Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Виды разверток в универсальном осциллографе



Общие сведения

Наглядное, или визуальное воспроизведение формы колеба­ний является важной задачей радиотехнических измерений, по­скольку форма позволяет сразу оценить многие параметры коле­баний. Одним из основных приборов, служащих для визуального наблюдения и исследования формы электрических сигналов, яв­ляется осциллограф (от лат. «осциллум» — колебание и греч. «графо» — пишу). Большинство современных осциллографов, находящихся в эксплуатации, оснащены электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) и их называют электронно-лучевыми осциллогра­фами. Вместе с тем, в последних разработках осциллографов в качестве отображающих устройств применяют матричные инди­каторные панели — газоразрядные, плазменные, жидкокристал­лические, твердотельные и т.д.

Электронно-лучевой осциллограф — измерительный прибор для визуального наблюдения в прямоугольной системе координат электрических сигналов и измерения их параметров. С помощью осциллографа наблюдают периодические непрерывные и им­пульсные сигналы, непериодические и случайные сигналы, оди­ночные импульсы и оценивают их параметры. Чаще всего с по­мощью осциллографа наблюдают зависимость напряжения от времени, причем, как правило, осью времени является ось абс­цисс, а ось ординат отражает уровень сигнала. По изображениям, получаемым на экране осциллографа, можно измерить амплиту­ду, частоту и фазовый сдвиг, параметры модулированных сигна­лов и ряд других показателей. На базе осциллографа созданы приборы для исследования переходных, частотных и амплитуд­ных характеристик различных радиотехнических устройств.

Для многих целей разработаны и используют различные ти­пы электронно-лучевых осциллографов: универсальные, скоро­стные, стробоскопические, запоминающие, специальные и т.д. Отличаясь техническими характеристиками, схемными и конст­руктивными решениями, в этих осциллографах используется общий принцип получения осциллограмм. Возможность наблю­дения формы исследуемого сигнала и одновременное измерение его параметров и характеристик выдвигают электроннолучевой осциллограф в разряд универсальных приборов.

Наибольшее распространение получили универсальные ос­циллографы, позволяющие исследовать электрические сигналы с длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд в диапазоне амплитуд от долей милливольт до сотен вольт, а также измерять параметры таких сигналов с приемлемой для практики погрешностью (5...7 %). Полоса пропускания лучших универ­сальных осциллографов составляет 300...500 МГц и более.

Повторяющиеся кратковременные процессы исследуют с помощью стробоскопических осциллографов. По принципу дей­ствия стробоскопические осциллографы относят к приборам с преобразованием временного масштаба и отличаются высокой чувствительностью и широкой (до 10 ГГц) рабочей полосой.

Запоминающие осциллографы, имеющие специальные ЭЛТ, обладают способностью сохранять и воспроизводить изображе­ние сигнала в течение длительного времени после исчезновения его на входе. Основное назначение запоминающих осциллогра­фов — исследование однократных и редко повторяющихся про­цессов. Запоминающие осциллографы обладают почти такими же характеристиками, что и универсальные, однако отличаются рас­ширенными функциональными возможностями.

Специальные осциллографы оснащены дополнительными бло­ками целевого назначения. К ним относятся и телевизионные осцил­лографы, позволяющие наблюдать видеосигнал заданной строки изображения, и цифровые, дающие возможность не только наблю­дать сигнал, но и передать его в цифровом виде на компьютер для дальнейшей обработки. Специальные осциллографы снабжают мультиметрами, позволяющими измерять напряжения, силу токов и сопротивления, а также устройствами для исследования вольтамперных характеристик полупроводниковых приборов.

По числу одновременно наблюдаемых на экране ЭЛТ сигна­лов различают одноканальные и многоканальные осциллографы. Совмещение на экране изображений нескольких входных сигна­лов реализуют или использованием специальной многолучевой трубки, или путем периодического переключения сигналов на разные входы с помощью электронного коммутатора.

