Лекція 25

Тема 3.2 Електронні осцилографи. Призначення, класифікація, побудова.

3.2.3 Повна структурна схема осцилографа, характеристика і призначення блоків схеми.

Електронно-променеві (електронні) осцилографи призначені для візуального спостереження, вимірювання та реєстрації електричних сигналів. Осцилограми сигналів мають велику інформативність і дають можливість під час аналізу сигналів виявляти складні закономірності, розпі­знавати природу досліджуваних явищ, вимірювати пара­метри неперервних, імпульсних, періодичних і неперіо­дичних сигналів у широкому діапазоні частот.

Сучасні осцилографи, оснащені пристроями для керу­вання й автоматизації процесу вимірювання (контроле­рами) на базі мікропроцесорів, аналого-цифровими й цифро-аналоговими перетворювачами, являють собою багатофункціональні вимірювальні комплекси, здатні вимірювати характеристики і параметри складних електрорадіотехнічних пристроїв.

Для візуалізації, аналізу, вимірювання й порівняння характеристик і параметрів одночасно кількох сигналів призначені багатопроменеві (здебільшого двопроменеві) осцилографи.

Останнім часом у деяких сучасних осцилографах перед­бачено, крім традиційних функцій зображення сигналів, функції вимірювання частоти, струму, напруги, опору (осцилограф-мультиметр).

Основними структурами осцилографа (рис.9.1) є:

електронно-променева трубка (ЕПТ) зі схема­ми фокусування променя, керування променем та високо­вольтного живлення;

канал вертикального відхилення (канал У);

канал горизонтального відхилення (ка­нал X);

канал керування яскравістю променя (ка­нал Z).

До складу осцилографа входять також калібратор амплітуди і тривалості та синхронізатор.

ц иліндр, у середині якого розміщено вольфрамовий підігрівник 1. На торцевій частині катода із зовнішньо­го боку нанесено оксидний шар, що забезпечує емісію електронів у бік екрана. Катод оточений керівним еле­ктродом (модулятором) 3, який виготовляється у вигляді металевого циліндра з отвором у торці і призна­чений для регулювання густини електричного променя. На модулятор подається негативний відносно катода потенціал і електрони, що вилітають з катода й спрямо­вуються в бік модулятора, під дією електричного поля між катодом і модулятором змінюють напрямок свого руху, відхиляючись до осі променя.

Зі збільшенням негативного потенціалу модулятора частина електронів набуде великого відхилення і не прой­де крізь отвір, тобто, змінюючи потенціал модулятора, можна регулювати густину променя та яскравість світної плями на екрані.

Для подальшого фокусування променя призначені ано­ди 4 та 5. Обидва вони циліндричні з діафрагмою для обмеження поперечного перерізу променя. У першого фо-кусувального анода позитивний потенціал відносно катода становить 200...500 В. Під дією сил електричного поля першого анода електронний промінь стискується (фоку­сується). Другий анод, прискорювальний, розміщений на певній відстані від першого на осі трубки і перебуває під позитивним потенціалом 1000...2000В відносно катода. Між двома анодами виникає електричне поле, потрапив­ши в яке електрони відхиляються до осі променя й набу­вають прискорення у напрямі руху до екрана 7.

Екран електронно-променевої трубки покритий спеці­альною сумішшю (люмінофором), яка світиться під дією ударів електронів (тобто коли сфокусований промінь потрапляє у певну точку екрана, ця точка починає світи­тися). Для виготовлення люмінофорів використовують ок­сиди цинку, берилійового цинку, суміш сульфату цинку із сульфатом кадмію тощо. Ці матеріали мають післясвітіння — вони продовжують світитися певний час після при­пинення дії електронного променя.

Частина енергії електронного променя перетворюється у світлову у вигляді світної плями діаметром менше за 1 мм. Решта енергії передається електронам екрана, зумовлюючи вторинну емісію. Вторинні електрони вловлюються провід-

ним графітним шаром (аквадагом), який частково по­криває внутрішню циліндричну й конічну частини колби і з'єднаний з другим анодом.

Відхильні пластини 6 призначені для відхилення еле­ктронного променя від осі у двох взаємно перпендикуляр­них напрямках. Перша пара пластин відхиляє електронний промінь у вертикальній площині й називається вертикаль­ними відхильними пластинами, а друга — у горизонтальній площині і називається горизонтальними відхильними пла­стинами. За допомогою системи відхильних пластин можна здійснити довільний рух променя, розклавши його на вер­тикальну і горизонтальну складову.

Електронно-променеві трубки з магнітним керуван­ням мають у своєму складі катод, модулятор та перший анод такої самої будови й призначення, що й у трубки з електронним керуванням. Роль другого анода виконує аквадаг. Для фокусування променя призначена спеці­альна фокусувальна котушка. Відхильна система скла­дається з двох пар відхильних котушок, осі яких взаєм­но перпендикулярні.

До основних характеристик електронно-променевих трубок належать чутливість, смуга пропускання, тривалість піс л ясвітіння, робоча площа екрана та інші характеристики.

Ч утливість трубки S визначається відхиленням І про­меня на екрані, спричиненим напругою U, прикладеною до відхильних пластин:

Здебільшого чутливість трубок знаходиться в межах (0,5...5) мм/В. Зі збільшенням частоти чутливість трубок зменшується. Верхньою частотою смуги пропускання трубки вважається частота, на якій чутливість трубки

зменшується у раз (на ЗдБ) порівняно з чутливістю трубки на нижніх частотах. У більшості електронно-про­меневих трубок верхня частота дорівнює близько 100 МГц. Тривалість післясвітіння характеризується інтервалом часу від моменту припинення дії електронного променя до моменту, коли яскравість зображення зменшиться до 1 % від початкової яскравості. Щоб полегшити спостереження короткотривалих поодиноких або повільних сигналів, за­стосовують трубки з тривалим післясвітінням (більшим за 0,1с). Спеціальні запам'ятовуючі трубки дають змогу зберігати зображення сигналів на термін від кількох хви­лин до кількох діб.

Р обоча площа екрана визначається діаметром трубки. Колір зображення визначається типом люмінофора. Най­більшого поширення знайшли трубки із зеленим світін­ням. Для фотографування осцилограм більш прийнятні трубки з блакитним світінням.

Канал вертикального відхилення (канал У). Канал вертикального відхилення складається з вхідного подільника напруги, вхідного підсилювача, лінії затрим­ки, вихідного підсилювача.

Вхідний подільник напруги забезпечує високий вхідний опір осцилографа в широкому діапазоні частот і служить для узгодження вихідного опору джерела вимірюваного сигналу і вхідного опору підсилювача (рис.9.3). Для забез­печення можливості аналізу змінної складової сигналу з невеликою амплітудою за наявності великої постійної складової вхідний сигнал подається на вхід через розділо­вий конденсатор С_р.

Для зменшення залежності коефіцієнта ділення поділь­ника напруги від частоти паралельно резисторам по­дільника вмикають конденсатори з таким розрахунком, щоб сталі часу були однаковими:

т оді

Вхідну напругу підводять до осцилографа за допомогою коаксіального кабелю, ємність якого залежно від довжини становить 50...150пФ і додається до вхідної ємності осци­лографа. Це призводить до збільшення спотворень сигна­лу і до зменшення смуги пропускання осцилографа. Щоб зменшити негативний вплив ємності кабелю, застосовують додатковий подільник напруги (атенюатор), розміще­ний у виносному пробнику, який через зонд довжиною кілька сантиметрів вмикається безпосередньо у потрібну точку електричного кола (рис. 9.4).