1.2 Виды осциллографов

Электронно-лучевые осциллографы

Приборы, предназначенные для регистрации, наблюдения и измерения электрических процессов называются осциллографами. Исследуемый сигнал отображается на экране осциллографа в виде светящихся линий и фигур, называемых осциллограммами.

Осциллографы подразделяются на электромеханические и электронные.

В первом случае развертка может осуществляться механическим способом (канал Х), а перемещение светового пучка на светочувствительном носителе – электромеханическим (канал Y). Основное достоинство таких осциллографов - документальная регистрация медленно протекающих и переходных процессов.

Для регистрации "быстрых" процессов используются электронно-лучевые осциллографы в которых под воздействием электрического сигнала отклоняющийся электронный пучок вызывает свечение люминофора электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Электронные осциллографы могут классифицироваться по признакам:

1. По числу одновременно исследуемых сигналов (одно-, двух- и многоканальные)

2. По диапазону исследуемых частот (низко- и высокочастотные, СВЧ - осциллографы)

3. По характеру исследуемого сигнала (непрерывный, непериодический, импульсный)

В соответствии с ГОСТ 15094 приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигнала и спектра подразделяются (классифицируются) на:

С1 – осциллографы универсальные

С2 – измерители коэффициента амплитудной модуляции (модуляторы)

С3 – измерители девиации (девиометры)

С4 – анализаторы спектра

С6 – измерители нелинейных искажений

С7 – осциллографы скоростные, стробоскопические

С8 – осциллографы запоминающие

С9 – осциллографы специальные

На практике наибольшее распространение получили универсальные осциллографы.

1.3Осциллограф универсальный

1.3.1 Назначение

для исследования параметров электрических сигналов в радиоизмерительной технике. Сущность изобретения: универсальный осциллограф содержит канал вертикального отклонения в составе входного делителя, предварительного усилителя, линии задержки, оконечного усилителя и первого пьезоэлектрического дефлектора, канал горизонтального отклонения в составе усилителя синхронизации, триггера синхронизации, схемы запуска, генератора развертки, усилителя развертки и второго пьезоэлектрического дефлектора, схему блокировки, АЦП в составе светодиода, объектива, щелевой диафрагмы, квантующей линейки светопроводов, блока фотоприемников, шифратора и блока индикации, блоки измерения временного интервала, регистр, блок схем ИЛИ, ключ, счетчик, формирователь импульсов, умножитель частоты, дешифратор, матовый экран. В осциллографе наряду с автоматическим измерением амплитуды сигнала производится автоматическое измерение временного интервала с представлением результатов измерений в цифровом виде, а также обеспечивается повышение точности измерений временных интервалов исследуемых сигналов. 

1.3.2Технические данные Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для исследования параметров электрических сигналов. Известны одноканальные универсальные осциллографы. Прототипом взят универсальный осциллограф, содержащий канал вертикального отклонения в составе последовательно соединенных входного делителя, предварительного усилителя, линии задержки, оконечного усилителя и первого пьезоэлектрического дефлектора, канал горизонтального отклонения в составе усилителя синхронизации, триггера синхронизации, схемы запуска, генератора развертки, усилителя развертки и второго пьезоэлектрического дефлектора, светодиод со схемой питания, объектив, щелевую диафрагму, матовый экран, схему блокировки, последовательно соединенные квантующую линейку светопроводов, блок фотоприемников, шифратор и блок индикации и ключ с генератором тактовых импульсов. Измерение амплитуды сигнала выполняется автоматически преобразователем аналог-код разверткой луча от светодиода по входным зрачкам линейки светопроводов отражателем пьезоэлектрического дефлектора канала вертикального отклонения с погрешностью не хуже 0,1%. А измерение временных интервалов исследуемых сигналов производится визуально на экране с погрешностью не лучше 2-3%.

