Trong những trường hợp cần so sánh nhiều tín hiệu cần đo, ta phải khảo sát hai hay nhiều quá trình trên một dao động ký. Vấn đề này được giải quyết bằng các biện pháp:
Mỗi quá trình nghiên cứu được dùng một tia điện tử riêng biệt.
Chỉ dùng một tia điện tử để ghi cả hai quá trình nhưng làm cho tia điện tử thay đổi có chu kỳ để ghi từ quá trình này sang quá trình khác.
Phương pháp thứ nhất phải dùng nhiều dao động ký khác nhau, mỗi dao động ký nghiên cứu một quá trình riêng biệt. Cách thực hiện như vậy thì rất tốn kém, vì phải dùng nhiều dao động ký. Hơn nữa, vì độ nhạy của các ống tia điện tử khác nhau, tỷ lệ xích về thời gian không giống nhau, nên phương pháp này ít dùng.
Trên thực tế, người ta dùng dao động ký nhiều tia, mà phổ biến là loại hai tia. Trong các loại dao động ký này, ống tia điện tử được cấu tạo theo hai cách.
Loại ống tia có ngăn đôi (hoặc nhiều hơn), hệ thống súng điện tử. Những hệ thống này tạo nên hai tia điện tử (hay nhiều tia) tác dụng lên cùng một màn hình.
Loại ống có chia điện tử phát ra từ cùng một catốt ra một số tia.
Cả hai loại ống trên đều có khó khăn trong chế tạo là làm sao để khử bỏ được tác dụng ảnh hưởng lẫn nhau của các tia điện tử. Khó khăn này càng lớn khi số tia điện tử càng nhiều. Vì vậy, thông thường thì chỉ có loại ống có hai tia. Trong một số quá trình có cùng tần số, có thể khảo sát đồng thời trên màn của một dao động ký có ống tia điện tử có một tia. Cách này được thực hiện theo biện pháp thứ hai đã nói ở trên; nó được kèm thêm một bộ phận phụ của dao động ký nữa là chuyển mạch điện tử.
Chuyển mạch điện tử là thiết bị dùng đèn điện tử hoặc đèn bán dẫn, đầu vào được đưa tới cả hai quá trình điện áp cần nghiên cứu. Đầu ra của nó đưa tới cặp phiến lệch Y (hay bộ khuếch đại y) của dao động ký. Tác dụng của chuyển mạch điện tử là làm cho tia điện tử chuyển đổi thời gian quét để ghi quá trình cần nghiên cứu này sang quá trình cần nghiên cứu khác. Sự chuyển mạch trên được thực hiện do sự khống chế dao động xung vuông đối xứng được tạo ra từ một bộ đa hài. Điện áp chuyển mạch cần yêu cầu dạng xung của nó gần vuông góc, có như vậy thì sự chuyển trạng thái mới tức thời, không gây mờ rối dao động đồ cần quan sát. Xung điện áp này cần phải đối xứng, tức thời gian hai khoảng chu kỳ dương và âm phải bằng nhau, có như vậy thì độ sáng của hai dao động đồ mới bằng nhau.
Dao động ký có chức năng chung thông dụng là loại dao động ký phổ biến
nhất và thường được sử dụng để khảo sát các quả trình có tần số thấp, các tín hiệu xung để kiểm tra các thiết bị điện tử. Dải tần số các loại dao động ký này đến 100MHz. Dải điện áp của tín hiệu từ milivôn đến hàng trăm vôn
Dao động ký vạn năng là loại dao động ký này có nhiều ứng dụng bằng
cách có thể thay thế nhiều mảng khác nhau tùy thuộc vào chức năng mà ta muốn sử dụng. Nó được sử dụng để khảo sát các tín hiệu đa hài cũng như tín hiệu xung. Dải tần số các loại dao động ký này đến 100MHz. Dải điện áp của tín hiệu từ milivôn đến hàng trăm vôn. Dải tần số các loại dao động ký này có thể đạt tới hàng trăm MHz. Dải điện áp của tín hiệu từ hàng chục micrôvôn đến hàng trăm vôn
Dao động ký lấy mẫu là loại dao động ký dùng để ghi lại những tín hiệu
tuần hoàn trong dải tần rộng đến vài GHz. Dải điện áp từ mV đến vài vôn có thể ghi một lúc hai tín hiệu cần khảo sát
Dao động ký có nhớ là loại dao động ký có thể khảo sát các loại tín hiệu
tức thời, tuần hoàn chậm, hay tín hiệu ngắn, tín hiệu quá độ…v.v. Ở loại dao động ký này người ta sử dụng ống phóng tia điện tử có nhớ. Dải tần số có thể đến 150MHz với tốc độ ghi đến 4000km/s. Dải điện áp của tín hiệu từ hàng chục mV đến hàng trăm vôn. Có thể ghi hai tín hiệu cùng một lúc. Dao động ký số là loại dao động ký có nhớ số. nguyên lý làm việc dựa trên
việc số hóa tín hiệu khảo sát nhờ bộ chuyển đổi A/D. Các mẫu được ghi vào bộ nhớ, sau đó được biến trở lại thành tương tự cho các mục đích hiện hình.