Универсальные осциллографы

Рассмотрим упрощенную структурную схему универсально­го осциллографа, приведенную на рис. 5.1. В схеме этого осцил­лографа кроме ЭЛТ можно выделить следующие функциональ­ные блоки: каналы вертикального и горизонтального отклонений, устройство синхронизации и запуска развертки, канал модуляции луча, вспомогательные устройства, источник питания. В осцил­лографе исследуемый электрический сигнал подают через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систе­му ЭЛТ, а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляют напряжением горизонтальной развертки.


Электронно-лучевая трубка представляет собой вакуумную стеклянную колбу, внутри которой размещены электронная пуш­ка, отклоняющие пластины и люминесцентный экран. Электрон­ная пушка состоит из подогреваемого катода К, модулятора (сет­ки) яркости светового пятна М, электродов фокусировки и ускорения электронного луча— фокусирующего анода А1 уско­ряющего анода А2 и основного анода А3.

Структурная схема универсального осциллографа

 

Яркость свечения люми­нофора ЭЛТ регулируют путем изменения отрицательного на­пряжения на модуляторе М. Напряжение на первом аноде А1 фокусирует электронный поток в узкий луч. Чтобы придать элек­тронам скорость, необходимую для свечения люминофора, на второй анод А2 подают достаточно большое (до 2000 В) положи­тельное напряжение. Для дополнительного ускорения электронов используют анод А3, к которому приложено высокое положитель­ное напряжение (до 10... 15 кВ).

Основным назна­чением электронной пушки является формирование узкого электронного пучка, при попадании которого на люминесцентный экран на экране возни­кает светящееся пятно.

Работа отклоняющих систем ЭЛТ: электронный пучок (луч), проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных металлических отклоняющих пластин: вертикально отклоняющих Y и горизон­тально отклоняющих X. Если к отклоняющим пластинам прило­жить напряжение, то между ними будет существовать электриче­ское поле, которое будет вызывать отклонение электронного луча в ту или иную сторону. Когда напряжение приложено к верти­кально отклоняющим пластинам, то пятно будет перемещаться по оси Y; если же напряжение приложено к горизонтально откло­няющим пластинам, то световое пятно на экране трубки будет отклоняться вдоль оси X. Если сфокусировать электрон­ный луч так, чтобы световое пятно расположилось в центре экра­на ЭЛТ, а затем к пластинам Y приложить исследуемый сигнал, а к пластинам X — пилообразное напряжение, то под совместным воздействием двух напряжений луч вычертит на экране трубки осциллограмму, отражающую зависимость входного напряжения от времени.

Канал вертикального отклонения луча служит для передачи на пластины Y ЭЛТ исследуемого сигнала uc(t), под­водимого к входу Y. Канал вертикального отклонения луча со­держит аттенюатор, линию задержки и усилитель Y. Аттенюатор позволяет ослабить сигнал uc(t) в определенное число раз, а регулируемая линия задержки обеспечивает небольшой временной сдвиг сигнала на пластинах Y ЭЛТ относительно начала развер­тывающего напряжения Ux, что важно для ждущего режима. Уси­литель Y обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах Y, доста­точную для значительного отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом uc(t). Этот усилитель содержит входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления и парафазный (с противофазными выходными сигналами одинаковой амплитуды) усилитель, обеспечивающий положение светового пятна в центре экрана при отсутствии исследуемых сигналов. Сигнал от калибратора поступает на вход перво­го усилителя для установки заданного коэффициента усиления. Основные характеристики канала вертикального отклонения:

• верхняя граничная частота (порядка 100 МГц и более);

• чувствительность;

• входные сопротивление (1... 3 МОм) и емкость (1... 5 пФ);

• погрешность измерения амплитуды напряжения и интервалов времени — около 5-7 %.

Во входную цепь канала вертикального отклонения включа­ют также коммутируемый разделительный конденсатор, позво­ляющий при необходимости исключить подачу на вход осцилло­графа постоянной составляющей исследуемого сигнала (так называемый «закрытый» вход).

Канал горизонтального отклонения луча служит для создания горизонтально отклоняющего — развертывающего — напряжения Ux с помощью напряжения генератора развертки или
для передачи (через аттенюатор и усилитель) на пластины X исследуемого сигнала, подводимого к входу X.

Схема синхронизации (и запуска развертки) управляет ге­нератором развертки и обеспечивает кратность периодов иссле­дуемого сигнала и развертки. Для получения неподвижного изображения начало развертки должно быть связано с одной и той же характерной точкой сигнала (фронтом, максимумом ам­плитуды и т.д.). Это достигают синхронизацией напряжения развертки с напряжением сигнала, поэтому период развертки должен быть равен или кратен периоду исследуемого сигнала:

Тразв = пТс, где п = 1, 2, 3, 4, ....

Развертка — линия, которую прочерчивает луч на экране при отсутствии исследуемого сигнала в результате действия только одного развертывающего напряжения. Процесс привязки развертки к характерным точкам сигнала называют синхрониза­цией в автоколебательном режиме работы генератора и запуском — в ждущем. Синхронизацию и запуск развертки производят спе­циальным синхроимпульсом, подаваемым на генератор из устрой­ства синхронизации.

В осциллографе установлены два режима синхронизации: внутренняя (Внут.) и внешняя. При внутренней синхронизации (переключатели П1 иП2 — в положении 1) синхроимпульсы вы­рабатывают из усиленного входного сигнала до его задержки. При внешней синхронизации (переключатели П1 и П2 — в по­ложении 2) сигнал синхронизации подают от внешнего источни­ка на специальный вход X осциллографа.

Канал горизонтального отклонения характеризуют чувстви­тельностью и полосой пропускания, показатели которых практи­чески раза в два меньше, чем в канале вертикального отклонения. Основным блоком в канале горизонтального отклонения является генератор развертки, работающий в непрерывном или ждущем режиме. К форме пилообразного напряжения генератора предъ­являют ряд специфических требований:

• время обратного хода луча должно быть много меньше вре­мени прямого хода, т.е.

Тобр < < Тпр; иначе часть изображения сиг­нала будет отсутствовать;

• напряжение развертки при прямом ходе луча должно быть линейным, иначе электронный луч будет двигаться по экрану трубки с различной скоростью и нарушится равномерность временного масштаба по оси X. Это может привести к искажению исследуемого сигнала.

Канал управления яркостью (модуляции луча по яркости) предназначен для подсветки прямого хода луча. Подсветку осу­ществляют передачей с входа Z на управляющий электрод (моду­лятор М) ЭЛТ сигнала, модулирующего поток луча и, следо­вательно, яркость свечения люминофора. В схему этого канала входят: аттенюатор, схема изменения полярности и усилитель Z. Для формирования требуемого уровня напряжения модулятора, служит усилитель Z. Усилитель может иметь дополнительный вход, что дает возможность модуляции изображения по яркости внешним сигналом. Канал Z используют и для создания яркостных меток для измерения частоты и фазы.

Калибратор — генератор напряжений, формирующий перио­дический импульсный сигнал с известными амплитудой, длитель­ностью и частотой для калибровки осциллографа, т.е. для обес­печения правильных измерений параметров исследуемого сигнала.

Электронно-лучевая трубка

X

Способ получения сфокусированного луча и принцип управле­ния лучом в осцилло­графе можно пояснить с помощью схемы, пред­ставленной на рис. 5.6. Как уже отмечалось вы­ше, в ЭЛТ совокупность электродов К, М, А1, А2, А3 называют электрон­ной пушкой, которая излучает узкий пучок электронов. Для этого

на электроды подают напряжения, примерные величины которых даны на рис. 5.6.