Недостатком прототипа является низкая точность измерения временных интервалов сигналов. Цель изобретения - повышение точности измерений временных интервалов исследуемых сигналов. В заявляемом осциллографе измерение длительности сигнала любой формы выполняется автоматически путем измерения длительностей сигналов одной амплитуды, составляющих в сумме исследуемый сигнал. Цель достигается вводом блока схем ИЛИ, ключа, счетчика импульсов, умножителя частоты и дешифратора. Структурная схема универсального осциллографа изображена на фиг ; плоскость входных зрачков квантующей линейки - на фиг. Универсальный осциллограф включает канал вертикального отклонения в составе последовательно соединенных входного делителя , предварительного усилителя , линии задержки, оконечного усилителя и первого пьезоэлектрического дефлектора , канал горизонтального отклонения в составе последовательно соединенных усилителя синхронизации, триггера синхронизации, схемы 8 запуска, генератора 9 развертки, усилителя развертки и второго пьезоэлектрического дефлектора и схемы блокировки, аналого-цифровой преобразователь в составе светодиода со схемой питания, объектива , щелевой диафрагмы и последовательно соединенных квантующей линейки светопроводов, блока фотоприемников, шифратора , первого ключа и генератора тактовых импульсов, блок индикации, матовый экран и блоки, обеспечивающие измерение временных интервалов, в составе последовательно соединенных блока схем ИЛИ, второго ключа и счетчика , регистра , формирователя импульсов, умножителя частоты и дешифратора . Осциллограф имеет открытый и закрытый входы в канале вертикального отклонения. Исследуемый сигнал подается на вход входного делителя , с него поступает в предварительный усилитель . Оконечный усилитель усиливает сигнал до величины, достаточной для срабатывания пьезоэлектрического дефлектора . Изменение коэффициента усиления производится в каскаде предварительного усилителя . Сигнал с второго выхода усилителя поступает на вход усилителя синхронизации канала горизонтального отклонения (при переключателе в положении "внутр."). Усилитель совместно с триггером формирует сигнал на схему запуска генератора развертки. Генератор формирует линейно падающее пилообразное напряжение, усиливаемое в усилителе до величины, необходимой для срабатывания второго пьезодефлектора. Блоки , те же, что и в прототипе. Представление сигнала на матовом экране выполняется разверткой светового луча светодиода первым дефлектором по вертикали и вторым дефлектором по горизонтали. Пьезодефлекторы представляют собой пьезопластины. Световой луч на зеркальный отражатель дефлектора приходит от источника излучения светодиода , в качестве которого применен светодиод ЗЛ341Г зеленого цвета, работающий в режиме непрерывного излучения. Диафрагма и объектив формируют луч в виде узкой полосы шириной 0,2 мм, проецируемой на центр отражателя дефлектора и на отражатель среза дефлектора 5. Второй дефлектор производит горизонтальную развертку луча. Зеркальная часть дефлектора имеет ширину 0,2 мм, длину на всю отражающую грань. Экраном является матовое стекло. Схема питания запирает светодиод и обеспечивает его непрерывное излучение. Измерение амплитуды сигнала выполняется следующим образом.

