8.3.2 Электронные омметры

Электронные омметры используются для измерения активных сопротив­лений в диапазоне 10^-3 – 10¹² Ом. в том числе для измерения сопротивления изоляции, сопротивления контактов и т.д. Электронные омметры выпол­няются на основе усилителей постоянного тока и показывающего измери­тельного прибора магнитоэлектрической системы.

На рис. 8.21. а) показана схема омметра для измерения малых сопро­тивлений.

E R₀ R_{x ИП} E R_x R₀

а) б)

Рис. 8.21 - Схемы электронных омметров

Напряжение на входе усилителя

ER_x

U_y ═ ———

R₀ + R_x

При R₀›R_х это напряжение пропорционально R_x и шкала измеритель­ного прибора линейна относительно R_x.

При измерении больших сопротивлений используется схема рис. 8.21. б). В этом случае при R_x › R₀ показания прибора будут обратно пропорциональны измеряемому сопротивлению

ER₀

U_y ═ ———

R_x

Шкала имеет гиперболический характер.

В обоих случаях входное сопротивление самого усилителя доста­точно велико и во внимание не берется.

8.3.3 Электронно-лучевые осциллографы

Электронно-лучевой осциллограф является основным прибором для ис­следования динамических электрических процессов. При его помощи на­блюдают форму сигналов, измеряют амплитуду, частоту и длительность переменных синусоидальных и импульсных сигналов. Создание элек­тронно-лучевого осциллографа явилось революцией в электротехнике.

Достоинством прибора является большое быстродействие (до 300 МГц) и очень малое потребление энергии от измеряемой цепи.

Основу осциллографа составляет электронно-лучевая трубка. Она представляет собой вакуумный прибор с системой электродов и люмино-форным экраном в расширенной торцевой части. Принцип действия трубки заключается в управлении потоком электронов, падающим на эк­ран и вызывающим его свечение. Группа электродов, включающая катод К с нитью накала НН (рис. 8.22), сетку С и аноды А₁, А₂ образуют элек­тронную пушку, формирующую узкий пучок электронов. Поверхность катода покрывается специальным оксидным составом, легко отдающим электроны при подогреве нитью накаливания. Электроны движутся в сто­рону положительно заряженных анодов. Сетка имеет форму цилиндра с отверстием в центре; на нее подается небольшое отрицательное напряже­ние относительно катода. Регулируя величину этого напряжения, изменя­ют интенсивность электронного пучка и яркость светового пятна на экра­не. Аноды осуществляют разгон электронов до необходимой скорости (А₂) и фокусировку электронного пучка (А₁). Ручки управления яркостью и фокусом выносятся на лицевую панель осциллографа.

яркость фокус

Э

^НЧ

К С А₁ А₂

ВП ГП

Рис. 8.22 - Электронно-лучевая трубка

Управление электронным лучом осуществляется электрическим по­лем, создаваемым двумя парами отклоняющих пластин: ВП и ГП. Сме­щение светового пятна на экране под действием напряжения величиной U, подведенного к отклоняющим пластинам:

Получение изображения на экране производится путем одновременного отклонения луча по вертикали и по горизонтали. Развертка луча осуществляется подачей на горизонтально-отклоняющие пластины ГП линейно-изменяющегося напряжения, отклонение луча по вертикали осуществляется под действием напряжения, подводимого к вертикально-отклоняющим пластинам от усилителя исследуемого сигнала.

Если к обеим парам отклоняющих пластин одновременно прило­жить переменное напряжение, то луч будет описывать сложную кривую. Форма кривой будет зависеть от формы напряжения, сдвига фаз между напряжениями и соотношения амплитуд и частот. Если отношение частот напряжений, подаваемых на горизонтально и вертикально-отклоняющие пластины, представляет собой конечное число, то результирующая кривая замкнута и представляет на экране неподвижное изображение.

Фигуры, вызванные двумя синусоидальными напряжениями, назы­ваются фигурами Лиссажу. На рис. 8.23. показаны фигуры Лиссажу для двух синусоидальных напряжений одинаковой амплитуды и частоты при различном сдвиге фаз между ними.

φ=0 φ= ^π/₄ φ═ ^π/₂ φ═³/₄π φ═π

Рис. 8.23 - Фигуры Лиссажу

Для постоянного наблюдения периодических процессов необходима периодическая линейная развертка луча по горизонтали. Для этого гори­зонтально-отклоняющие пластины запитываются напряжением развертки - рис. 8.24. Период напряжения развертки состоит из двух участков: вре­мени прямого хода луча t_пр и времени обратного хода луча t_обр. Время об­ратного хода должно быть минимальным. На время обратного хода осу­ществляют гашение луча. Условием неподвижности изображения на экра­не является кратность периода развертки периоду исследуемого сигнала. Изменяя частоту развертки, можно растягивать или сжимать изображение по горизонтали: при равенстве частоты развертки частоте сигнала на эк­ране будет изображаться один период сигнала, при увеличении частоты развертки в 10 раз на экране будет изображаться 10 периодов сигнала.

U

.

0. t

t_пр t_обр

Рис. 8.24 – Напряжение развертки

Генератор сигналов развертки синхронизируется с входным сигна­лом. Для наблюдения одиночных импульсов служит режим однократной (ждущей) развертки.

Путем подачи постоянных потенциалов на ГП и ВП можно смещать изображение на экране по горизонтали или вертикали.

Блок-схема электронно-лучевого осциллографа показана на рис. 8.25. Исследуемый сигнал подается на вход У и через делитель напряже­ния, определяющий чувствительность входа, поступает на усилитель У1 и далее - на вертикально-отклоняющие пластины. К усилителям предъявля­ются высокие требования в части входного сопротивления, широкополос-ности и коэффициента усиления. Хорошие осциллографы могут исследо­вать сигналы амплитудой от долей милливольта до сотен вольт в диапа­зоне частот от 0 до 300 МГц.

У1

вход Y _{делитель}

^{напряжен.} ЭЛТ

внутр.син.

внешн.син. генератор

50 Гц развертки _{ВП ГП}

У2

вход Х

Рис. 8.25 - Структурная схема осциллографа

Развертка луча осуществляется напряжением развертки, формируе­мым генератором развертки и усиливаемым усилителем У2. Генератор развертки может быть включен на различный режим синхронизации: ис­следуемым сигналом, независимым внешним сигналом, напряжением сети 50 Гц. В том случае, если необходимо наблюдение фигур Лиссажу развертка отключается, а горизонтально-отклоняющие пластины подключа­ются ко входу X.

Существуют осциллографы, имеющие третий вход Z. Сигнал, пода­ваемый на этот вход, производит модуляцию луча по яркости, например, для создания меток времени, калибровки амплитуды.

Существуют элеткронно-лучевые трубки с двумя независимыми электронными пушками и отклоняющими системами. На базе таких тру­бок созданы двухканальные осциллографы, позволяющие одновременно наблюдать на экране два независимых динамических сигнала.