4.3 Классификация электронных осциллографов

По назначению и принципу действия осциллографы могут быть общего назначения, универсальные, скорост­ные, стробоскопические, запоминающие, специальные.

По числу одновременно наблюдаемых сигналов осциллографы делятся на одно-, двух- и многоканальные.

Моноблочные осциллографы, общего назначения имеют наиболь­шее распространение и применяются для исследования низкоча­стотных процессов, импульсных сигналов, поверки радиоэлектрон­ной аппаратуры. Полоса пропускания у этих осциллографов - от постоянного тока до 100 МГц, диапазон амплитуд исследуемых сигналов - от единиц милливольт до сотен вольт.

Универсальные осциллографы отличаются многофункциональностью, достигаемой за счет применения сменных блоков, и предназначены для исследования гармонических и импульсных сигналов. Полоса пропускания у универсальных осциллографов от постоянного тока до сотен мегагерц, диапазон амплитуд исследуемых сигналов - от десятков микровольт до сотен вольт.

Скоростные осциллографы предназначены для наблюдения и регистрации однократных и повторяющихся импульсных сигналов и периодических колебаний в полосе частот порядка единиц гигагерц. У скоростных осциллографов отсутствует усилитель в канале вертикального отклонения. Исследуемый сигнал подается непосредственно на сигнальную отклоняющую систему ЭЛТ, построенную по принципу бегущей волны, которая исключает влияние времени пролета электронов через пространство отклоняющих пластин, за счет чего увеличивается широкополосность. Сигнальный вход скоростного осциллографа коаксиальный с волновым сопротивлением 50-100 Ом. В этих осциллографах применяются ЭЛТ с волоконно-оптическими экранами, а также квадрупольная фокусировка системой магнитных линз, позволяющая увеличить скорость записи при фоторегистрации за счет лучшей фокусировки.

Стробоскопические осциллографы - предназначены для регистра­ции повторяющихся сигналов в широкой полосе частот - от по­стоянного тока до нескольких гигагерц. Амплитудный диапазон исследуемых сигналов - от единиц милливольт до единиц вольт при одновременной регистрации до двух сигналов. Измерения осуществляются в трансформированном масштабе времени.

Запоминающие осциллографы предназначены для регистрации однократных и редко повторяющихся сигналов. Эти осциллографы имеют ЭЛТ с запоминанием. Полоса пропускания их - до 100 МГц при скорости записи до 4000 км/с, при уровнях сигналов десятки милливольт - сотни вольт - при одновременной регистрации не более двух сигналов.

Специальные осциллографы предназначены для исследования телевизионных сигналов, имеют счетно-фазирующее устройство и позволяют исследовать любую часть телевизионного сигнала с высокой временной стабильностью.

Выбор типа осциллографа производится в зависимости от его назначения и измерительных возможностей (предела измерений времени, частоты следования, амплитуды и длительности сигна­лов, наличия открытого входа, степени точности воспроизведения и погрешности измерения амплитудных и временных параметров сигнала, числа одновременно регистрируемых сигналов, возмож­ности запоминания сигналов и т. д.). Наличие в электронных (осциллографах преобразователей аналоговых сигналов в цифро­вую форму и возможность выдачи результатов измерения на циф­ровое табло сокращают время измерения и упрощают работу с ос­циллографом.

Современные ЭЛТ могут воспроизводить сигналы без искажений с частотой до сотен и тысяч мегагерц, поэтому полоса пропускания осциллографа определяется в основном частотной характеристи­кой усилителя ВО. Неправильный выбор амплитудно-частотной характеристики усилителя ВО, а следовательно, и осциллографа приводит к искажениям при исследовании импульсных и несину­соидальных сигналов. Наибольшая полоса пропускания необхо­дима при исследовании быстрых импульсных сигналов, поскольку она должна обеспечить прохождение большинства гармонических составляющих спектра импульса.

Полоса пропускания электронного осциллографа связана с вре­менем нарастания переходной характеристики канала вертикального отклонения (нс) следующим соотношением: , где - верхняя граничная частота (МГц) полосы пропускания.

Если нужно воспроизвести без искажений фронт (нс) прямо­угольного импульса длительностью , то необходимо, чтобы , где .

Если нужно воспроизвести без искажений амплитуду прямо­угольного импульса длительностью (нс), а неискаженное воспро­изведение фронтов не требуется, то достаточно, чтобы .

Нижняя граничная частота (Гц) полосы пропускания, опре­деляющая неравномерность вершины импульса (В) относи­тельно амплитуды (В), равна .

При любых измерениях необходимо учитывать влияние входной цепи (сопротивления 1 МОм шунтированной емкостью 40-50 пФ, а с учетом соединительного кабеля 100 пФ) осциллографа на источник исследуемого сигнала. Поэтому при исследовании прямо­угольных импульсов с крутыми фронтами выбирают осциллограф с малой входной емкостью, т. е. с более широкой полосой пропу­скания (большая емкость увеличивает длительность фронта из-за длительного времени заряда конденсатора), ждущую развертку.

При исследовании одиночных, импульсных сигналов большой скважности, а также при тщательном исследовании отдельных участков несинусоидальных сигналов применяют ждущую раз­вертку с внутренней или внешней синхронизацией. При работе в ждущем режиме длительность развертки должна быть согласована с частотой повторения исследуемых сигналов. Для исследования сигналов периодических синусоидальных, импульсных малой скважности применяют автоколебательную развертку.

Электронные осциллографы применяют для измерения: амплитуды и мгновенных значений электрического сигнала (напряжения, тока); временных параметров сигнала (длительности фронта, среза, частоты следования, скважности, задержки); частоты гармониче­ского сигнала (методами линейной и круговой развертки, мето­дами фигур Лиссажу); сдвига фаз между двумя сигналами; мощ­ности (импульсного, среднего значений); полного сопротивления и отдельных составляющих; амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников; коэффициента амплитудной модуляции, равного отношению разности максимального и минимального значений модулированного сигнала к их сумме; характеристик электронных ламп, транзисторов, диодов, интегральных схем; характеристик магнитных материалов и др.