1.2. Осциллографы

Осциллограф служит для визуализации формы напряжения (осциллограмм) между исследуемыми контрольными узлами (точками) исследуемой схемы, одна из которых, как правило, заземлена.

Следует помнить, что с помощью осциллографа оцениваются параметры и форма напряжения исследуемого сигнала, поэтому осциллограф всегда включается в цепь как вольтметр, имеющий большое входное сопротивление.

Независимо от типа применяемого осциллографа передние панели осциллографов, как правило, идентичны. Рассмотрим назначение и функции основных переключателей и тумблеров, на примере осциллографа типа ОСУ-10В, внешний вид которого приведен на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Внешний вид осциллографов ОСУ-10В, ОСУ-10А, Н313

На передней панели находятся кнопки и переключатели со следующими функциями:

– ″СЕТЬ″ (при включении загорается индикатор);

– ″Яркость″ (устанавливается индивидуально);

– ″Фокус″ (устанавливается при включении);

– ″Вольт/дел″ - ступенчатый переключатель чувствительности по вертикали, значение s_U которого отмечает, сколько вольт приходится на 1 вертикальное деление шкалы экрана осциллографа;

– ″Время/дел″ - ступенчатый переключатель усиления развертки по горизонтали s_t, значение которого отмечает, сколько секунд (mS; S) приходится на 1 горизонтальное деление шкалы экрана осциллографа (от 0,1 мкс/дел до 0,1 с/дел);

–  - регулятор плавного смещения осциллограммы сигнала по вертикали;

–  - регулятор плавного смещения осциллограммы сигнала по горизонтали;

–″Плавно″ (усиление) - регулятор плавного усиления сигнала по вертикали (следует установить в крайнее правое положение);

–″Плавно″ (развертка) - регулятор плавной развертки сигнала по горизонтали (следует установить в крайнее правое положение);

– ″Уровень″ - регулятор, необходимый для качественной синхронизации сигнала (для получения устойчивого сигнала на экране осциллографа);

– ″Вход Y″ - разъем для подключения центральной жилы коаксиального кабеля от исследуемой точки цепи (именно к этому входу необходимо подключить специальный кабель осциллографа);

– внешний ″Вход Х″ – разъем для подключения специального сигнала для развертки по горизонтали, но, обычно, этот разъем ″Вход Х″, не используется, поэтому переключатель ″Авто – ждущий ″ должен стоять на ″АВТО″ (или ″Внутренняя развертка″).

В то же время при профессиональном анализе цепей электрического тока и исследовании формы импульсных сигналов вход ″Вход Х″ можно использовать для синхронизации (стабилизации) исследуемого сигнала на экране осциллографа. Для этой цели на входы Х и Y подают один и тот же сигнал. Сигнал, подаваемый на ″Вход Х″, служит для запуска генератора внутренней развертки в данном режиме. Переключатель ″Авто – ждущий ″ должен стоять в положении ″Ждущий″ (или ″Внешняя развертка″);

– ″+ – Х (внеш)″ - переключатель развертки, которая синхронизируется положительным (+), отрицательным (–) фронтом, или внешним сигналом от входа Х;

– ″ ┴ =″ – переключатель режимов входа ″Y″: в режиме ″┴″ усилитель входа ″Y″ закорочен на землю, в режиме ″″ – усилитель входа ″Y″ не пропускает постоянную составляющую сигнала; в режиме ″=″ – усиливаются как постоянная, так и переменная составляющие сигнала.

В ряде моделей осциллографа ОСУ-10А вместо переключателя ″ ┴ =″ режимов используется кнопка ″″. При нажатой клавише ″″ реализуется режим ″≈″: постоянная составляющая не регистрируется; при отжатой клавише ″″ реализуется режим ″=″, т.е. сигнал на экране имеет как постоянную, так и переменную составляющую.

Рекомендуется следующий примерный алгоритм включения осциллографа в работу:

– подключите шнур питания осциллографа к розетке 220 В;

– включите питание осциллографа и дайте прогреться в течение 5 минут;

– проверьте яркость свечения луча (желательно ″Яркое″);

– установите ″Фокус″ так, чтобы линия (или точка) была ″тонкой″;

– установите переключатель в положение ″Авто″ (или ″Внутренняя развертка″, после чего появится линия развертки;

– проверьте работу регуляторов вертикального и горизонтального смещения (установите горизонтальную линию по нулевой горизонтальной оси экрана);

– подсоедините специальный кабель к входу ″Y″ осциллографа, подключив экранирующий провод кабеля к ″Земле″ схемы, а центральный провод кабеля к источнику сигнала;

– подайте на вход ″Y″ осциллографа сигнал, например, от генератора стенда; потенциометр ″Усиление″ должен находиться в крайнем правом положении;

– регуляторами вертикального усиления и горизонтальной развертки, ″Уровнем″ развертки добейтесь появления и стабилизации на экране 2-3 периодов устойчивого сигнала ″размером″ не более 3-4 делений (по вертикали);

– зарисуйте осциллограмму, обратив внимание на его форму, амплитуду U_mах, период Т, смещение по вертикали U₌, время фронта t_ф, спада t_с, импульса t_и, паузы t_п и другие параметры.

Форма и величина переменного напряжения контролируется на экране осциллографа (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Форма сигналов на экране осциллографа

Амплитудные значения напряжений переменного тока могут измеряться с помощью осциллографа по соотношению:

U_mах = s_UY_mах, (1.1)

где Y_mах – амплитуда осциллограммы сигнала на экране, дел.; s_U - чувствительность конкретного диапазона, В/дел.

Действующие значения напряжения и тока синусоидального сигнала связаны с их амплитудными значениями:

U = U_mах/2; I = I_mах/2. (1.2)

Период и частота переменного сигнала могут определяться по форме сигнала на экране осциллографа с учетом

T = 1/f = s_T X_T, (1.3)

где X_T  протяженность одного периода на осциллограмме, дел; s_T  параметр развертки осциллографа, мс/дел; мкс/дел.

С дополнительными регуляторами и функциональными возможностями следует ознакомиться по описанию конкретного осциллографа. Особенности методов измерения с помощью осциллографа других характеристик сигнала можно узнать, изучив паспорт прибора.