尖脈沖延遲分頻。單穩(wěn)態(tài)時間常數由電容C2〔37〕、電位器W1〔13〕決定。調整電位器W1〔13〕阻值的大小，可得到不同的時間常數，因此也就達到了對不同頻率進行若干次分頻的效果。分頻后的同步脈沖電壓經三極管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〕、一個二極管D3(2CK2)〔15〕、一個半可變電阻R3(5.1K)〔21〕、十個電容和若干個電阻等元件組成。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)進行功率放大。半可變電阻R3〔21〕為幅度調節(jié)電阻。由專用集成電路IC2〔16〕輸出端(1腳)輸出鋸齒波電壓經電容C6(1000μF／16V)〔42〕后驅動X電磁振鏡〔3〕，X電磁振鏡〔3〕即按線性鋸齒波規(guī)律往復偏轉。掃描逆程脈沖電壓經二極管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〕的動作，其振桿恰好遮擋了激光的回掃光束，使之達到消隱的目的。
消隱電路主要是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC3〔23〕、IC4〔25〕、兩個三極管T4(3DG6)〔26〕、T5(3DG12)〔27〕、兩個半可變電阻R4(220K)〔29〕、R5(68K)〔31〕、兩個電容C7(.33μF)〔30〕、C8(.68μF)〔32〕、一個二極管D4(2CP11)〔33〕和若干個電阻等元件組成。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，延遲時間t1由半可變電阻R4〔29〕、電容C7〔30〕決定。延遲時間t1應與掃描振鏡的機械延遲時間相同，可調節(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，延遲時間t2由半可變電阻R5〔31〕、電容C8〔32〕決定。延遲時間t2實際上就是驅動消隱振子〔4〕的脈沖電壓寬度，可調節(jié)半可變電阻R5〔31〕的大小改善消隱效果。三極管T4〔26〕、T5〔27〕為復合驅動輸出管。消隱振子〔4〕的振桿隨驅動脈沖電壓往復振動，振桿向下擺動時將激光束遮擋，向上擺動時讓激光束通過。二極管D4〔33〕為保護電阻，以防消隱振子線圈電感所產生的反向電動勢擊穿三極管T4〔26〕、T5〔27〕。
氦氖激光器〔5〕射出的準直激光束在依次經過偏轉軸相互垂直的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。這時顯示的是電壓隨時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〕的面板上有一個電源開關K1〔7〕、兩個波段開關K2〔9〕、K3〔1〕、一個套軸雙聯電位器W1〔13〕、W2〔34〕、一個電位器W3〔22〕、一個指示燈〔49〕和四個接線柱〔43、44、45、46〕。電源開關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K2〔9〕供選擇Uyi信號衰減幅度；波段開關K3〔1〕供選擇使用X掃描(K3－1、2、3〔1－1〕或Uxi信號衰減幅度(K3－4〔1－2〕)；套軸雙聯電位器外套電位器W2〔34〕用于Uxi信號增益，軸心電位器W1〔13〕用于同步調節(jié)；電位器W3〔22〕用于Uyi信號增益；接線柱〔43、44、45、46〕用于Uyi信號輸入(使用〔43、44〕)和Uxi信號輸入(使用〔45、46〕)。激光投影示波器的面板還有光路射出孔〔47〕，當該孔〔47〕插入毛玻璃〔48〕時，我們即可在毛玻璃〔48〕上看到小而清晰的波形圖，可用于調節(jié)圖形及少數人的演示實驗。當將毛玻璃〔48〕取出后，光線投影屏幕〔6〕可用于上百人的演示實驗以及講座等。
激光投影示波器的體積為16厘米×33厘米×44厘米，約為J2458型演示教學示波器的2倍。激光投影示波器與現有的J2458型演示教學示波器、SBJMODEL－教學示波器比較，示波圖形可擴大到一百多倍，亮度增大到一百倍以上。
本實用新型在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。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)器就能完成兩個不同的延遲功能。Y信號放大系統(tǒng)中的放大器與同步觸發(fā)系統(tǒng)中的運算放大器的功能可有一個TL084運算放大器同時完成，它具有放大頻帶寬、體積小、安裝及調試方便等特點。
權利要求
1.一種以激光束為光源的在儀器電路中含有X信號放大系統(tǒng)[28]、Y信號放大系統(tǒng)[8]的激光投影示波器，本實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.根據權利要求
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信號放大系統(tǒng)〔8〕輸出的被測信號通過電阻R1〔10〕接入型號為TL084的運算放大器IC1〔12〕的第6腳，運算放大器IC1〔12〕的第5腳接地，穩(wěn)壓二極管D1〔11〕的正極和負極分別跨接運算放大器IC1〔12〕的第6腳和第7腳，運算放大器IC1〔12〕的第7腳連接電容器C1〔36〕并且負向串聯二極管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，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，并且有一個電阻與電容器C3〔38〕并聯，三極管T2〔19〕的集電極接一個電阻至三極管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.根據權利要求
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〕的負極接至型號為μPC1031H2的集成電路IC2〔16〕的第5腳，集成電路IC2〔16〕的第5腳接一個電阻接地，一個電解電容的負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腳之間跨接一個電阻，一個電解電容的正極串聯一個電阻和負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上分別接一路串聯轉換開關K3－3〔1－1〕至X電磁振鏡〔3〕的驅動線圈，另一路連接一個電解電容正極、其負極接至集成電路IC2〔16〕的第4腳，集成電路IC2〔16〕的第4腳接一個電阻接地，電解電容C3〔41〕的負極串聯可調電阻R3〔21〕和正極分別跨接集成電路IC2〔16〕的第4腳和第7腳，可調電阻R3〔21〕與電解電容C5〔41〕的連接點上分別接一路連接一個電容器至電源，另一路連接一個電阻后串聯一個電解電容至電源，一個電解電容的正極和負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〕的負極，電解電容C6〔42〕的正極連接轉換開關K3－2〔1－1〕至X電磁振鏡〔3〕的驅動線圈，電解電容C6〔42〕的正極連接一個電解電容的負極，該電解電容的正極分別一路接一個電阻至電源，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.根據權利要求
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〕的負極，第2腳接可調電阻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腳串聯一個電阻接至三極管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〕的驅動線圈，三極管T5〔27〕的發(fā)射極接地，二極管D4〔33〕并聯消隱振子〔4〕的驅動線圈，其負極接至電源，正極接至三極管T4〔26〕、T5〔27〕的集電極。
專利摘要
本實用新型提供了一種采用激光束同步掃描技術的激光投影示波器。該儀器設計有偏轉軸相互垂直的X、Y電磁振鏡，由電信號形成驅動電流分別驅動X、Y電磁振鏡往復偏轉，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，可調節(jié)演示Y—x圖和Y—t圖，并設計有延遲消隱系統(tǒng)，在演示Y—t圖時可消隱回掃線，波形圖可供上百人同時觀看。
文檔編號G09B23/18GK86209389SQ86209389
公開日1988年6月29日 申請日期1986年11月19日
發(fā)明者包桑榮, 郭寅 申請人:江西省九江市師范?？茖W校導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan