10. Общие сведения

Основным и наиболее широко применяемым прибором для ис­следования формы напряжения служит электронный осциллог­раф ¹ прибор для визуального наблюдения электрических сиг­налов, а также измерения их параметров с использованием средства отображения формы сигналов. Он отличается высокой чувст­вительностью, большим входным сопротивлением, пренебрежимо малой инерционностью .и универсальностью. Доминирующее поло­жение занимают электронно-лучевые осциллографы, выполняемые’ на основе электронно-лучевой трубки. Поэтому именно им уделе­но основное внимание. В последние годы появились беструбочные осциллографы (см. § 3.11).

Электронно-лучевые осциллографы (универсальные) класси­фицируют по следующим признакам: количеству одновременно исследуемых сигналов — для исследования одного и нескольких сигналов; ширине полосы пропускания канала сигнала, определяе­мой нижней и верхней граничными частотами; точности воспроизведения формы напряжении сигнала, точности, измерения интервалов времени и пиковых значений напряжений (четыре класса точности); условиям эксплуатации.

3.2. ОБЩАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА И ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ СИГНАЛА

Осциллограф относится к приборам, предназначенным для из­мерения характеристик и параметров сигналов, т. е. приборов, действие которых связано с подачей сигналов на их вход. Его структурная схема показана на рис. 3.1.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) определяет принцип дейст­вия прибора, и от ее характеристик в значительной мере зависят параметры я возможности применения осциллографа в целом. В осциллографах используют ЭЛТ с электростатическим управлени­ем лучом. Их устройство и принцип действия рассматриваются в курсах электронных приборов.

Принцип отображения формы напряжения на экране осциллографической трубки в общих чертах можно представить сле­дующим образом. Исследуемое напряжение является функцией

времени, отображаемой в прямоугольных координатах графиком u=f(t). Две пары пластин ЭЛТ отклоняют электродный луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях, которые можно рассматривать как координатные оси. Поэтому для наблюдения на экране ЭЛТ исследуемого напряжения необходимо, чтобы луч отклонялся по горизонтальной оси пропорционально времени, а по вертикальной оси пропорционально исследуемому напряжению (в каждый момент времени). Для этого к горизонтально откло­няющим пластинам подводят линейно-изменяющееся напряжение, которое заставляет луч перемещаться по горизонтали с постоян­ной скоростью слева направо (и быстро возвращаться обратно). Расстояние, проходимое лучом вдоль горизонтальной оси, — ли­нейная функция времени.

Исследуемое напряжение подается на вертикально отклоняю­щие пластины и, следовательно, положение луча в каждый мо­мент времени однозначно соответствует значению исследуемо­го сигнала в этот момент. За время действия линейно-изменяю-щегося напряжения луч вычерчивает кривую исследуемого сигна­ла. Наблюдаемое на экране изображение называют осциллограм­мой.

Кратко рассмотрим функции, выполняемые основными узлами осциллографа. Для этого помимо .схемы, изображенной на рис. 3.1, воспользуемся развернутой структурной схемой (рис. 3.2).

Канал вертикального отклонения У, или канал сигнала, предназначен для передачи напряжения источника исследуемого сигнала на вход вертикально от­клоняющих пластин ЭЛТ. Входной блок в этом канале содержит аттенюатор,

позволяющий ослабить исследуемый сигнал в определенное число раз к согласовать входное сопротивление канала сигнала с волновым сопротивлением кабеля, по которому поступает исследуемый сигнал; эмиттерный¹ повторитель, уменьшающий влияние канала вертикального отклонения на источник исследуе­мого сигнала и позволяющий получить высокое сопротивление. Линия за­держки² (в импульсных осциллографах) обеспечивает подачу исследуемого импульса на вертикально отклоняющие пластины с задержкой относительно на­чала горизонтально отклоняющего напряжения, что дает возможность наблю­дать фронт импульса.

Усилитель вертикального отклонения усиливает исследуе­мый сигнал, подаваемый со входного устройства, до значения, позволяющего получить достаточно большой размер видимого вертикального отклонения луча (размах изображения сигнала) на экране ЭЛТ.

Канал горизонтального отклонения X, или канал развертки, служит для создания напряжения, вызывающего горизонтальное перемещение луча, про­порциональное времени. Вторая функция этого канала — усиление (ослабле­ние) сигнала, передаваемого от входа X на горизонтально отклоняющие плас­тины ЭЛТ. В состав канала входят генератор развертывающего напряжения, создающего горизонтальное отклонение луча; усилитель, усиливающий выраба­тываемое генератором напряжение до значения, необходимого для отклонения луча в горизонтальном направлении; схема синхронизации, предназначенная' для преобразования и усиления, а также изменения полярности синхронизирую­щего напряжения, с помощью которого пользователь осциллографа получает устойчивую неискаженную осциллограмму, оптимальную в смысле точности из­мерения временных параметров исследуемого сигнала. На входе X канала име­ется аттенюатор.

Канал управления яркостью Z предназначен для передачи со входа Z на управляющий электрод ЭЛТ сигналов, модулирующих яркость свечения. Он со­держит усилитель и схему, позволяющую изменять полярность модулирующего напряжения.

Средства измерения параметров исследуемого сигнала служат чаще всего для измерения напряжения и интервалов времени. Эти средства измерения пара­метров исследуемого сигнала и соответственно осциллографы, в которых эти средства применены, можно разделить на три разновидности. К первой относят­ся приборы, допускающие только измерения амплитуды и длительности сигнала вручную. Они имеют в своем составе калибраторы чувствительности и длитель­ности, с помощью которых градуируют или поверяют градуировочные харак­теристики осей экрана осциллографа: вертикальной в единицах напряжения, го­ризонтальной в единицах времени. Для второй разновидности осциллографов характерны встроенные цифровые измерители указанных параметров, причем ре­зультаты измерений отображаются на экране ЭЛТ в цифровой форме — число и единицы измерения. Третья разновидность приборов — микропроцессорные ос­циллографы с программным управлением, предполагающие автоматическое из­мерение широкого перечня параметров сигналов по заданной программе, включающей при необходимости обработку результатов наблюдений. Результаты изме­рений и другая информация (например, о погрешностях измерений) выводятся на дисплей.

Блок питания обычно состоит из двух выпрямителей — ВЫСОКОВОЛЬТНОГО, НБ’ "тающего высоким напряжением ЭЛТ, и низковольтного, питающего рее узлы ос­циллографа и низковольтные электроды трубки.

Схема управления лучом связана с блоком питания и содержит органы ре­гулировки напряжений, управляющих яркостью, фокусировкой, астигматизмом и положением светящегося пятна на экране ЭЛТ.