Основные характеристики ЭЛТ— чувствительность, полоса пропускания, длительность послесвечения, площадь экрана. Чув­ствительность трубки ST = LT /UT, где LT — отклонение луча на экране трубки под воздействием напряжения UT, приложенного к паре отклоняющих пластин. Обычно Sт составляет 1 мм/В.

С увеличением частоты исследуемого сигнала чувствитель­ность трубки падает. Верхнюю границу полосы пропускания ЭЛТ устанавливают на уровне, где чувствительность составляет при­мерно 0, 7 от номинального значения. Для универсальных осцил­лографов широкого использования эта частота достигает 200 МГц. В современных осциллографах часто применяют многолучевые трубки; для этого увеличивают количество электродов. Более экономичным оказывается использование однолучевого осцилло­графа в режиме поочередной подачи двух сигналов на отклоня­ющие пластины (двухканальные осциллографы). За счет эффекта послесвечения трубки и свойств глаза человека на экране наблю­дают одновременное изображение двух сигналов, хотя их и по­дают поочередно.

К световым параметрам ЭЛТ относят:

• диаметр светового пятна, который при оптимальной яркости определяет разрешающую способность ЭЛТ;

• максимальная яркость свечения экрана; зависит от плотности электронного луча и регулируется изменением отрицательного напряжения на модуляторе;

• цвет свечения экрана; чаще всего используют зеленый и желтый цвета, обеспечивающие наименьшую утомляемость глаз;

• время послесвечения; для улучшения визуального восприятия осциллограммы время свечения экрана должно превышать время воздействия на него электронов.

• Если требуется наблюдать процессы с частотой менее 10 Гц, используют экраны с послесвечением средней продолжительно­сти до 100 мс.

 

Для фоторегистрации более предпочтителен лю­минофор с малым (0, 01 с) послесвечением. При исследовании медленно меняющихся процессов применяют экраны, имеющие послесвечение более 0, 1 с.

Напряжение развертки при прямом ходе луча трубки должно быть линейным, иначе появятся искажения исследуемого сигнала (рис. 5.7, а). Нелинейность рабочего участка развертки прямого хода луча характеризуют коэффициентом нелинейности:

 

 

физический смысл которого поясняет рис. 5.7, б.

Рис. 5.7. Искажения осциллограммы сигнала:

а — нелинейность развертки; б -— иллюстрации к понятию

коэффициента нелинейности; н — начало развертки; к — конец развертки

Коэффициент нелинейности выражает относительное изме­нение скорости нарастания напряжения в начале и конце рабочего хода развертки; дол­жен быть менее 1 %.

Практически линейную развертку на экране ЭЛТ при ограниченном уровне питаю­щего напряжения Е можно создать в схемах интеграторов на ОУ (рис. 5.8). Операцион­ный усилитель относится к «идеальным» устройствам — поэтому в схеме ток i0 = 0. С уче­том этого равенства токи iR = uBX/R и ic = - CduBЫX /dt. Приравняв эти токи и полагая RC = tа, после несложных преобразований, получим:

Рис. 5.8. Генератор развертки на ОУ

 

т.е. устройство осуществляет линейное интегрирование напряже­ния развертки.

Запоминающие осциллографы

При исследовании одиночных импульсов и периодических сигналов с большой скважностью используют запоминающие ос­циллографы, основой которых являются запоминающие трубки.

Запоминающие ЭЛТ содержат те же элементы, что и ЭЛТ универсального осциллографа, а также дополнительно оснаща­ются узлом памяти и системой воспроизведения изображения. Узел памяти состоит из двух плоских сеточных электродов, рас­положенных параллельно экрану (рис. 5.9). Непосредственно у экрана находится мишень, покрытая слоем диэлектрика. Поверх мишени помещен другой электрод в виде сетки с более крупной структурой — коллектор.

