Особливості будови осцилографівц
Є два основні види осцилографів – електронні та електромеханічні. Електромеханічні осцилографи призначені для візуального спостереження низькочастотних електричних сигналів та їх реєстрації на фоточутливому матеріалі (чорно-біла та кольорова фотоплівка, фот Принцип роботи світлопроменевого електромеханічного осци-лографа пояснено на рис. 3.2. Промінь світла від дзеркала 1 вібратора (гальванометра спеціальної конструкції) проходить через призму 2 і, роздвоївшись, попадає на рухому світлочутливу плівку 8 і на багатогранний дзеркальний барабан 4, який обертається, чим і забезпечує розгорнуте в часі зображення досліджуваного сигналу на екрані 5. На світлочутливій плівці, яка протягується з допомогою стрічкопротяжного механізму, записується осцилограма (зміна досліджуваної величини в часі).
опапір).
Рис. 3.2. Принцип роботи світлопроменевого електромеханічного осцилографа
Швидкість обертання барабана вибрана такою, щоб час, протягом якого одна грань перемістить промінь по екрану, а друга займе вихідне положення попередньої і спрямує промінь на лівий край екрана, дорівнював чи був кратним періоду досліджуваної кривої. В цьому випадку зображення періодичного електричного сигналу на екрані буде нерухомим.
Незаперечною перевагою електромеханічного осцилографа є можливість його використання для багатоканального запису як одиноких, так і періодичних коливань. Реалізують багатоканальність, застосовуючи відповідну кількість вібраторів.
Найбільш поширені магнітоелектричні петльові та рамкові і феродинамічні вібратори (вимірювальні механізми). Рухому частину петльового магнітоелектричного вібратора виконано у вигляді петлі з тонкої металевої стрічки (берилієва бронза, сплав срібла та міді). Кінці стрічки під’єднані до затискачів, які призначені для підведення електричного сигналу. Петля натягнута пружиною і знаходиться в полі постійного магніту. Для забезпечення достатньої чутливості вібратора в робочому проміжку ВМ утворюється сильне магнітне поле (індукція досягає 1Т). Рамкові вібратори мають рухому частину у вигляді вузької рамки з великим числом витків. Завдяки такій інструкції вони мають високу чутливість, але нижчу часту власних коливань.
Феродинамічні вібратори мають дві незалежні обмотки – рухому, яка вмикається в досліджуване коло як обмотка ватметра, і рухому, яка вмикається в коло напруги. Таке вмикання дає змогу реєструвати криві миттєвих значень потужності.
Основною частиною електронно-променевого осцилографа є електронно-променева трубка, яка виконує роль вібратора і реєстратора електромеханічного осцилографа. Найпростіше в осцилографах застосовують електронно-променеві трубки (ЕПТ) з підігрівним катодом та електростатичним керуванням електронним пучком (рис.3.3). Джерелом електронів є підігрівний катод К, розташований всередині циліндричного електрода з діафрагмою, який носить назву керуючого електрода або модулятора М. Від’ємний потенціал, який подають на модулятор, регулює інтенсивність пучка електронів, змінюючи тим самим яскравість світіння відкритого люмінофором екрана Б. Крім зміни інтенсивно-модулятор також концентрує електрони у вузький пучок. Чіткого фокусування добиваються, використовуючи фокусуючий анод (ФА). Для надання електронному пучку енергії, необхідної для його руху до екрана і достатньої для засвічування люмінофору, використовують прискорю-ючий анод (ПА). Анод має позитивний відносно катода потенціал, який досягає кількох кіловольтів.
На шляху до екрана пучок проходить між двома парами пластин – вертикально (ВП) і горизонтально відхилених (ГП). Під дією напруги, прикладеної до відповідної пари пластин, світлова пляма на екрані зміщуватиметься у вертикальному або горизонтальному напрямку. Для спостереження швидкоплинних процесів треба мати велику яскравість світіння, і тому після відхилених пластин розміщують післяприскорюючі аноди. Напруга на цих анодах досягає 20 кВ.
Тривалість після світіння, тобто час, протягом якого яскравість зображення зменшується на 90% від початкової, залежить від властивостей екрана. Для безпосереднього спостереження періодичних процесів застосовують трубки із середнім світінням (0,01–0,1с) і зеленим кольором світіння екрана (максимальна чутливість зору людини до зеленого кольору).
Повільні процеси спостерігають на екранах трубок з тривалим світінням (до 16с). Колір світіння звичайно буває блакитним. Для фотореєстрації застосовують високовольтні трубки з підвищеною яскравістю, синім кольором світіння та коротким світінням (до 0,01с).
Сучасний осцилограф крім електронно-променевої трубки має багато специфічних вузлів і блоків.
Підсилювач вертикального відхилення (ПВ), на вхід якого подається досліджуваний сигнал, видає два однакові за амплітудою, але зміщені за фазою на 180° один відносно другого (парафазні) вихідні сигнали. За допомогою парафазних сигналів легше дістати досить велике і неспотворене зображення на екрані.
Рис. 3.3. Структурна схема осцилографа з електронно-променевою трубкою
Щоб мати розгорнуте в часі зображення досліджуваного сигналу, на горизонтально відхилені пластини треба подати лінійно-змінну напругу розгортки. Ця напруга виробляється спеціальним генератором розгортки (ГР). Частота напруги розгортки повинна дорівнювати або бути кратною частоті досліджуваного сигналу. Тільки в цьому випадку зображення на екрані осцилографа буде нерухомим. Для автоматичного підстроювання частоти розгортки використовують схему синхронізації (СС).
Блок живлення осцилографа (БЖ) виробляє напруги, необхідні для нормальної роботи осцилографа. Поява багатопроменевих трубок сприяла побудові багатопроменевих осцилографів, за допомогою яких можна одночасно спостерігати кілька процесів. Спеціальні трубки із запам’ятовуванням є основним вузлом електронно-променевих осцилографів. У таких осцилографах відтворене на екрані зображення досліджуваного сигналу можна зберігати протягом семи діб.