6.2.3. Канал горизонтального отклонения
В канале ГО формируется линейно изменяющееся напряжение, синхронное с исследуемым сигналом, амплитуда которого достаточна для отклонения луча ЭЛТ на весь экран по горизонтали. Канал ГО состоит из схемы синхронизации и запуска, генератора развертки, выходного усилителя ГО, усилителя подсвета.
Генератор развертки формирует линейно изменяющееся развертывающее напряжение, синхронное с исследуемым сигналом, и обеспечивает горизонтальное перемещение луча в одном направлении (слева направо) с постоянной скоростью. Развертка– линейное перемещение электронного луча, или создаваемый им след на экране. Развертывающее напряжение должно иметь высокую линейность при прямом ходе луча (чтобы искажения формы исследуемого сигнала были минимальны); быстрый спад при обратном ходе луча, т.е.fпр>>fобр; достаточную амплитуду для отклонения луча на весь экран и регулируемую в широких пределах частоту развертки (от сотых долей герц до нескольких мегагерц), т.е. длительность.
При изменении длительности развертки изменяется скорость движения луча по горизонтали и, следовательно, масштаб времени. В современных ЭЛО генератор развертки представляет собой сложное функциональное устройство (рис. 6.8).
Рис. 6.8. Схема генератора развертки
Формирователь импульсов запуска ГР переводит электронную переключающую схему из исходного состояния в рабочее. При этом переключающая схема вырабатывает прямоугольный импульс длительностью tи, определяющей время прямого хода лучаtпр. Этот импульс поступает на вход формирователя развертывающего пилообразного напряженияup(t), т.е. на вход интегратора. Интегратор представляет собой усилитель постоянного тока (УПТ) с коэффициентом усиленияk>> 1, охваченный отрицательной обратной связью с помощьюRC-цепи. Получить пилообразное напряжение можно путем заряда конденсатора при образовании прямого хода луча (tпр=tи) и разряда – обратного хода луча (tобр). Пилообразное напряжение нарастает до определенного уровня, задаваемого схемой сравнения и блокировки:uр(t) =uвых(t) = –uвх(t)/(RC) = –U0t/(RC), 0ttпр, т.е. развертывающее напряжение представляет собой линейную функцию времениtв интервале (0,tпр) (см. рис. 9.2). После достижения определенного уровняuр(t) схема сравнения выдает сигнал, переводящий переключающую схему в исходное состояние на времяtобр+tбл(tбл– время блокировки). Процесс формирования напряженияuр(t) заканчивается, и начинается его спад (обратный ход луча). В интеграторе имеются конденсаторы, переключением которых изменяют дискретно диапазоны длительностейuр(t) (Время/дел.), и переменный резистор для плавной регулировки внутри диапазона.
В реальных ГР функцию переключающей схемы выполняет триггер Шмитта. В автоколебательном режиме процесс повторяется периодически. При ждущем и однократном режимах процесс вызывается внешним воздействием. Переход от автоколебательного режима в ждущий осуществляется с помощью органов регулирования «Стабильность» (во многих осциллографах вместо органа регулирования «Стабильность» на панель выносятся тумблеры «авт» и «жд») и «Уровень».
В современных осциллографах используются генераторы калиброванной развертки, основным отличием которых является то, что выходные напряжения таких генераторов линейны и стабильны, это позволяет определять длительность исследуемого процесса непосредственно по шкале экрана ЭЛТ. Коэффициент нелинейности, выражающий относительное изменение скорости нарастания напряжения в начале и конце прямого хода, должен быть не более 13 %. Пределы изменения пилообразного напряжения могут точно фиксироваться. ФиксированномуUрсоответствует определенное горизонтальное отклонение лучаlрза время разверткиtпрТр, что позволяет иметь откалиброванную шкалу коэффициента разверткиКр=Tр/lр(Время/дел.).
Нелинейность развертки– изменение коэффициента развертки в пределах рабочей части экрана относительно его фактического значения в центральной части экрана. С коэффициентом развертки связано понятие скорости развертки – пути прямого хода луча в единицу времени:Vр= 1/Кр=lр/Tр.
В ЭЛО калиброванная развертка может иметь шкалу 0,1 мкс/дел.50 мс/дел., соответственно скорость развертки составляет 60 км/с0,12 м/с (если 1 дел. = 6 мм).
Автоколебательную развертку применяют при исследовании периодических и импульсных сигналов малой скважности, ждущую развертку – при исследовании импульсных сигналов большой скважности и отдельных фрагментов сложных сигналов.
При исследовании импульсов большой скважности импульс занимает малую долю развертки, поэтому плохо просматривается на экране осциллографа. Если период развертки выбрать равным периоду повторения импульсов (Тр=Т;tи<Тр), то изображение импульса на экране получится очень сжатым. Если же период развертки выбрать в несколько раз короче, чем период повторения исследуемого импульса (Тр<<T), то импульс наблюдается на экране, но он будет бледным по сравнению с линией развертки, которая прочерчивается несколько раз за одно его появление. Кроме того, трудно обеспечить синхронизациюUриUх. Импульс полностью наблюдается на экране при ждущей развертке. Так как длительность такой развертки сравнима с длительностью импульса, то луч детально отображает форму импульса, а затем «ждет» прихода нового сигнала. Чтобы фронт исследуемого импульса не искажался, в канал ВО включается линия задержки.
Синхронизация– процесс, при котором развертка становится зависимой от исследуемого сигнала для получения неподвижного изображения на экране. Исследуемый сигнал и напряжение генератора развертки создаются разными источниками, их параметры независимы, но изменение частоты одного из этих сигналов приводит к нарушению условий неподвижности, поэтому для выполнения условия синхронизации ГР принудительно генерирует развертывающее напряжение с частотой, равной или кратной частоте исследуемого сигнала. Для осуществления процесса синхронизации в схему ГР вводится синхронизирующий (запускающий) сигнал из схемы синхронизации и запуска. Уровень синхронизирующего сигнала, при котором срабатывает схема синхронизации, плавно регулируется от десятых долей до десятков вольт.
Внутренняя синхронизация– процесс, при котором сигнал, управляющий запуском ГР, подается из внутренней цепи ЭО, на которую воздействует исследуемый сигнал.
Внешняя синхронизация– процесс, при котором сигнал, управляющий запуском ГР, подается извне.
Временные диаграммы напряжений при исследовании синусоидального сигнала и работе генератора развертки в автоколебательном режиме показаны на рис. 6.9.
Рис. 6.9. Временные диаграммы синхронизации синусоидального сигнала
При устойчивом изображении (рис. 6.9, а) условие синхронизации выполняется, при неустойчивом (рис. 6.9, б) – не выполняется.
Внешний сигнал для запуска схемы синхронизации чаще всего используется в случае, когда необходимо запустить генератор развертки опережающим сигналом по отношению к исследуемому, что позволяет наблюдать за процессом до начала фронта исследуемого импульса.
Время задержки tзисследуемого сигнала относительно запуска генератора развертки может регулироваться в необходимых пределах.
Выходной усилительГО предназначен для преобразования пилообразного напряжения генератора развертки в два противофазных сигнала и усиления их до значения, достаточного для отклонения луча по горизонтали на весь экран. Полоса частот усилителя ГО значительно уже полосы частот усилителя канала ВО, а коэффициент отклоненияKxпримерно в 100 раз больше минимального коэффициента отклонения по вертикалиКо. В ряде осциллографов предусматривают схему с изменяющимся скачкообразно коэффициентом усиленияКусусилителя канала ГО, что позволяет соответственно увеличить напряжение разверткиКус= 1/Мри растянуть изображение, тем самым изменить временной масштаб (Мр– множитель растяжки).
Новое значение калиброванного коэффициента развертки
.
На рис. 6.10 показано построение изображения исследуемого сигнала на экране ЭЛО при двух значениях множителя развертки: Мр= 1;Мр= 0,2. ПриМр= 0,2 увеличение напряжения развертки в 5 раз приводит к возрастанию скорости роста (наклона) напряжения развертки.
Рис. 6.10. Изображение исследуемого сигнала при Мр= 1 иМр= 0,2
Усилитель канала ГО имеет возможность усиливать сигнал непосредственно от внешнего источника (при выключенном генераторе развертки), что позволяет расширить эксплуатационные возможности ЭЛО, а также получать сложные виды развертки.