Изображение записывается электронным лучом высокой энергии (записывающий луч). Электроны луча оседают на мишени, причем количество за­ряда пропорционально току луча. При перемещении луча на мишени создается потенциальный рельеф, повторяющий форму ос­циллограммы. После пре­кращения действия сигнала потенциальный рельеф

мишени сохраняется длительное время. Наблюдать записанное
изображение позволяет воспроизводящая система, состоящая из подогреваемого катода К', анода А'2 и модулятора М' (см. рис. 5.9). Катод трубки создает поток электронов малой энергии, плотность которого регулируют модулятором М'. В результате формируется широкий расфокусированный пучок электронов, равномерно облучающий мишень. Потенциал мишени подобран таким образом, чтобы при отсутствии записанного изображения медленные электроны воспроизводящего пучка не могли через нее пройти. При наличии потенциального рельефа в этих точках мишени часть электронов проходит к экрану, вызывая его све­чение. На экране появляется осциллограмма, повторяющая форму потенциального рельефа мишени. Стирают запись пода­чей на коллектор отрицательного импульса, выравнивающего потенциал мишени.

У запоминающей ЭЛТ выделяют три характерных режима работы:

• наблюдение сигнала без записи изображения; на коллекторе небольшое положительное напряжение Uкол = + 50 В, на мишени нулевой потенциал Uмиш = 0 и она прозрачна для быстро летящих электронов;

• режим записи; Uкол = + 50 В, на мишень подают положительный потенциал Uмиш= 30 В, и мишень становится менее прозрачна, поэтому быстро летящие электроны выбивают вторичные электроны и создают на мишени положительный потенциальный рельеф, который остается длительное время;

• режим воспроизведения; потенциал мишени снова становит­ся нулевым Uмиш = 0, кроме тех мест, где записан рельеф; мишень облучается широким потоком медленно летящих электронов с воспроизводящей системы, для этого потока мишень прозрачна только в местах рельефа, где записан сигнал.

Запоминающие ЭЛТ характеризуют следующие параметры:

• яркость свечения экрана в режиме воспроизведения регулируют напряжением модулятора системы воспроизведения и может быть высока, так как воспроизведение производится непрерывно;

• время воспроизведения изображения в основном ограничивается устойчивостью потенциального рельефа к ионной бомбардировке; в современных ЭЛТ время воспроизведения может достигать десятков минут;

• время сохранения записи определяют при снятом с ЭЛТ напряжении;

• скорость записи характеризует быстродействие ЭЛТ в режиме запоминания и ее определяют временем, необходимым для создания потенциального рельефа достаточной величины.

Последние модели запоминающих ЭЛТ имеют скорость за­писи сигналов от 2, 5 до 4000 км/с.

Матричная индикаторная панель. Новым отображающим устройством, применяемым в современных осциллографах с ана­лого-цифровым и полностью цифровым преобразованием исследу­емого сигнала, является матричная индикаторная панель. Она пред­ставляет собой совокупность расположенных определенным образом отдельных дискретных излучателей (жидкокристалличе­ских, газоразрядных, твердо­тельных, плазменных и т.д.). На рис. 5.10 показана кон­струкция матричной газораз­рядной панели.

Матричная панель со­держит две стеклянные пла­стины 1, на внешних поверх­ностях которых напылены тонкие проводящие полоски — аноды 2 и катоды 3. Ано­ды располагают на лицевой пластине, через которую проходит световое излучение, поэтому их делают прозрачными.

Рис. 5.10. Матричная панель: - стеклянные пластины; 2 — аноды; 3 — катоды; 4 — матрица

Между пластинами помещают диэлектрическую матри­цу 4 с отверстиями, образующими газоразрядные (или другие) ячейки в точках перекрестия электродов. Панель заполняют гелий-неоновой смесью и герметизируют. Изображение исследуемого сигнала воспроизводят поочередным свечением газоразрядных ячеек. Для этого со схемы управления панелью на аноды и катоды пластин подают соответственно положительный и отрицательный импульсы напряжений поджига. Номер анода, на который подают импульс напряжения поджига, определяет строку развертки, а но­мер катода — столбец; на их перекрестии располагается светящая­ся ячейка панели. Такой принцип управления лучом развертки на­зывают матричным, на практике его реализуют цифровыми методами и устройствами.

Преимущества матричных индикаторных панелей: малые габа­риты и вес, низкие напряжения питания; в них отсутствуют геомет­рические искажения, светящаяся точка стабильна. Разработаны па­нели с внутренней памятью, способные не только воспроизводить, но и запоминать изображение сигнала. Цифровой принцип управле­ния позволяет достаточно просто совместить изображение сигнала с цифробуквенной индикацией его параметров на одном экране. К не­достаткам матричных индикаторных панелей следует отнести слож­ность схемы управления, сравнительно невысокую разрешающую способность и низкое быстродействие.

Запоминающие цифровые осциллографы. В последние годы широкое применение в измерительной технике находят запоми­нающие цифровые осциллографы (ЗЦО). Структурная схема ЗЦО приведена на рис. 5.11. Осциллограф может работать в двух ре­жимах. Если сдвоенный переключатель П находится в положении 1, то схема представляет обычный универсальный осциллограф, а если в положении 2 — то схема работает как ЗЦО.

Рис. 5.11. Структурная схема запоминающего цифрового осциллографа

Принцип действия ЗЦО: исследуемый сигнал uc(t) с входа Y подают через аттенюатор на информационный вход аналого-цифрового преоб­разователя (АЦП). Из контроллера (управляющего устройства) на АЦП подаются еще и тактовые импульсы Ut с периодом следо­вания Т. При поступлении в некоторый момент времени ti одно­го из них, АЦП преобразует амплитуду сигнала uc(ti) в двоичный код U(ti), т.е. набор кодовых чисел 0 и 1. В конце такого преобра­зования АЦП выдает на контроллер соответствующий сигнал. При этом цифровой код передают в определенную ячейку запо­минающего устройства (ЗУ).

За время исследования сигнала U(t) в ЗУ накапливаются ко­ды его амплитуд U(ti), U(ti + T), U(ti + 2T), и т.д.; там они могут храниться любое время. Для воспроизведения хранимой инфор­мации по команде контроллера из памяти ЗУ коды считывают в требуемой последовательности и заданном темпе и подают на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), который каждый код преобразует в соответствующее ему напряжение. Эти напряжения передают через усилитель на пластины Y. Осциллограмма пред­ставляет собой набор светящихся точек.

Достоинства ЗЦО: практически неограниченное время хра­нения информации; широкие пределы скорости ее считывания; возможность замедленного воспроизведения отдельных участков запомненного сигнала; яркие и четкие осциллограммы; возмож­ность обработки информации в цифровом виде на компьютере или с помощью встроенного микропроцессора. Недостаток ЗЦО — из-за сравнительно невысокого быстродействия АЦП боль­шинство осциллографов могут запоминать сигналы, имеющие час­тоту не выше 100 МГц. Электронно-лучевая трубка ЗЦО также име­ет ряд недостатков: большие габариты (длина), высокие питающие напряжения, сравнительно малая долговечность. Поэтому в послед­ние годы в ЗЦО используют матричные газоразрядные и жидкокрис­таллические индикаторные панели.

Цифровые осциллографы

Цифровой осциллограф позволяет одновременно наблюдать на экране сигнал и получать численные значения ряда его пара­метров с большей точностью, чем это возможно путем считыва­ния количественных величин непосредственно с экрана обычного осциллографа. Это возможно потому, что параметры сигнала из­меряют непосредственно на входе цифрового осциллографа, тогда как сигнал, прошедший через канал вертикального отклонения, может быть измерен с существенными ошибками (до 10 %).

На экране современного цифрового осциллографа, помимо собственно осциллограмм, отображается состояние органов управления (чувствительность, длительность развертки и т.п.). Предусмотрен вывод информации с осциллографа на печать и другие функциональные возможности. Однако этим не ограни­чиваются возможности цифровых осциллографов. Сопряжение цифровых осциллографов с микропроцессорами позволяет оп­ределять действующее значение напряжения сигнала и даже вычислять и отображать на экране преобразования Фурье для любого вида сигнала. В устройствах цифровых осциллографов осуществляется полная цифровая обработка сигнала, поэтому в них, как правило, используют отображение на новейших индика­торных панелях.

В цифровых осциллографах отображение результата измере­ния осуществляют тремя способами:

• параллельно с наблюдением изображения сигнала на экране, его численные параметры высвечиваются на табло;

• оператор подводит к изображению сигнала на экране световые метки так, чтобы отметить измеряемый параметр, и по цифре на соответствующей регулировке определяет величину интересующего параметра;

• используют специальные индикаторы и растровый метод формирования изображения исследуемых сигналов и цифровой информации.

В современных цифровых осциллографах автоматически ус­танавливают оптимальные размеры изображения на экране труб­ки. Ниже приводятся параметры современного цифрового авто­матизированного осциллографа, который является характерным представителем этого класса приборов.

Структурная схема цифрового осциллографа содержит: атте­нюатор входного сигнала; усилители вертикального и горизонталь­ного отклонения; измерители амплитуды и временных интервалов; интерфейсы сигнала и измерителей; микропроцессорный контрол­лер; генератор развертки; схему синхронизации и электронно­лучевую трубку.

Технические характеристики типового современного цифро­вого осциллографа:

полоса пропускания 0... 100 МГц; размер экрана 80 х 100 мм; погрешность цифровых измерений 2... 3 %.

Функциональные возможности: автоматическая установка размеров изображения; автоматическая синхронизация; разност­ные измерения между двумя метками; автоматическое измерение размаха, максимума и минимума амплитуды сигналов, периода, длительности, паузы, фронта и спада импульсов; вход в канал общего пользования.

Из структурной схемы, видно, что амплитудные и временные параметры исследуемого сигнала определяют с помощью встроенных в прибор измерителей. На основании данных измерений микропроцессорный контроллер производит вычисление требуемых коэффициентов отклоненияи развертки и через интерфейс устанавливает эти коэффициен­ты в аппаратной части каналов вертикального и горизонтально­го отклонения. Это обеспечивает неизменные размеры изобра­жения по вертикали и горизонтали, а также автоматическую синхронизацию сигнала. Микропроцессорный контроллер также опрашивает положение органов управления на передней панели, и данные опроса после кодирования снова поступают в контрол­лер, который через интерфейс включает соответствующий режим автоматического измерения. Результаты измерений индицируют на отдельном световом табло (оно может быть встроено в экран трубки), причем амплитудные и временные параметры сигнала отображают одновременно.

Контрольные вопросы

1. Для каких целей применяют осциллографы?

2. Какие блоки входят в состав структурной схемы универсального осциллографа? Их назначение?

3. Для чего применяют синхронизацию разверток осциллографа?

4. Перечислите основные типы синхронизации.

5. Для каких целей в осциллографах применяют калибраторы амплитуды?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общие сведения

Наглядное, или визуальное воспроизведение формы колеба­ний является важной задачей радиотехнических измерений, по­скольку форма позволяет сразу оценить многие параметры коле­баний. Одним из основных приборов, служащих для визуального наблюдения и исследования формы электрических сигналов, яв­ляется осциллограф (от лат. «осциллум» — колебание и греч. «графо» — пишу). Большинство современных осциллографов, находящихся в эксплуатации, оснащены электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) и их называют электронно-лучевыми осциллогра­фами. Вместе с тем, в последних разработках осциллографов в качестве отображающих устройств применяют матричные инди­каторные панели — газоразрядные, плазменные, жидкокристал­лические, твердотельные и т.д.

