книги из ГПНТБ / Савенко, В. Г. Измерительная техника учеб. пособие

няющееся по известному закону, то произойдет разверты­ вание иследуемого напряжения и вдоль оси X экрана труб­ ки в соответствии с законом изменения напряжения их на горизонтально отклоняющихся электродах. Напряжение их

траекторию и скорость перемещения следа определяет на­ пряжение развертки электронного луча на экране трубки. Могут быть разнообразные способы развертывания иссле­ дуемого напряжения на экране трубки. Однако на практи­ ке применяются развертки линейные, синусоидальные, кру­ говые (эллиптические) и реже — спиральные и радиальные.

Линейная развертка

Эта развертка является наиболее распространенным ви­ дом развертки изображений при исследовании периоди­ ческих непрерывно изменяющихся процессов (сигналов) и импульсных сигналов с малой скважностью. Она получа­ ется при подаче на одну пару отклоняющих электродов (обычно на Х-электроды) периодического напряжения ир, линейно изменяющегося во времени. След электронного луча от этого напряжения перемещается по экрану с по­ стоянной скоростью. При такой развертке в течение перио­ да или большей его части развертывающее напряжение изменяется по закону up= a t , где а — коэффициент, опре­ деляющий скорость нарастания напряжения развертки. Поэтому осциллограмма ир имеет в этом случае вид пило­ образного напряжения (рис. 6.6, а): периодически в тече­ ние времени tnр — прямого хода луча напряжение возраста­ ет (или спадает) до значения atnр, и за короткий промежу­ ток <обр — обратного хода луча, напряжение возвращается к начальному значению. Время обратного хода /0бр должно быть намного меньше периода развертки (не более 10— 15% от Ер). Так как за время /0бр теряется часть изобра­ жения исследуемого напряжения иѵ, то период развертки выбирается в несколько раз большим периода исследуемо­ го напряжения. Обычно Тр — (2— 3 ) Т Ѵ, тогда один период «у получится на экране трубки в неискаженном виде. Осцил­ лограмма на экране трубки будет неподвижной только в том случае, если соблюдается условие кратности периодов

Тр = т Т у , где т = 1 , 2, 3, ... .

220

Пилообразное напряжение создается генератором ли­ нейной периодической развертки. При подаче на другую пару отклоняющих электродов исследуемого напряжения иѵ светящееся пятно вычертит на экране кривую этого на­ пряжения. Это позволяет на экране трубки непосредствен­ но наблюдать кривую исследуемого напряжения в прямо­

угольной системе координат uy= f ( t ) . На рис. 6.6,6 дан график изображения uy= U ms\xMi>t на экране трубки при линейной развертке. Обратный ход луча изображен пунк­ тиром. С помощью такого построения легко также убедить­

221

вых) процессов применяется линейная ждущая развертка, так как непрерывная развертка не обеспечивает удовлетво­ рительного наблюдения. Это объясняется тем, что при боль­ шой скважности период следования импульсов Та много больше длительности импульса т и при Ги— Тр изображе­ ние импульса на экране будет очень коротким и наблюдать

Рис. 67. Задержка сигналов при ждущей раз­ вертке:

а, 6 и в — осциллограммы напряжений сигналов и раз­

вертки; г — схема электрической линии задержки

его форму невозможно. Если установить период развертки соизмеримым с длительностью импульсов, то их изображе­ ние будет также непригодным для наблюдения, так как оно будет бледным и неустойчивым. При наблюдении одно­ кратных и непериодических процессов периодическая не­ прерывная развертка принципиально не может обеспечи­ вать их наблюдение [20]. Наблюдение импульсов большой скважности или одиночных импульсов возможно тогда, когда на пластины Х и У синхронно поступают разверты­ вающее напряжение и исследуемый сигнал, т. е. генератор развертки «ждет», когда поступит исследуемый, сигнал и только после этого начинает вырабатывать линейное на­

222

пряжение. Поэтому в схеме осциллографа предусматрива­ ется возможность «запуска» генератора ждущей развертки от исследуемого сигнала или «запуск» генератора и источ­ ника сигнала от одного запускающего устройства. При запуске развертки исследуемым сигналом процесс разверт­ ки может начинаться с некоторым опозданием t0п относи­ тельно начала сигнала ис (рис. 6.7, а, б). При этом часть сигнала ис не будет воспроизведена на экране. Полное изображение сигнала на экране получается тогда, когда сигнал в канале У задерживается на время ta (рис. 6.7, в), большее времени опоздания /оп начала развертки. Можно также запуск развертки произвести сигналом ис, а его поступление в канал X задержать. Для задержки сигнала в осциллограф вводится специальное устройство — линия задержки.

