24. Развертка осциллографа. Непрерывный, ждущий режимы. Внутренняя и внешняя синхронизация

Развертка – это линия, которую чертит луч на экране при отсутствии исследуемого сигнала.

Автоколебательная развертка (также применяется термин «непрерывная») – это развертка, при которой генератор развертки вырабатывает периодически повторяющееся пилообразное напряжение даже при отсутствии сигнала запуска на его входе. Автоколебательная развертка применяется для исследования периодических сигналов, а также импульсных сигналов с небольшой скважностью. По каждому импульсу развертки луч вычерчивает на экране изображение исследуемого сигнала. Если траектории луча в каждом цикле развертки совпадают, то на экране наблюдается устойчивое неподвижное изображение. Данное условие обеспечивается применением синхронизации, когда период развертки Т_р кратен периоду исследуемого сигнала Т. Если Т_р = пТ, то на экране отобразится п периодов исследуемого сигнала. Для того, чтобы исключить влияние даже небольших изменений Т или Т_р на стабильность осциллограммы применяется синхронизация.

Ждущая развертка – развертка при которой генератор развертки запускается только по приходу сигнала запуска (синхронизации). В режиме ждущей развертки при отсутствии сигнала на входе Y линия развертки на экране осциллографа также отсутствует. Генератор развертки запускается только при появлении исследуемого сигнала. При этом передний фронт исследуемого сигнала может не отобразиться на осциллограмме. Для того, чтобы наблюдать сигнал без потерь, его задерживают в канале Y с помощью линии задержки. Таким образом сигнал достигнет отклоняющих пластин Y через некоторое время после начала развертки и отобразится полностью.

Однократная развертка – когда генератор развертки запускается сигналом запуска и вырабатывает единственный пилообразный импульс. Этот вид развертки применяется при фотографировании с экрана осциллографа неповторяющихся сигналов.

Внутренняя синхронизация – когда генератор развертки запускается непосредственно от исследуемого сигнала. Чтобы рисунок был без потерь нужна линия задержки, которая делается с небольшим запасом.

Внешняя синхронизация – сигнал запуска генератора развертки подается с отдельного входа, должна быть синхронизация с исследуемым сигналом, дает дополнительную возможность для исследования сигнала.

25. Измерение напряжений и интервала времени при помощи осциллографа.

Интервалом времени t в общем случае называется время, прошедшее между моментами двух последовательных событий, например, период колебаний, длительность импульса или длительность интервала, определяемая разносом во времени двух импульсов.

Метод калибровочных меток позволяет измерять временные параметры сигналов сложной формы. На вход Z осциллографа подается сигнал известной частоты f_о, Т_о = 1/f_о. На вход Y подается исследуемый сигнал U_x. Частоту калибровочного сигнала подбирают таким образом, чтобы на интервале T_x укладывалось целое число периодов Т_о. Величину измеряемого интервала времени определяют по числу меток повышенной яркости на осциллограмме исследуемого сигнала Т_х = пТ_о, где п – число меток. Погрешность этого метода составляет порядка 10 % и зависит от количества меток.

Цифровой метод измерения интервалов времени

Измерение интервала времени Т_х цифровым методом основано на заполнении его импульсами, имеющими образцовый период Т₀, и подсчете числа этих импульсов. Структурная схема цифрового частотомера в режиме измерения интервалов времени приведена на рис. 2.41,а, а соответствующие временные диаграммы – на рис. 2.41,б.

Импульс длительности Т_х вырабатывается устройством управления (УУ) из входного сигнала после прохождения им входного устройства (ВУ) и формирователя импульсов (ФИ). Счетные импульсы (U_сч) поступают от генератора образцовой частоты (ГОЧ). Ключ (Кл.) открыт в течение промежутка времени Т_х, и за это время счетчик импульсов (СИ) сосчитает М_х счетных импульсов. Искомый период Т_х = М_х Т₀ отображается цифровым отсчетным устройством (ЦОУ).

а

б

Рис. 2.41. Цифровой частотомер в режиме измерения периода:

а – структурная схема; б – временные диаграммы

Погрешность измерения интервала Т_х, как и при измерении частоты, имеет систематическую и случайную составляющие, причем погрешность дискретизации увеличивается с уменьшением величины Т_х.

Измерение напряжения осциллографом проводится при помощи калибратора амплитуды. Для этого исследуемое напряжение подается на вход Y. При помощи ручек смещения изображения по вертикали и горизонтали сигнал совмещают с делениями шкалы и измеряют размах изображения по вертикали в делениях.

Те величина исследуемого сигнала в вольтах будет равна произведению измеренной величины изображения в делениях, умноженной на цифровую отметку переключателя калибратора амплитуды.

Метод фигур Лиссажу основан на сравнении частоты двух гармонических сигналов, т.е. сигнал, частота которого измеряется, должен быть синусоидальной формы. Собственная развертка осциллографа отключается. На вход Y осциллографа подается исследуемый сигнал с частотой f_изм, а на вход Х – гармонический сигнал с образцовой частотой f_о. Частоту образцового генератора подстраивают так, чтобы на экране осциллографа получилось устойчивое изображение одной из фигур, приведенных в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Соотношение частот	Фазовый сдвиг, град
	0	45	90	135	180

С оотношение частот двух гармонических колебаний может быть определено как отношение числа точек пересечения с вертикальной прямой к числу точек пересечения с горизонтальной прямой. Например, как показано на рис. 2.35, указанное выше соотношение составляет: . Прием, когда на вход Х осциллографа подается гармонический сигнал, иногда называют синусоидальной разверткой.

Использование круговой развертки также позволяет с высокой точностью определить кратность двух частот. Круговая развертка реализуется подачей на входы Х и Y осциллографа гармонических напряжений образцовой частоты f₀, одно из которых сдвинуто относительно другого на угол 90 градусов. При этом луч осциллографа описывает на экране окружность со скоростью один оборот за период сигнала образцовой частоты. Напряжение измеряемой частоты f_х подают на вход Z осциллографа для модуляции электронного луча по яркости. Во время положительного полупериода модулирующего сигнала яркость свечения возрастает, а во время отрицательного – свечение гаснет.

При равенстве частот f_х = f₀ на экране будет видна половина окружности. Если f_х > f₀, на окружности появятся темные и яркие штрихи (рис. 2.36). Число темных или ярких штрихов п равно кратности частоты, откуда f_х = п f₀.