3.4.1. Dao động ký điện tử có nhớ tương tự
Như ta đã biết, vật liệu phốtpho dùng trên màn hình của máy hiện sóng thông thường chỉ phát sáng trong khoảng thời gian cỡ miligiây(gọi là sự lưu sáng). Hiện tượng trên có thể thỏa mãn với các tín hiệu có tần số đủ lớn. Khi các tín hiệu có tần số thấp do sự lưu sáng ngắn nên đồ thị được vẽ trên màn hình chỉ là những điểm sáng mà không phải là đường sáng liên tục. Mặt khác, trường hợp dạng sóng chỉ xuất hiện một lần không lặp lại(ví dụ khi đóng nguồn điện) ta không thể quan sát được vì vậy cần thiết phải làm cho màn hình phát sáng liên tục dọc theo đường đi của sóng đã được vẽ ra (lưu sáng lâu) ta có thể quan sát dạng sóng dễ dàng hơn. Muốn vậy thì cấu tạo của ống phóng tia điện tử cần có cấu tạo đặc biệt.
Hình trên mô tả cấu tạo của ống phóng tia điện tử có nhớ với hai trạng thái ổn định (hiện hình hoặc không hiện hình). Trong đó màn hình có một lớp nhớ từ vật liệu phốtpho có khả năng phát xạ thứ cấp và có điện trở rất cao giữa các hạt (Sự phát xạ thứ cấp xuất hiện khi các điện tử năng lượng cao đập vào bề mặt khiến cho các điện tử phát ra từ bề mặt đó). Một màng kim loại được kết tủa giữa lớp kính của màn hình và lớp nhớ. Ống chuẩn trực là màng kim loại kết tủa quanh cổ ống phóng.
Ngoài hệ thống katốt và các anốt để phóng tia điện tử và gia tốc các điện tử trong ống phóng tia điện tử có nhớ còn được bố trí thêm hai katốt phụ để tạo ra những điện tử có năng lượng thấp.
Màng kim loại có điện thế từ +1V ÷ 3V so với đất. Các đám mây điện tử do các katốt phụ phát ra bị hút về phía màn kim loại làm cho các đám mây đó tràn khắp màn hình. Khi chưa có các chùm tia điện tử phát ra từ katốt chính, các đám mây điện tử bị ống chuẩn trực gom lại và trên màn hình không xuất hiện các vệt sáng. Khi có các chùm tia điện tử phát ra từ katốt chính qua hệ thống anốt các điện tử đó đập vào lớp phốtpho với năng lượng đủ lớn để tạo ra sự phát xạ thứ cấp. Các điện tử phát xạ thứ cấp được ống chuẩn trực gom lại.
Mỗi điểm xuất hiện sự phát sự phát xạ thứ cấp trên màn hình lại trở thành điểm tích điện dương được vạch ra ở lớp nhớ có hình dạng của sóng đưa vào. Các điện tử có năng lượng thấp phát ra từ các katốt phụ bị hút về phía màng kim loại. Khi qua lớp nhớ các điện tử làm cho phốtpho tiếp tục phát sáng. Nhờ hiện tượng
Muốn xóa hình hiện người ta làm cho màng kim loại trở nên âm và chúng đẩy các điện tử quay ngược trở lại lớp nhớ, ở đó chúng tích tụ lại và làm cho mức điện thế ở các điểm giống như xung quanh và hình không hiện lên nữa.
3.4.2. Dao động ký điện tử nhớ số
Trong các dao động ký điện tử có nhớ tương tự, các dạng sóng được ghi nhớ nhờ ống phóng tia điện tử có cấu tạo đặc biệt. Với các dao động ký điện tử nhớ số, các dạng sóng được số hóa và lưu giữ vào một bộ nhớ.
Tín hiệu vào đầu tiên được lấy mẫu sau đó mỗi mẫu tương tự qua bộ biến đổi tương tự - số (ADC) được biến thành một mẫu dưới dạng số. Các mẫu đã số hóa được lưu giữ trong bộ nhớ và sẽ được biến đổi ngược thành dạng tương tự nhờ bộ biến đổi số - tương tự (DAC). Các mẫu tái tạo lại được sử dụng cùng với gốc thời gian có dạng sóng bậc thang để tạo ra một tập hợp các dấu chấm như ở dao động ký lấy mẫu.
Hình dưới đây biểu diễn hệ thống lấy mẫu và nhớ cơ bản dùng cho một dao động ký số. Trong đó bộ tạo gốc thời gian tạo ra các xung có tần số lấy mẫu cần thiết. Mỗi xung tác động khiến cho cửa lấy mẫu thông trong một khoảng thời gian ngắn. Theo cách đó, tạo ra được một chuỗi các mẫu biên độ. Mỗi mẫu như vậy sẽ được bộ ADC biến đổi thành một dãy xung ngắn. Số xung tỷ lệ thuận với biên độ đã lấy mẫu. Các nhóm xung được đưa vào bộ nhớ và chúng được lưu lại.
Hình 3.8 biểu diễn hệ thống khôi phục lại các thông tin đã được lưu giữ từ bộ nhớ. Các mẫu dưới dạng số từ bộ nhớ qua bộ DAC được biến đổi thành dạng tương tự và tạo thành dạng sóng bậc thang. Trong khi đó, bộ tạo gốc thời gian cũng tạo ra điện áp dạng bậc thang để điều khiển DAC sao cho mỗi mẫu tương tự được tái tạo lại ở một điểm trong gốc thời gian.
Các mẫu tương tự được đưa tới đầu vào của khuyếch đại tới phiến làm lệch đứng. Mặt khác các điện áp dạng bậc thang được cung cấp cho khuyếch đại và đặt vào phiến làm lệch ngang.
Tổ hợp hai tín hiệu trên cùng với các xung không xóa sẽ tạo ra dạng sóng với các dấu chấm trên màn hình biểu diễn dạng sóng của tín hiệu vào ban đầu.
Ưu điểm của dao động ký nhớ số là có thể nhớ các dạng sóng trong khoảng thời gian dài. Thông tin nhớ không bị mất theo thời gian. Dao động ký nhớ số còn có khả năng nhớ và hiện hình những dạng sóng tức thời cũng như các dạng sóng lặp lại.
Nhược điểm của thiết bị này là không sử dụng được ở tần số cao.
3.4.3. Dao động ký có cài đặt vi xử lý
Ôxilô có cài đặt vi xử lý là loại ôxilô trong đó việc điều khiển ôxilô đã được chương trình hóa, điều này cho phép thay đổi một cách cơ bản quá trình xử lý của ôxilô. Ví dụ, đã có ôxilô mà toàn bộ các giá trị cần thiết như đo biên độ, độ dài của
cầu, được đơn giản bằng việc nhấn nút tương ứng. Điều này đã làm thay đổi hoàn toàn cấu tạo mặt trước của ôxilô.
Việc điều khiển không những được đơn giản hóa mà còn tiện lợi hơn. Nó có thể được thực hiện theo chương trình làm việc của bộ kiểm tra đặt bên trong hay bởi sự trợ giúp của bộ kiểm tra hệ thống các giao diện (interface) mà thiết bị được nối vào. Như thế là đã xuất hiện khả năng tự động hóa hoàn toàn quá trình điều khiển chế độ làm việc của ống tia điện tử, mà thông thường nó được thiết lập ngay từ ban đầu và giữ được suốt trong quá trình đo lường, quan sát. Nó còn đưa được kết quả đo được qua các giao diện đến các thiết bị hay các thiết bị xử lý khác.
Các khả năng khác của ôxilô có sử dụng vi xử lý là đơn giản hoá các thao tác đo: giảm bớt khối lượng công việc của qúa trình đo; tăng cao độ chính xác; mở rộng được khả năng đo các thông số của tín hiệu; thực hiện được các phép tính toán học...Ví dụ, muốn đo biên độ của xung vuông, chỉ cần đặt trên mặt hiển thị của biên độ hai dấu sáng: một dấu ở mức không, một dấu ở đỉnh biên độ xung và bấm một nút tương ứng. Kết quả đo sẽ hiển thị trên màn hình dưới dạng số thập phân cùng với đơn vị đo.
Trong các ôxilô dùng bộ vi xử lý, các yêu cầu về độ chính xác, độ ổn định của hệ số truyền đạt trên các kênh được giảm xuống do các sai số có thể xảy ra đã được triệt tiêu bằng các giá trị chính xác của các hệ số truyền đạt trên các kênh đã được lưu giữ trong bộ nhớ của phần sai số theo hai kênh dọc và ngang.