Преобразование сигнала в код выполняется разверткой луча от светодиода дефлектором по плоскости входных зрачков линейки . Световой сигнал преобразуется фотоприемником блока в электрический, который, поступая на вход шифратора , формирует на его выходе двоичный код, соответствующий мгновенному значению входного сигнала. Зеркальный отражатель на срезе рабочей грани дефлектора расположен горизонтально, его длина 0,4-0,5 мм, ширина 0,01 мм 0,003 мм. Квантующая линейка содержит 1024 х 2 шт. светопроводов; два в центре, обозначающих полярность сигнала "+" и "-", и два светопровода прямоугольного сечения П по краям для выявления превышения амплитудой сигнала диапазона измерения. Диаметр светопровода 0,01 мм, ширина светопроводов П 0,2-0,3 мм. Первые светопровода предназначены для кодирования сигнала положительной полярности в десятиразрядный двоичный код, вторые светопровода предназначены для кодирования в десятиразрядный код сигнала отрицательной полярности. Каждый выходной торец светопровода линейки оптически сопряжен со своим фотоприемником блока . Фотоприемниками являются лавинные фотодиоды с временем срабатывания 10-8 с, изготовленные методом микроэлектронной технологии на выходных торцах светопроводов. Выходы фотоприемников подключены к соответствующим входным шинам шифратора . Шифратор преобразует сигнал с фотоприемника в двоичный код, соответствующий мгновенному значению входного сигнала. Он формирует двоичных числа от 0000000000 до 1111111111. Код с шифратора поступает в регистр , а с него выдается в блок индикации, где высвечиваются на табло полярность сигнала, поступающего с первого ключа , и значение амплитуды в десятичном коде. При превышении сигналом диапазона измерения луч отражается в светопровод П, и на табло блока высвечивается знак П, руководствуясь которым оператор-измеритель переключает следующий диапазон измерений во входном делителе . При отсутствии сигнала с ключа в блоке индикации высвечивается знак "+". Ключ формирует сигнал отрицательной полярности. При сигнале отрицательной полярности сканирующее пятно проходит входной торец светопровода "-" электрический сигнал с фотоприемника открывает ключ , и тактовый импульс с генератора проходит через ключ в разряд знака регистра и с него вместе с кодом амплитуды выдается в блок индикации. При смене полярности сигнал со светопровода "+" закрывает ключ . При положительной полярности в разряде знака регистра находится символ "0", при отрицательной - символ "1". Генератор формирует соответственно частоте генератора развертки тактовые импульсы, поступающие на вход ключа и на четвертый вход блока индикации в качестве тактовых сигналов. Погрешность измерения амплитуды сигнала составляет от 0,05% в нижней части диапазона измерения до 0,1% в верхней его части. Измерение временных интервалов. Сигналы с фотоприемников поступают на входы схем ИЛИ блока , с выхода которого передний фронт импульса открывает ключ , пропускающий импульсы с умножителя частоты на счетный вход счетчика . Ключ открыт в течение временного интервала, пока сканирующее пятно стоит на входном торце одного и того же светопровода. При изменении величины сигнала пятно смещается с этого светопровода, с выхода блока сигнал прекращается и ключ закрывается, а счетчик приостанавливает счет длительности временного интервала этой амплитуды. Одновременно по переднему фронту сигнала с блока формирователь импульса формирует импульс выдачи для счетчика и регистра . В момент выхода с блока сигнала импульс с формирователя выдает код амплитуды со знаком полярности из регистра с обнулением его разрядов и код временного интервала со счетчика без обнуления его разрядов в блок индикации. На табло блока появляются величина амплитуды сигнала со знаком полярности и ее временной интервал в десятичном коде. Счетчик ведет нарастающий счет временного интервала входного сигнала, пока значение амплитуды не окажется равным нулю. Обнуление и последнюю выдачу значения всего временного интервала входного сигнала из счетчика производит сигнал Uо с выхода дешифратора . Дешифратор формирует этот сигнал выдачи-обнуления, когда с регистра на его входы поступает код из одних нулей (единица знака полярности на дешифратор не заводится). Умножитель частоты производит умножение частоты тактовых импульсов генератора в 1000 (или более раз в зависимости от требуемой точности измерений) раз, что обеспечивает погрешность измерения 0,1%, т.е. на порядок лучше, чем в прототипе. Таким образом вместе с автоматическим измерением величины амплитуды входного сигнала (как у прототипа) заявляемый осциллограф производит и автоматическое измерение временного интервала с представлением его в цифровом виде.

Работа осциллографа. Исследуемый сигнал подается на вход делителя , усиливается в усилителе и своим воздействием на первый пьезодефлектор отклоняет луч светодиода в вертикальной плоскости. При этом сканирующее пятно от отражателя на срезе дефлектора попадает во входное окно соответствующего светопровода квантующей линейки , которая совместно с блоком фотоприемников и с шифратором производит измерение амплитуды сигнала с представлением его в регистре в двоичном коде. Блок , ключ и счетчик с помощью умножителя частоты производят измерение длительности сигнала при неизменной его амплитуде. При каждой смене уровня амплитуды в сторону большего или меньшего значения на величину квантования из регистра выдается значение амплитуды в блок индикации, а из счетчика выдается значение временного интервала. Регистр обнуляется с каждой выдачей кода, счетчик обнуляется только в момент равенства амплитуды входного сигнала нулю. До сброса счетчика на ноль сигналом с дешифратора он производит счет нарастающего временного интервала. Число разрядов в счетчике зависит от величины измеряемой длительности сигнала и принимается при конкретном конструировании осциллографа. Темп измерений не равномерный, так как задается не тактовыми импульсами, как в прототипе, а частотой изменения амплитуды входного сигнала на принятую величину квантования в линейке . Чем круче фронт сигнала, тем чаще идут измерения амплитуды и длительности, чем реже изменение амплитуды, тем реже выдача измерений. Технико-экономический эффект заявляемого осциллографа состоит в автоматическом измерении наряду с амплитудой сигнала и его длительности, причем погрешность на порядок меньше (0,1%), чем у прототипа (2-3%).

2. Генераторы сигналов низкочастотные Г3-123

Изделие зарегистрировано в Госреестре под номером 11189-88

Назначение и область применения.

Генераторы сигналов низкочастотные ГЗ-123 представляют собой источники синусоидального сигнала с повышенной выходной мощностью. Предназначены для исследования, настройки и испытаний систем и приборов, используемых в радиоэлектронике, связи, автоматике, вычислительной и измерительной технике, приборостроении.