3.2.3. Растровый режим (режим y – X – z)

В этом режиме на пластины Y и X подаются периодически из­меняющиеся сигналы U_Y и U_X, которые заставляют луч последо­вательно с большой скоростью обегать множество сдвинутых па­раллельных горизонтальных строк (рис. 50). Так формируется растр.

Не вся траектория луча видна на экране. Изменением напря­жения U_Z на модуляторе М ЭЛТ можно управлять яркостью от­дельных элементов траектории. Таким образом можно формиро­вать разнообразные изображения (как графические, так и знако­вые) с помощью множества светящихся точек или небольших фрагментов.

Отрицательное значение напряжения U_Z, как говорят, «запи­рает» ЭЛТ, т.е. резко уменьшает число электронов в пучке, и све­чения пятна на экране при этом не будет. Положительным им­пульсом напряжения U_Z ЭЛТ «открывается» и в соответствующем месте экрана возникает светящееся пятно. В примере на рис. 50 светящиеся в начале каждой строки пятна образуют как бы верти­кальную линию в левой части экрана.

Рис. 50. растровый режим (режим Y – X – Z)

Скорость обегания всего экрана должна быть достаточно высо­кой с тем, чтобы обновление всего кадра не замечалось глазом, т.е. не реже 25 раз в секунду.

Число строк также должно быть достаточно большим для обра­зования удовлетворительного по разрешающей способности изобра­жения (образа).

Обычно число строк в этом режиме – не менее нескольких сотен. Чем больше число строк и чем выше скорость изменения кадров, тем выше качество изображения.

Отметим, что подобный режим редко применяется в класси­ческих электронно-лучевых осциллографах, но является основным в электронно-лучевых трубках цифровых осциллографов, телеви­зоров, мониторов персональных компьютеров.

3.3. Метрологий осциллографических измерений

Общая погрешность результата измерения, выполненного с по­мощью осциллографа, содержит те же составляющие, что и по­грешность результата любого другого измерения: инструменталь­ную, методическую и субъективную. Хотя в подходах к оценкам отдельных составляющих отражается определенная специфика осциллографических измерений.

3.3.1. Инструментальная погрешность

Инструментальная погрешность результата осциллографического измерения складывается из статической (при постоянном или низ­кочастотном входном сигнале) и динамической составляющих.

Статическая погрешность. При измерении как амплитудных, так и временных параметров можно использовать общий подход к оценке погрешностей. Поскольку подавляющее большинство слу­чаев применения ЭЛО основано на измерении длин линейных от­резков (например, при измерении амплитуды и периода сигнала, длительности импульса), то наличие систематических аддитивных погрешностей каналов Y и X не приводит к погрешностям результатов, так как определяет лишь сдвиг изображения на экране.

Мультипликативные же погрешности каналов в большинстве случаев влияют на результат измерения, так как искажения ли­нейных параметров изображения на экране при этом линейно за­висят от значения входной величины. Пределы допустимых отно­сительных мультипликативных погрешностей каналов Y и X назы­ваются погрешностями коэффициентов отклонения и задаются количественно, например, так: δ_Y = ±5 %; δ_X = ±2 %. Эти значения характеризуют только статическую (или низкочастотную) погреш­ность воспроизведения сигналов каналами.

Динамическая погрешность. Входные каналы ЭЛО не в состоя­нии воспринимать («пропускать») высокочастотные сигналы в бес­конечно широкой полосе частот. Есть естественные ограничения. Полоса частот, которую пропускает канал ЭЛО (т.е. позволяет нор­мально исследовать), зависит от схемотехники и элементной базы его каналов. Понятно, что чем шире полоса частот, тем лучше. Ее граница определяется верхней частотой f_в, полосы пропускания.

К характеристикам ЭЛО, определяющим динамическую погреш­ность, относятся:

• амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и значение верх­ней границы f_в полосы пропускания по каналам Y и X,

• время нарастания τ_н переходной характеристики канала Y;

• время установления τ_у;

• неравномерность АЧХ канала Y;

• фазочастотная характеристика (ФЧХ) канала Y.

Рассмотрим основные из этих характеристик на примере ка­нала Y.

Рассмотрим, как прак­тически определяется реальная АЧХ канала Y.

На вход канала Y ЭЛО подается синусоидальный сигнал от высокочастотного генератора, частота которого может регулиро­ваться в широких пределах (верхняя граница диапазона изменения частоты должна быть не менее верхней границы f_в полосы пропус­кания исследуемого ЭЛО). Затем, изменяя частоту сигнала генератора и под­держивая (с помощью показаний широкополосного электронного вольтметра) амплитуду сигнала постоянной, фиксируют ампли­туду изображаемого на экране сигнала. Таким образом, можно по­строить по некоторому множеству точек кривую АЧХ канала. При­мер АЧХ канала Y ЭЛО показан на рис. 51.

По оси абсцисс отложены значения относительной частоты f / f_в сигнала, т.е. отношение частоты входного сигнала f к верхней гра­нице полосы пропускания f_в канала (границе его частотного диа­пазона). По оси ординат (слева) отложена относительная ампли­туда υ изображения сигнала по осциллограмме υ = h / h₀, где h – амплитуда сигнала по осциллограмме (изображению) на конкретной частоте, h₀ – амплитуда по осциллограмме при низкой часто­те входного сигнала (или при постоянном напряжении).

Рис. 51. Амплитудно-частотная характеристика канала Y

Верхняя граница f_в полосы пропускания (для канала с открытым входом) определяется по уровню уменьшения отно­сительной амплитуды на –3 дБ и задается в паспорте на ЭЛО (на­пример, так: f_в = 10 МГц). Зная АЧХ, можно определить погреш­ность воспроизведения на экране амплитуды синусоидального сиг­нала известной частоты. Например, при частоте входного сигнала f = 5 МГц и значении f_в = 10 МГц погрешность воспроизведения амплитуды синусоидального сигнала на экране составит прибли­зительно – 10 % (см. рис. 51).

Время нарастания τ_н переходной характеристики канала и вре­мя установления τ_у характеризуют реакцию ЭЛО на скачкообраз­ные (импульсного характера) изменения входного сигнала. Время нарастания τ_н определяется интервалом времени изменения сиг­нала на экране от 0,1 U_max до 0,9 U_max амплитудного значения сигна­ла U_max (рис. 52, а).

Время установления τ_у определяется интервалом от 0,1U_max до вхождения сигнала в заданную зону ± .

На практике значения времен нарастания τ_н и установления τ_у канала Y определяются следующим образом.

Рис. 52. Определение времени нарастания (а) и времени установления (б)

На вход канала Y ЭЛО пода­ется сигнал от генератора пря­моугольных импульсов. Длитель­ность фронта выходного сигна­ла генератора должна быть замет­но меньше ожидаемого времени нарастания и времени установ­ления канала исследуемого ЭЛО. Затем, измерив указанные пара­метры осциллограммы сигнала, определяют искомые значения времен нарастания τ_н и установ­ления τ_у.

Неравномерность АЧХ канала и фазочастотная характеристика (ФЧХ) канала Y определяют в основном искажения формы неси­нусоидальных входных сигналов.