4. ИЗМЕРЕНИЕ И РЕГИСТРАЦИЯ МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ВО ВРЕМЕНИ ВЕЛИЧИН

4.1. Общие сведения и принцип действия осциллографа

Основным прибором для измерения мгновенных значений электрических величин является электронный осциллограф. Функциональная схема электронного осциллографа представлена на рис. 4.1.

отклоняющие пластины, следовательно, положение луча по вертикали прямо пропорционально мгновенному значению. При положительном относительно земли осциллографа мгновенном значении луч отклоняется вверх, при отрицательном – вниз, и за время действия пилообразного напряжения луч вычерчивает на экране кривую мгновенного значения во времени.

Канал вертикального отклонения Y (рис. 4.1) служит для преобразования сигнала с нужным масштабом для подачи его на пластины ЭЛТ вертикального отклонения. Для этого в канале имеются аттенюатор или делитель напряжения и усилитель. Величину коэффициента усиления обычно можно менять ступенчато и плавно.

Канал горизонтального отклонения Х или канал развёртки и синхронизации вырабатывает пилообразное напряжение нужной частоты, которую можно регулировать ступенчато и плавно. Пилообразное напряжение можно синхронизировать во времени с исследуемым сигналом, для чего имеются органы синхронизации. В состав канала Х входят генератор пилообразного напряжения, усилитель этого напряжения до уровня, достаточного для перемещения луча по горизонтали, и схема синхронизации. Довольно часто вход усилителя горизонтального отклонения выведен на внешние клеммы, что позволяет осуществлять горизонтальную развёртку луча не во времени, а в функции внешнего напряжения, подаваемого на этот вход.

Канал управления яркостью предназначен для передачи с внешнего входа Z сигнала, подаваемого на модулятор яркости луча ЭЛТ. В канале обычно имеется усилитель, позволяющий устанавливать желаемую яркость. В этот же канал подаётся сигнал калибровки горизонтального отклонения по времени от внутреннего калибратора времени осциллографа или от внешнего источника.

Калибраторы амплитуды и длительности чаще всего встраиваются в осциллограф. Калибратор амплитуды является амплитудным вольтметром, калибратор длительности – генератором прямоугольных импульсов с известным коэффициентом заполнения и периодом следования.

4.2. Развёртка изображения

След луча на экране под действием развёртывающего напряжения принято называть развёрт-

кой.

Имеется несколько видов развёрток. Если развёртывающее напряжение подаётся на одну пару пластин ЭЛТ, обычно на горизонтально-развёртывающие пластины, то в зависимости от закона изменения этого напряжения во времени развёртку называют пилообразной (линейной), синусоидальной, экспоненциальной. Если развёртывающее напряжение подаётся на обе пары отклоняющих пластин ЭЛТ, её называют по форме траектории луча на экране ЭЛТ круговой, эллиптической или спиральной.

Если напряжение любой формы подаётся на одну пару пластин ЭЛТ, траектория луча на экране представляет собой прямую линию.

Линейная развёртка создаётся пилообразным напряжением, линейно изменяющимся во времени (рис.4.2). При минимальном развёртывающем напряжении (точка А) луч находится в крайнем левом положении горизонтальной прямой на экране. Луч перемещается слева направо с постоянной скоростью в течение времени прямого хода tпр, в конце этого времени он достигает крайней правой точки прямой

30

(точка Б). В течение спада напряжения от точки Б в течение времени tобр луч совершает обратный ход и возвращается на экране в точку А. На время обратного хода электронный луч, как правило, запирается (прерывается), так что на экране повторяется изображение при прямом ходе. Полный период колебаний развёртки T = tпр + tобр ≈ tпр , так как про-

ϕ = 90º:

Uм1 = Uм2 , то на экране будет изображена окружность, если различны – эллипс (рис.4.3б).

Луч на экране совершает один оборот за время, равное периоду развёртывающего напряжения. Круговую (эллиптическую) развёртку используют для измерения временных интервалов, частоты следования импульсов и т.д., для чего соответствующие сигналы подают на вход Z или X или Y через смеситель сигналов.

4.3. Калибраторы

Калибратор амплитуды представляет собой генератор симметричных прямоугольных импульсов с частотой обычно 1 или 2 кГц и точно известным размахом колебаний. С высотой изображения этого напряжения сравнивается изображение измеряемого, и определяется

масштаб напряжения по оси Y.

Калибратор длительности представляет собой генератор прямоугольных импульсов с точно известным периодом. Его сигнал обычно подают на канал управления яркостью луча Z, в результате чего траектория луча изображается штриховой или пунктирной линией из чередующихся тёмных и светлых чёрточек (рис.4.4). Каждая пара чёрточек соответствует во времени периоду повторения калибровочных импуль-

сов Tк.При измерении с помощью осциллографа надо помнить, что масштаб осциллограммы по напряжению и по времени, указанный на шкалах переключателей масштабов по осям Y и Х, справедлив только в крайнем правом (по часовой стрелке) положении ручек плавной регули-

ровки. В противном случае масштаб должен быть установлен с помощью калибраторов.

Современный осциллограф – точный прибор. Однако при измерениях с его помощью довольно много визуальных сравнений, поэтому надо считаться с возможностью получения погрешности результатов порядка нескольких процентов.

31