3.2.3. Синхронизация напряжения развертки с исследуемым напряжением

На рис. 3.2 показаны временные диаграммы гармонического исследуемого напряжения и периодического пилообразного напряжения развертки . Так как луч вычерчивает на экране ЭЛТ траекторию только в течение прямого хода, то она будет повторять форму той части исследуемого напряжения, которая приходится на линейный участок пилообразного напряжения.

Рис. 3.2

На временной диаграмме исследуемого напряжения показано несколько таких частей исследуемого напряжения (они охвачены рамками, условно обозначающими границы экрана ЭЛТ). Необходимо отметить еще раз, что начало каждой траектории соответствует началу линейного участка пилообразного напряжения развертки, а конец траектории – концу линейного участка этого напряжения развертки.

В нижней части рис. 3.2 показано изображение на экране ЭЛТ, соответствующее приведенным временным диаграммам. Видно, что за каждый очередной прямой ход луча им вычерчивается траектория, не совпадающая с предыдущей. В результате при быстрых повторяющихся прямых ходах луча из-за послесвечения люминофора ЭЛТ и инерционности зрения человека будет казаться, что на экране имеется много линий, которые или сливаются в сплошную горизонтальную полосу, или создают эффект постоянного скольжения графика исследуемого напряжения влево или вправо. При этом наблюдение формы исследуемого напряжения и измерение его параметров сильно затруднены или невозможны. Говорят, что в этом случае «нет синхронизации».

На рис. 3.3 также показаны временные диаграммы гармонического исследуемого напряжения и периодического пилообразного напряжения развертки, аналогичные приведенным на рис. 3.2, но теперь начало линейного участка напряжения развертки всякий раз приходится на такой момент времени, когда исследуемое напряжение принимает одно и то же значение (на рис. 3.3 – нулевое значение при возрастании напряжения).

Рис. 3.3

Теперь части исследуемого напряжения, охваченные на диаграмме условными рамками-«экранами», идентичны. Поэтому за каждый очередной прямой ход луча на экране вычерчивается траектория, совпадающая с предыдущей. В результате этого, при быстрых повторяющихся прямых ходах луча из-за послесвечения люминофора ЭЛТ и инерционности зрения человека будет казаться, что на экране имеется только одна яркая неподвижная кривая, имеющая форму исследуемого напряжения. Теперь наблюдение формы исследуемого напряжения и измерение его параметров становится возможным. Говорят, что в этом случае «есть синхронизация».

Из сравнения рис. 3.2 и рис. 3.3 ясно, что для получения устойчивого изображения необходима синхронность напряжения развертки с исследуемым напряжением. В общем случае синхронизация имеется, если выполняется условие:

,

(3.1)

где – период напряжения развертки, – период исследуемого напряжения, = 1; 2; 3; ... – произвольное натуральное число.

В осциллографе выполнение условия (3.1) обеспечивается с помощью узла синхронизации, состоящего из усилителя, компаратора и формирователя импульсов (см. рис. 3.4).

Рис. 3.4

На вход узла синхронизации поступает напряжение с выхода предварительного усилителя канала вертикального отклонения, то есть усиленное исследуемое напряжение. Это напряжение дополнительно усиливается усилителем и подается на компаратор, в котором оно сравнивается с некоторым постоянным напряжением, задаваемым вручную ручкой «Уровень» на передней панели осциллографа.

На рис. 3.5 показаны временные диаграммы напряжений в узле синхронизации:

– усиленное исследуемое напряжение;

– постоянное напряжение, заданное ручкой «Уровень», – уровень срабатывания компаратора (уровень запуска);

– напряжение на выходе компаратора;

– напряжение на выходе формирователя импульсов;

– напряжение развертки.

Рис. 3.5

Напряжение на выходе компаратора будет иметь высокий уровень, если больше , и низкий уровень – если меньше .

Формирователь импульсов, на который подаётся напряжение с компаратора, вырабатывает короткие импульсы в моменты изменения уровня напряжения , то есть в моменты, когда = .

Однако для устойчивой синхронизации необходимо формировать один импульс в течение одного периода напряжения . Обычно напряжение пересекает уровень два раза за период (один раз – снизу вверх и другой – сверху вниз). Поэтому в формирователе предусмотрена возможность ручного выбора кнопкой «Полярность» на передней панели осциллографа, при каком пересечении уровня запуска (снизу вверх или сверху вниз) нужно выработать импульс. Это позволяет более гибко управлять осциллографом, особенно при исследовании импульсных напряжений. На рис. 3.5 напряжение соответствует варианту, когда задано срабатывание формирователя при пересечении напряжением уровня снизу вверх.

Импульс, полученный на выходе формирователя, поступает на вход генератора напряжения развертки, который вырабатывает периодическое пилообразное напряжение развертки . В течение периода этого напряжения можно выделить три участка: время прямого хода луча (  <     ), в течение которого он вычерчивает на экране график исследуемого напряжения; время обратного хода луча (  <     ) и время ожидания запуска (  <     ).

Во время прямого и обратного ходов луча генератор напряжения развертки к поступающим на него импульсам с формирователя не чувствителен. Но он становится чувствителен к ним во время ожидания запуска: первый же импульс с формирователя импульсов вызывает запуск генератора развертки – начинается прямой ход луча.

Теперь, рассматривая рис. 3.5, легко понять, как обеспечивается условие синхронизации (3.1).