Двухканальные и двулучевые осциллографы

Двухканальные осциллографы имеют два идентичных канала вертикального отклонения (вход первого — Y1, второго — Y2) и электронный переключатель, который может поочередно пода­вать выходные сигналы каналов на одни и те же пластины Y. В зависимости от управления работой электронного переключателя можно реализовать следующие основные режимы работы осцил­лографа: одноканальный (на экране виден один сигнал, подавае­мый на Y1 или Y2); поочередный (на экране видны оба сигнала за счет переключения электронного переключателя во время каждо­го обратного хода развертки).

Двулучевые осциллографы имеют два канала Y и специаль­ную двулучевую ЭЛТ, в которой есть две независимые элек­тронные пушки и пара систем отклоняющих пластин. Горизон­тальная развертка лучей общая и она запускается от генератора развертки, а вертикальная — каждая от «своего» канала Y, что позволяет наблюдать на экране осциллограммы двух сигналов (без их периодического прерывания, как в двухканальных). Такие осциллографы намного сложнее схемотехнически и дороже двухканальных.

Автоматизация процесса измерений в осциллографах

Автоматизация процесса измерений дает значительный вы­игрыш во времени и в ряде случаев существенно повышает точ­ность измерений.

Автоматическая установка масштабов по осям X и Y. Дей­ствие автоматической установки масштабов заключается в том, что при изменении амплитуды и длительности входного сигнала в интервале динамического диапазона осциллографа размеры изображения остаются постоянными или меняются в заданных пределах. При этом производится цифровая индикация коэффи­циентов отклонения и развертки либо на специальном индикато­ре, либо непосредственно на экране ЭЛТ.

Автоматизация регулировки яркости изображения. Регули­ровка яркости изображения — необходимая операция при осциллографировании. Она занимает много времени, так как яркость зависит от скорости перемещения луча по экрану, связанной с видом сигнала и величиной масштаба. Кроме того, яркость изо­бражения не остается постоянной в пределах экрана, поскольку изображение содержит участки, которые луч проходит с разной скоростью. Для получения одинаковой яркости изображения применяют метод автоматической модуляции луча ЭЛТ. Уровень общей яркости устанавливают для наиболее благоприятных ус­ловий наблюдения. Выравнивание изображения по яркости уве­личивает точность измерения, особенно в случаях, когда сигнал имеет участки с резко отличающейся скоростью изменения на­пряжения (например, импульс с крутыми фронтами). Так как фо­кусировка луча зависит от яркости, в современных осциллогра­фах применяют систему автофокусировки. При этом напряжение на фокусирующих электродах ЭЛТ автоматически меняют при вариации яркости луча.

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 U_кол = + 50 В, на мишени нулевой потенциал U_миш = 0 и она прозрачна для быстро летящих электронов;

• режим записи; U_кол = + 50 В, на мишень подают положительный потенциал U_миш= 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 U_миш = 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 u_c(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 t_i одно­го из них, АЦП преобразует амплитуду сигнала u_c(t_i) в двоичный код U(t_i), 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(t_i), U(t_i + T), U(t_i + 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.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: