Глава 4 электронно-лучевой осциллограф

4.1. Устройство электронно-лучевого осциллографа

Класс осциллографов сегодня может быть поделен на две силь­но различающиеся группы: аналоговые (электронно-лучевые и светолучевые) и цифровые. Каждая из этих групп имеет свои функци­ональные возможности, достоинства и недостатки, метрологичес­кие и эксплуатационные характеристики, свои области и специ­фику применения.

Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) как законченный при­бор широкого назначения начал применяться в 30-х гг. XX в. (хотя электронно-лучевая трубка появилась еще в конце XIX в.). До на­стоящего времени ЭЛО является, пожалуй, одним из основных инструментов изучения различных динамических процессов во вре­менной области. Классический ЭЛО – это электронный аналого­вый измерительный прибор, который используется для исследова­ния, как правило, периодических процессов в реальном времени.

Упрощенно структуру ЭЛО можно представить тремя основны­ми частями (рис. 4.1): канал вертикального отклонения луча (ка­нал Y), канал горизонтального отклонения (канал X) и элект­ронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Такое название каналов (Y и X) от­вечает классическому двухкоординатному представлению различ­ных функций (вертикальная ось – ось ординат Y, горизонтальная ось – ось абсцисс X).

Назначение каналов Y и X – преобразование входных исследу­емых и/или вспомогательных напряжений до уровней, необходи­мых для управления потоком электронов в электронно-лучевой трубке. Назначение этой трубки – формирование изображения ис­следуемого сигнала или изображения, отражающего результат вза­имодействия двух или нескольких сигналов.

Рассмотрим подробнее устройство и работу каждой из этих ча­стей.

Рис. 4.1. Упрощенная структура электронно-лучевого осциллографа

4.1.1. Каналы вертикального и горизонтального отклонения

Максимально упрощая рассматриваемую структуру ЭЛО (см. рис. 4.1), представим канал вертикального отклонения (канал Y) со­держащим только делитель напряжения (Д), усилитель (У_y) и пе­реключатель SW1. Делитель Д предназначен для уменьшения вход­ных исследуемых сигналов больших уровней, при этом переклю­чатель SW1 находится в положении 1. Усилитель У_y служит для усиления малых входных сигналов, при этом переключатель SW1 находится в положении 2. Выходной сигнал усилителя поступает на пластины Y ЭЛТ, а также на вход канала X. Все элементы кана­ла Y обладают достаточно широкой полосой частот пропускания (верхняя граница полосы у обычных моделей ЭЛО составляет еди­ницы – десятки мегагерц).

Канал горизонтального отклонения (канал X) в упрощенном виде можно представить так: генератор развертки (ГР), усилитель (У_X), два переключателя SW2 и SW3. Вход внешней синхронизации (ВС) предназначен для запуска генератора развертки внешним вспомогательным сигналом. Генератор развертки формирует ли­нейно изменяющееся (пилообразное) напряжение, которое через У_X поступает на пластины горизонтального отклонения – пла­стины X ЭЛТ. Это напряжение в течение интервала времени пря­мого хода как бы «разворачивает» исследуемый сигнал по гори­зонтальной оси (т.е. оси X) с постоянной скоростью. Таким обра­зом создается аналогия развертки в текущем времени. Усилитель У_х предназначен для усиления входного сигнала до уровня, необхо­димого для нормального отклонения луча. В положении 1 пере­ключателя SW2 на вход ГР поступает сигнал с выхода канала Y. Таким образом обеспечивается режим внутреннего запуска гене­ратора развертки исследуемым сигналом. В положении 2 пере­ключателя SW2 на вход ГР поступает сигнал синхронизации от внешнего источника.

С помошью переключателя SW3 выбирается режим развертки: положение 1 – режим линейной развертки (Y – t); положение 2 – режим Y – X (в частности круговой развертки).

Конечно, реальные структура ЭЛО и устройство ЭЛТ гораздо сложнее рассмотренных нами.