Электронно-лучевой осциллограф — измерительный прибор для визуального наблюдения в прямоугольной системе координат электрических сигналов и измерения их параметров. С помощью осциллографа наблюдают периодические непрерывные и им­пульсные сигналы, непериодические и случайные сигналы, оди­ночные импульсы и оценивают их параметры. Чаще всего с по­мощью осциллографа наблюдают зависимость напряжения от времени, причем, как правило, осью времени является ось абс­цисс, а ось ординат отражает уровень сигнала. По изображениям, получаемым на экране осциллографа, можно измерить амплиту­ду, частоту и фазовый сдвиг, параметры модулированных сигна­лов и ряд других показателей. На базе осциллографа созданы приборы для исследования переходных, частотных и амплитуд­ных характеристик различных радиотехнических устройств.

Для многих целей разработаны и используют различные ти­пы электронно-лучевых осциллографов: универсальные, скоро­стные, стробоскопические, запоминающие, специальные и т.д. Отличаясь техническими характеристиками, схемными и конст­руктивными решениями, в этих осциллографах используется общий принцип получения осциллограмм. Возможность наблю­дения формы исследуемого сигнала и одновременное измерение его параметров и характеристик выдвигают электроннолучевой осциллограф в разряд универсальных приборов.

Наибольшее распространение получили универсальные ос­циллографы, позволяющие исследовать электрические сигналы с длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд в диапазоне амплитуд от долей милливольт до сотен вольт, а также измерять параметры таких сигналов с приемлемой для практики погрешностью (5...7 %). Полоса пропускания лучших универ­сальных осциллографов составляет 300...500 МГц и более.

Повторяющиеся кратковременные процессы исследуют с помощью стробоскопических осциллографов. По принципу дей­ствия стробоскопические осциллографы относят к приборам с преобразованием временного масштаба и отличаются высокой чувствительностью и широкой (до 10 ГГц) рабочей полосой.

Запоминающие осциллографы, имеющие специальные ЭЛТ, обладают способностью сохранять и воспроизводить изображе­ние сигнала в течение длительного времени после исчезновения его на входе. Основное назначение запоминающих осциллогра­фов — исследование однократных и редко повторяющихся про­цессов. Запоминающие осциллографы обладают почти такими же характеристиками, что и универсальные, однако отличаются рас­ширенными функциональными возможностями.

Специальные осциллографы оснащены дополнительными бло­ками целевого назначения. К ним относятся и телевизионные осцил­лографы, позволяющие наблюдать видеосигнал заданной строки изображения, и цифровые, дающие возможность не только наблю­дать сигнал, но и передать его в цифровом виде на компьютер для дальнейшей обработки. Специальные осциллографы снабжают мультиметрами, позволяющими измерять напряжения, силу токов и сопротивления, а также устройствами для исследования вольтамперных характеристик полупроводниковых приборов.

По числу одновременно наблюдаемых на экране ЭЛТ сигна­лов различают одноканальные и многоканальные осциллографы. Совмещение на экране изображений нескольких входных сигна­лов реализуют или использованием специальной многолучевой трубки, или путем периодического переключения сигналов на разные входы с помощью электронного коммутатора.

Универсальные осциллографы

Рассмотрим упрощенную структурную схему универсально­го осциллографа, приведенную на рис. 5.1. В схеме этого осцил­лографа кроме ЭЛТ можно выделить следующие функциональ­ные блоки: каналы вертикального и горизонтального отклонений, устройство синхронизации и запуска развертки, канал модуляции луча, вспомогательные устройства, источник питания. В осцил­лографе исследуемый электрический сигнал подают через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систе­му ЭЛТ, а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляют напряжением горизонтальной развертки.


Электронно-лучевая трубка представляет собой вакуумную стеклянную колбу, внутри которой размещены электронная пуш­ка, отклоняющие пластины и люминесцентный экран. Электрон­ная пушка состоит из подогреваемого катода К, модулятора (сет­ки) яркости светового пятна М, электродов фокусировки и ускорения электронного луча— фокусирующего анода А1 уско­ряющего анода А2 и основного анода А3.

Структурная схема универсального осциллографа

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-05-11; Просмотров: 308; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.115 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь