Работа основных функциональных узлов

Любой осциллограф конструктивно состоит из следующих основных узлов:

канала вертикального отклонения (канал Y);

канала горизонтального отклонения (канал Х);

канала управления током луча (канал Z);

калибратора амплитуды и длительности.

Канал вертикального отклонения

Рисунок 6.13. Структурная схема канала вертикального отклонения

Исследуемый сигнал (рисунок 6.13) подается на вход Y осциллографа и проходит через входное устройство. Входное устройство содержит входные цепи и аттенюатор. Входные цепи обеспечивают режим входа осциллографа, открытый или закрытый. Аттенюатор Ат. обеспечивает изменение коэффициента отклонения вертикальных пластин в требуемых пределах. Изменение должно быть калиброванным и обеспечивать ослабление входного сигнала в 1, 2, 5 (1, 10, 100) раз. Ослабление не должно зависеть от частоты, поэтому аттенюаторы выполняются по схеме резистивно-емкостного делителя напряжения (рисунок 6.4). От конструкции входного аттенюатора зависит также высокое входное сопротивление и малая входная емкость осциллографа. При необходимости осциллографу придается дополнительный внешний делитель, который позволяет увеличить входное сопротивление осциллограф и уменьшить его входную емкость в 3-4 раза.

Сигнал с выхода аттенюатора подается на вход усилителя, который состоит из входного каскада ВК, предварительного усилителя У_пр и оконечного У_ок усилителей вертикального отклонения.

Входной каскад предназначен для согласования большого выходного сопротивления аттенюатора с малым входным сопротивлением транзисторного предварительного усилителя. Конструктивно он представляет собой эмиттерный, истоковый или катодный повторитель.

Предварительный усилитель вертикального отклонения усиливает входные сигналы в необходимое число раз, а также преобразует их в симметричные (противофазные) напряжения, подаваемые на отклоняющие пластины Y. Это необходимо для получения осциллограмм высокого качества, т.к. только при симметричных отклоняющих напряжениях обеспечивается постоянство среднего потенциала пластин Y относительно второго анода и оптимальная фокусировка луча во всей рабочей области экрана. Кроме того, симметричность выходных каскадов улучшает условия работы самого усилителя.

С предварительного усилителя снимается также сигнал для запуска генератора развертки ГР при внутренней синхронизации.

Между предварительным и оконечным УВО включена линия задержки ЛЗ, с помощью которой, как уже известно, обеспечивается неискаженное воспроизведение фронта сигнала. ЛЗ реализуются с помощью искусственных линий, спиральных и радиочастотных кабелей задержки. Искусственная линия представляет собой ряд LC-звеньев, соединенных по схеме фильтров нижних частот (рисунок 6.14, а, б). Волновое сопротивление одного звена и всей линии одинаково и равно ρ = , Ом, где L и C – индуктивность и емкость звена. Вход и выход линии нагружаются на сопротивления, равные ее волновому, поэтому она вносит минимальные искажения в форму исследуемого сигнала. Отдельное звено, нагруженное на

R_н = ρ, пропускает без ослабления спектр частот от 0 до некоторой граничной частоты f_гр = 1/(π . В этой полосе фазочастотная характеристика приближенно определяется по формуле φ(ω) = 2ω/ω_гр.

Рисунок 6.14 – Линия задержки

Временная задержка является производной фазочастотной характеристики и для отдельного звена может быть вычислена по формуле t_з1 = . Общее время задержки линии из n звеньев составит t_з = n . Обычно в качестве линии задержки используется специально разработанный для этой цели спиральный кабель (рисунок 6.14, в). Внутренний проводник в таком кабеле выполнен в виде спирали, навитой на изоляцию, что увеличивает время задержки. Погонная задержка такого кабеля составляет примерно 200-300 нс/м.

Оконечный усилитель У_ок предназначен для создания двух симметричных противофазных напряжений, достаточных для отклонения луча ЭЛТ в пределах экрана по вертикали. Он нагружен на емкостную нагрузку, состоящую из параллельного соединения емкости отклоняющих пластин со всеми электродами трубки, собственной емкости и емкости монтажа. Если нагрузкой осциллографа является линия бегущей волны (в скоростных осциллографах), то такую нагрузку можно считать чисто активной и равной волновому сопротивлению отклоняющей линии. Для обеспечения линейности амплитудной и фазочастотной характеристики такие усилители охвачены глубокой отрицательной обратной связью.

В схемах осциллографов предусматривается возможность отключения пластин Y от выхода УВО и образования специального входа для пластин и выхода для УВО. Благодаря этому исследуемое напряжение с большим размахом может быть прямо подано на пластины Y. УВО, кроме того, может использоваться как самостоятельный усилитель.