В качестве линий задержки применяются отрезки коак­ сиальных кабелей (время задержки 5-і-б нсек/м) или ис­ кусственные длинные линии (рис. 6.7,г), представляющие собой ряд последовательно включенных одинаковых звеньев L и С, соединенных по схеме фильтра нижних час­ тот (время задержки от десятых долей до десятков микро­ секунд).

Синусоидальная развертка

На электроды X подается развертывающее напряжение ux— Umx-siruot, которое (при иу= 0) на экране трубки вы­ черчивает горизонтальную (развертывающую) линию, соз­ данную неравномерным перемещением луча. Мгновенное значение отклонения пятна по горизонтали

X = 5 Кд. U тх sin Ш = А sin оаt .

Если на электроды У подать исследуемое напряжение иу— Uтуsin((at-\-ty), то мгновенное значение отклонения пятна по вертикали будет

У = S Vy UmySin (at + ф) = в sin (at + ф).

В этих выражениях Sy* и S Vy — чувствительность трубки, a A — S VxUmj, B = S VyUmy — амплитудные значения откло­ нения пятна соответственно в горизонтальном и вертикаль­ ном направлениях.

223

В результате аналитического решения получаем в об­ щем случае уравнение эллипса

A

При различных углах г|) и соотношениях между А и В можно получить частные случаи рис.6.8, а. При гр = 0 или

Рис. 6.8. Фигуры Лиссажу:

в

мой у = ± — X. Если амплитуды А и ß равны, то наклон

прямой 45° или 135° к оси ОХ (крайние прямые на рис. 6.8,а). При \р==90° или 270° и А ф В уравнение эллип-

Лиссажу имеют более сложные аналитические уравнения. В качестве примера рассмотрим графический способ полу­

периода ыѵ разобьем на несколько равных частей, а затем ординаты для одинаковых времен t проектируются на изображение экрана трубки так, как это показано на

224

рис. 6.9, а. Точки пересечения линий обозначим теми же цифрами, что и часть периодов, и соединим между собой плавной кривой. После момента 8 след, вычерчиваемый электронным лучом, опять будет проходить по тем же точкам, и на экране трубки будет видна «восьмерка». Если же начальные фазы напряжений не равны друг другу, то

Рис. 6.9. Фигуры Лиссажу при отношении частот 2 : 1

фигуры Лиссажу имеют вид рис. 6.9,6. При более сложных отношениях между частотами fx и f y фигуры имеют еще бо­ лее сложную форму (см. рис. 6.8, б).

Фигуры на экране трубки представляются неподвижны­ ми, если частоты напряжений их и иу относятся как целые числа т и п, т. е. fy/fx= m / n . Если это не соблюдается, то изображение, перемещаясь по экрану трубки, будет все время изменять свою форму.

Эллиптическая и круговая развертки

Для получения на экране трубки полярной системы ко­ ординат применяют круговую »развертку, которая является частным случаем эллиптической развертки. Ранее были рассмотрены случаи движения луча по эллиптической

Рис. 6.10. Схема круговой развертки

и круговой траекториям (см. рис. 6.8, а). Они получаются при подаче на отклоняющие электроды X и У двух развер­ тывающих синусоидальных напряжений одной и той же

рис. 6.10, а. Движение следа электронного луча на экране

•трубки будет в виде круга, если сдвиг фаз между напря­ жениями их и ііу будет 90° и их воздействие в вертикаль­ ном и горизонтальном направлениях будет одинаковым (S VxUmx=SvyUmy). Для регулировки величины Umx в схе-

226

ме предусмотрено переменное сопротивление R, регулируя

которое добиваются равенства R = ---- .Принцип получения

Чг= 9 0 о показан на рис. 6.10, б — векторной диаграммы фазорасщепляющей #С-цепи. При круговой развертке ок­ ружность является линией времени: след луча на экране описывает один оборот за время, равное периоду напряже­ ния развертки ир (рис. 6.10, а). Луч движется непрерывно в одном направлении с постоянной угловой скоростью и это позволяет увеличить длину развертки, а следователь­ но, и масштаб времени.

Спиральная развертка

Она создается так же, как и круговая, но отличается тем, что амплитуды синусоидальных напряжений изменя­ ются во времени по линейному закону (рис. 6.11,а). В этом

Рис. 6.11. Спиральная развертка:

а — форма развертывающегося напряжения; б — линия развертки

случае луч описывает на экране трубки архимедову спи­ раль (рис. 6.11, б). Луч будет двигаться по одной и той же спирали, если период Т будет кратен периоду синусоидаль­ ного напряжения, т. е. f = 7 ' si„ п (п — целое число). До­ стоинство развертки — возможность получения большой ее длительности при относительно высокой скорости.

При круговой и спиральной развертках исследуемое на­ пряжение подается на модулятор трубки или на ее первый анод. В первом случае электронный луч гаснет и вспыхи­

вает с частотой исследуемого напряжения, во втором — с той же частотой изменяемся чувствительность трубки, что приводит к изменению максимального отклонения луча. Осциллограммы образуются в виде пунктирных или зубча­ тых линий (рис. 6.10, г, в).

Круговая развертка применяется при измерении вре­ менных интервалов, частоты колебаний и следования им­ пульсов, сдвига фаз и т. и. Спиральная— в специальных приборах для измерения временных интервалов.

Устройство и основные параметры электронных осциллографов

Электронный осциллограф состоит из электроннолуче­ вой трубки и двух электрических каналов — Х и У. По ним поступает напряжение на X и У-электроды трубки для го-

Рис. 6.12. Функциональная схема осциллографа

ризонтального и вертикального отклонений электронного луча. Основные узлы простейшего осциллографа показаны на рис. 6.12. Питание элементов схемы осуществляется от блока питания.

К а н а л в е р т и к а л ь н о г о о т к л о н е н и я (канал У) служит для преобразования исследуемого напряжения в вертикальное перемещение электронного луча. Он состо­ ит из входного устройства, усилителя и вертикально-откло- няющих электродов электроннолучевой трубки.

2 2 8

К а н а л г о р и з о н т а л ь н о г о о т к л о н е н и я (ка­ нал развертки и синхронизации) служит для создания на­ пряжения развертки и преобразования его в соответствую­ щее горизонтальное отклонение луча. Он состоит из гене­ ратора напряжения горизонтального отклонения, усилителя, цепей синхронизации и горизонтально-отклоняющих пла­ стин трубки.

В х о д н о е у с т р о й с т в о состоит из делителя входно­ го напряжения реостатно-емкостного типа для уменьше­ ния напряжения исследуемых сигналов до величин, удоб­ ных для наблюдения на экране осциллографа; катодного повторителя, обеспечивающего большое входное сопротив­ ление канала и устраняющего влияние осциллографа на источник исследуемого напряжения. Входное сопротивле­ ние на постоянном токе имеет порядок 10 Мом, на перемен­ ном— 1-ь0,5 Мом, при входной емкости — 5-f-20 пф. Входной делитель напряжения должен иметь постоянный на всех рабочих частотах осциллографа коэффициент деле­ ния напряжения, и должен делить напряжение ступенями

емых на входы каналов напряжений. Это определяется тем, что чувствительность электроннолучевых трубок сравни­ тельно невелика (порядка десятых долей миллиметра на вольт), для получения же отклонения следа электронного луча на весь экран надо подавать на отклоняющие элект­ роды напряжения в сотни вольт; а напряжения исследуе­ мое и развертки могут быть значительно меньшими. Для установления нужных размеров осциллограмм на экране трубки в усилителях предусмотрена регулировка усиле­ ния. Основными требованиями к усилителю, особенно к усилителю канала У, являются: достаточный коэффици­ ент усиления и'его постоянство во всем рабочем диапазо­ не частот, пренебрежимо малые амплитудные и фазовые искажения, высокое входное сопротивление и малая вход­ ная емкость, симметричность выходного напряжения. Уси­ лители выполняются по различным схемам в зависимости от требуемой полосы пропускаемых частот. Обычно при­ меняются усилители с реостатно-емкостной связью и кор­ рекцией в области низких и высоких частот. Они имеют несколько каскадов и обеспечивают работу осциллографа в диапазоне частот от единиц герц до 25 Мгц. Коэффици­ енты усиления усилителей каналов У и X обычно разные. Эго объясняется тем, что напряжение, создаваемое генера­

229