4.1.2 Виды разверток в универсальном осциллографе

Одним из основных блоков осциллографа является ЭЛТ, выходными элементами которой являются две пары пластин, отклоняющие луч горизонтально и вертикально. Если развертывающее напряжение приложено к одной паре отклоняющих пластин (обычно к пластинам X), то развертку называют по форме развертывающего напряжения (например, линейной или синусоидальной). Если развертывающие напряжения приложены к отклоняющим пластинам X и Y трубки одновременно, то название развертке дают по ее форме (например, круговая или эллиптическая).

Наиболее широко используют линейную развертку, создаваемую пилообразным напряжением U_p, генератора развертки. При линейной развертке луч, двигаясь равномерно по экрану, прочерчивает прямую горизонтальную линию, как бы нанося на экран ось абсцисс декартовой системы координат - ось времени. В зависимости от режима работы генератора развертки такую развертку делят на автоколебательную, ждущую и однократную.

Автоколебательная развертка - развертка, при которой генератор развертки периодически запускают (автоматически) и при отсутствии сигнала запуска на его входе.

Ждущая развертка - развертка, при которой генератор развертки запускают только с помощью сигнала запуска.

Однократная развертка - развертка, с помощью которой генератор развертки запускают один раз с последующей блокировкой. Такую развертку применяют для наблюдения одиночных и непериодических процессов и при фотографировании с экрана осциллографа неповторяющихся сигналов.

При подаче на горизонтально отклоняющие пластины напряжения u_х = u_р пилообразной формы (рис. 4.2), электронный сфокусированный луч под воздействием этого напряжения перемещается слева направо на интервале Т_пр (точки 0-1-2 - длительность прямого хода луча) и справа налево на интервале Т_о6р (точки 2-3 - длительность обратного хода луча). Причем скорость движения луча в обратном направлении много больше (обычно луч при этом гасится), чем в прямом. С помощью напряжения развертки, подаваемого на горизонтальные пластины ЭЛТ (пластины X) осциллографа, на его экране можно наблюдать исследуемый сигнал, поступающий на пластины Y и изменяющийся во времени (развернутый во времени).

Рисунок 4.2 Диаграмма, поясняющая создание временного

масштаба по горизонтальной оси экрана ЭЛТ:

→ - прямой ход луча; → - обратный ход луча

, (4.1)

Автоколебательную (непрерывную) развертку применяют исследования периодических сигналов, а также импульсных с небольшой скважностью q = T_с / τ, Ее включают при внутренней синхронизации. На рис. 4.2 представлены исследуемые импульсы u длительностью τ каждый, развертывающее синхронное напржениe u_x и наблюдаемая осциллограмма (в рамке). Периоды поения импульсов и развертывающего напряжения равны между собой: Т_с = Т_р.

Рисунок 4.2 Автоколебательная развертка

С помощью автоколебательной развертки почти невозможно наблюдать непериодические сигналы, и она фактически бесполезна при наблюдении периодических коротких импульсных сигналов с большой скважностью q (это связано с тем, что передний и задний фронты импульса почти сливаются). В этих случаях используют ждущую развертку.

Характерный пример ждущей развертки показан на рис. 4.3. Генератор развертки запускают только при поступлении импульсов u_с. Если

Рисунок 4.3 Пример применения ждущей развертки

длительность развертки t₂ – t₁ сопоставима с длительностью исследуемого импульса, то его изображение на экране достаточно детально. В осциллографе в силу инерционности генератора начало ждущей развертки может быть несколько задержано относительно фронта импульса u_с. Поэтому, если фронт импульса очень короткий, то он может не отобразиться на осциллограмме. Для наблюдения короткого фронта сигнал u_с задерживают на τ₃ во времени в канале Y с помощью линии задержки (штриховые импульсы u_с на рис. 4.3). Наблюдаемая осциллограмма дана вместе с не задержанным импульсом на рис. 4.3 штриховой линией (в рамке).

Синусоидальная развертка. В ряде измерительных задач, например при измерении частоты, или разности фаз, вместо пилообразного напряжения развертки (линейной развертки) используют синусоидальную развертку. Для получения синусоидальной развертки на пластины X подают напряжение, изменяющееся по гармоническому закону u_х(t) = U_mx sin ωt. При этом генератор линейной развертки осциллографа отключают. Положительный полупериод напряжения синусоидальной развертки вызывает перемещение луча от центра экрана до его правой границы и обратно; отрицательный полупериод - от центра экрана до его левой границы и обратно к центру. Скорость перемещения луча изменяется по синусоидальному закону, хотя линия развертки представляет собой горизонтальную линию.

Круговая развертка. Для получения на экране ЭЛТ круговой развертки на пластины Y подают синусоидальный сигнал u_y = Usinωt = Usin(2πt/T), а на пластины X - аналогичный по форме и амплитуде сигнал, но задержанный на четверть периода (по фазе на φ = 90°), т.е. и_х - Usin [ω(t – T/4)] = - cosωt. Осциллограмма круговой развертки показана на рис. 4.4. Под действием напряжений разверток u_y и u_х луч прочерчивает на экране ЭЛТ окружность за период Т. Положение луча на экране в момент времени t = 0 отмечено точкой 0, в момент t₁ - точкой 1 и т.д.

Эллиптическая развертка. Если при использовании круговой развертки амплитуды сигналов u_у и u_х не равны, то круг искажается и на экране наблюдают эллипс, т.е. возникает эллиптическая развертка.

Например, при u_у < u_х большая ось эллипса расположена по горизонтали, а малая по вертикали. При фазовых сдвигах, не равных 90°, получается эллипс с наклонными осями, вырождающимися в прямую при нулевом фазовом сдвиге.

Рисунок 4.4 Получение круговой развертки в осциллографе