Việc thực hiện tính giá trị trung bình của tín hiệu được nghiên cứu trong một thời gian dài, đã làm giảm xuống đáng kể các ảnh hưởng đo nhiễu và tăng đáng kể về chất lượng biểu đồ được vẽ trên ôxilô.
Việc tăng các khả năng đo các thông số của tín hiệu được nghiên cứu, ví dụ như: đo tần số của tín hiệu có chu kỳ; đo giá trị trung bình bình phương của điện áp; đo diện tích, độ rộng xung; đo năng lượng.... Việc các thông số trên chỉ cần nhấn một nút tương ứng, mà không đòi hỏi phải tính toán gì thêm để có được kết quả.
Việc sử dụng ôxilô có cài đặt vi xử lý còn làm tăng hiệu qủa của việc làm thực nghiệm và hiệu chỉnh các sơ đồ mạch điện trong quá trình thiết kế. Các thông số của một sơ đồ mạch hoàn hảo, các kết quả phản ứng của toàn mạch hay riêng của từng phần mạch khi cho tín hiệu thử, tín hiệu chuẩn vào bộ nhớ của bộ vi xử lý. Các giá trị này sẽ được so sánh với các giá trị thu được khi thực nghiệm mạch mới, từ đó có thể hiệu chỉnh hay điều chỉnh thêm, bổ xung cho tới khi đạt hoàn chỉnh.
Một khả năng đáng kể nữa của ôxilô có cài đặt μP là việc nhanh chóng hiệu chỉnh và thiết lập các đơn vị chuẩn. Đây là một việc phải làm định kỳ trong quá
không cần phải mở vỏ máy ôxilô như trước để can thiệp vào bên trong, mà việc đó chỉ cần thực hiện trên mặt điều khiển. Theo chương trình đặt trước các giá trị chuẩn sẽ được tính toán, sau đó được ghi vào bộ nhớ không xoá. Trong bộ nhớ cũng ghi các hướng dẫn để đặt các giá trị chuẩn và được thông báo ra trên màn hình từng bước một cho người đặt các giá trị chuẩn.
3.4.4. Dao động ký nhiều tia
Trong những trường hợp cần so sánh nhiều tín hiệu cần đo, ta phải khảo sát hai hay nhiều quá trình trên một dao động ký. Vấn đề này được giải quyết bằng các biện pháp:
- Mỗi quá trình nghiên cứu được dùng một tia điện tử riêng biệt.
- Chỉ dùng một tia điện tử để ghi cả hai quá trình nhưng làm cho tia điện tử thay đổi có chu kỳ để ghi từ quá trình này sang quá trình khác.
Phương pháp thứ nhất phải dùng nhiều dao động ký khác nhau, mỗi dao động ký nghiên cứu một quá trình riêng biệt. Cách thực hiện như vậy thì rất tốn kém, vì phải dùng nhiều dao động ký. Hơn nữa, vì độ nhạy của các ống tia điện tử khác nhau, tỷ lệ xích về thời gian không giống nhau, nên phương pháp này ít dùng.
Trên thực tế, người ta dùng dao động ký nhiều tia, mà phổ biến là loại hai tia. Trong các loại dao động ký này, ống tia điện tử được cấu tạo theo hai cách.
- Loại ống tia có ngăn đôi (hoặc nhiều hơn), hệ thống súng điện tử. Những hệ thống này tạo nên hai tia điện tử (hay nhiều tia) tác dụng lên cùng một màn hình.
- Loại ống có chia điện tử phát ra từ cùng một katốt ra một số tia.
Cả hai loại ống trên đều có khó khăn trong chế tạo là làm sao để khử bỏ được tác dụng ảnh hưởng lẫn nhau của các tia điện tử. Khó khăn này càng lớn khi số tia điện tử càng nhiều. Vì vậy, thông thường thì chỉ có loại ống có hai tia. Trong một số quá trình có cùng tần số, có thể khảo sát đồng thời trên màn của một dao động ký có ống tia điện tử có một tia. Cách này được thực hiện theo biện pháp thứ hai đã nói ở trên; nó được kèm thêm một bộ phận phụ của dao động ký nữa là chuyển mạch điện tử.
Chuyển mạch điện tử là thiết bị dùng đèn điện tử hoặc đèn bán dẫn, đầu vào được đưa tới cả hai quá trình điện áp cần nghiên cứu. Đầu ra của nó đưa tới cặp