6. Осциллографы

Классификация:

1). по назначению: для наблюдения непрерывных сигналов, для наблюдения импульсных сигналов, универсальные осциллографы, специального назначения, многофункциональные;

2). По количеству одновременно исследуемых сигналов: одноканальные (однолучевые), многоканальные (многолучевые);

3). По характеристикам: различаются чувствительностью, полосой пропускания, погрешностью воспроизведения формы кривой.

Принцип действия: основан на управлении движением пучка электронов, воздействием на него исследуемым напряжением. Для улучшения метрологических характеристик предусмотрено устройство, обеспечивающее стабильность характеристик осциллографа. Коррекцию амплитудных и фазовых погрешностей, периодическую калибровку чувствительности и некоторое др.

Состав: ЭЛТ – электронно-лучевая трубка; ВД – входной делитель (аттенюатор); УВО – усилитель вертикального отклонения; ПУ – предварительный усилитель; ЛЗ – линия задержки; ВУ – выходной усилитель; БС – блок синхронизации; ГР – генератор развёртки; УГО – усилитель горизонтального отклонения; КА – калибратор амплитуды; КД – калибратор длительности.

УВО – предназначен для усиления исследуемого напряжения до значения удобного для визуального наблюдения.

Исследуемый сигнал подаётся на вход у. При переменном напряжении луч вычерчивает вертикальную линию. Для получения изображений исследуемого сигнала развёрнутого во времени необходимо смещать луч по оси х с равномерной скоростью. Это осуществляется подачей на отклоняющие пластины линейно изменяющегося пилообразного напряжения.

Блок синхронизации осуществляет изменение частоты генератора развёртки в некоторых пределах в соответствии с частотой исследуемого сигнала. Для этого сигнал из канала вертикального отклонения подаётся на БС, на выходе которого вырабатываются импульсы синхронные с измерением исследуемого сигнала для управления генератором развёртки, заставляя работать его с частотой кратной частоте входного сигнала. Такой режим работы называется непрерывным и используется при наблюдении периодических сигналов. При наблюдении непериодических сигналов рекомендуется ждущий режим генератора. В этом случае ГР вырабатывает пилообразный импульс только с приходом исследуемого импульса. Это даёт устойчивое изображение импульса на экране. Однако в следствие инерциальности генератора пилообразное напряжение вырабатывается с некоторым запозданием по отношению к запускающему импульсу. В результате часть импульса оказывается неразвёрнутой во времени. Для устранения этого недостатка используется линия задержки, осуществляющая временной сдвиг принимаемого сигнала. В электронном осциллографе предусмотрено также возможность запуска ГР. Для этого предусмотрен специальный вход синхронизации и переключатель ВZ.

Основные характеристики: коэффициент отклонения, чувствительность, полоса пропускания, коэффициент развёртки, скорость перемещения луча, класс точности (1,2,3,4 – > погрешности: 3.5.10.12% соответственно), потребляемая мощность, максимально допустимое входное напряжение.

Канал вертикального отклонения (У) предназначен для усиления (ослабления) исследуемого напряжения до значения, удобного для визуального наблюдения. Исследуемый сигнал подается на вход У. Последовательное включение входного делителя и усилителя вертикального отклонения обеспечивает значительный диапазон исследуемых напряжений. При переменном напряжении (на входе у) электронный луч вычерчивает на экране электронно-лучевого осциллографа вертикальную линию. Подавать внешнее напряжение можно непосредственно на пластины ЭЛТ («вход пластин Y»).

Канал горизонтального отклонения

Для получения изображения исследуемого сигнала, развернутого во времени, необходимо смещать (развертывать) луч по оси X с рав­номерной скоростью. Это осуществляется подачей от генератора развертки на горизонтальные отклоняющие пластины линейно из­меняющегося пилообразного напряжения, т.е. напряжения, которое периодически возрастает до некоторого определенного значения, а затем за очень короткий промежуток времени t₀6_P возвращается к начальному зна­чению (t_np - время прямого хода луча). Время обратного хода t₀6_P, должно составлять весьма малую часть пол­ного периода колебаний Т. На время возвращения луча в исходное положение t_o6p электронный луч гасят путем подачи отрицательного импульса на модулятор.

Получение осциллограмм при наличии линейной (идеальной) развёртки поясняет временная диаграмма, на которой Ux и Uy - сигналы, поданные на входы X и Y, соответствен­но; цифрами 1-4 обозначе­ны уровни сигналов в соответствующие моменты времени.

Генератор ГР может работать в одном из двух режимов: в режиме непрерывной развертки или в режиме ждущей (однократной) развертки.

Канал Z

Канал Z представляет собой вход Z, соединенный через разделительный конденсатор или специальный усилитель с модулятором. Подавая импульсы на вход 2, можно изменять яркость свечения изображения на экране и тем самым отмечать, например, характерные точки на изображении.

Калибраторы

Калибраторы КД и КА позволяют устанавливать и контролировать номинальные значения коэффициентов отклонения и развёртки. Погрешность определения масштаба времени и амплитуды 5 - 10%. КА представляет собой генератор напряжения прямоугольной формы и стабильной амплитуды. При подаче напряжения от КА на вход УВО на экране появляются две параллельные горизонтальные линии, расстояние между которыми, пропорциональное двойной амплитуде калиброванного напряжения, может регулироваться. Измерения исследуемого напряжения можно производить сравнением его с амплитудой калиброванного напряжения. Масштаб времени осциллограммы задается генератором меток времени КД, представляющим собой в большинстве случаев генератор синусоидальных колебаний стабильной частоты, синхронизированный с напряжением. Синусоидальные колебания преобразуются в импульсы с точно известным периодом следования. Импульсы подаются в канал Z и модулируют яркость свечения изображения, давая яркие пятна на осциллограмме через определенные промежутки времени. По чередованию темных и светлых участков (меток времени) можно определить длительность исследуемого процесса.

Применение осциллографа:

Электронные осциллографы предназначены для наблюдения, регистрации и измерения изменяющихся во времени напряжений и связанных с ним физических величин.