Структура осциллографа

В осциллограф кроме ЭЛТ и каналов вертикального и горизонтального отклонений входят следующие функциональные блоки: устройство синхронизации и запуска развертки, канал модуляции луча, вспомогательные устройства и блок питания (рис. 2.1). В стеклянном баллоне ЭЛТ расположены подогревной катод К, модулятор (сетка) М, фокусирующий анод А1, ускоряющий анод А2, две пары взаимно-перпендикулярных отклоняющих пластин, где Х – горизонтальные, Y – вертикальные пластины.

Рис. 2.1. Упрощенная структурная схема универсального осциллографа

Канал вертикального отклонения луча Y включает в себя аттенюатор, линию задержки и усилитель. Канал служит для подачи на пластины Y исследуемого сигнала u_с (t), который подается на вход Y. Аттенюатор канала предназначен для ослабления сигнала u_с(t) в определенное число раз. Линия задержки является регулируемой и обеспечивает подачу сигнала на пластины Y с задержкой относительно начала горизонтально развертывающего напряжения U_х. усилитель обеспечивает получение амплитуды сигнала на пластинах y, достаточной для требуемого отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом u_с(t).

Усилитель Y канала вертикального отклонения включают в себя следующие звенья (на рис. 2.1. не показаны): входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления К_ус, линию задержки и парафазный (с противофазными выходными сигналами) усилитель, обеспечивающий положение светового пятна в центре экрана при отсутствии исследуемых сигналов. В канал вертикального отклонения луча также может входить калибратор амплитуды. Сигнал от калибратора поступает на вход первого усилителя для установки заданного коэффициента усиления К_ус1. При этом цену деления (В/дел) масштабной сетки на экране осциллографа можно определить по формуле

,

где U_к– напряжение калибратора; К_ус1– коэффициент усиления при одном положении регулировки усилителя;n_к– число делений сетки, занятое изображение калибровочного сигнала.

Основными характеристиками канала вертикального отклонения являются верхняя граничная частота порядка 100 МГц и чувствительность

S_y=k_дК_усS_ус,

где k_Д– коэффициент деления аттенюатора;S_ус– чувствительность усилителя.

При k_Д= 1 чувствительность составляет около 1 мм/мВ.

Канал горизонтального отклонения луча Х служит для создания горизонтально отклоняющего – развертывающего напряжении U_х с помощью напряжения генератора развертки и для передачи (через аттенюатор и усилитель) на пластины Х исследуемого сигнала, подводимого ко входу Х осциллографа. Схема синхронизации обеспечивает формирование сигнала синхронизации, поступающего на генератор развертки (для получения четкой неподвижной осциллограммы). Усилитель канала Х усиливает и преобразует сигнал развертки U_р в U_х.

Канал горизонтального отклонения характеризуется чувствительностью и полосой пропускания частот, которые в два раза меньше, чем в канале вертикального отклонения. Основным блоком в канале является генератор развертки, который может работать как в непрерывном, так и в ждущем режиме.

К форме пилообразного напряжения генератора предъявляются следующие требования:

время обратного хода луча должно быть много меньше, чем время прямого хода Т_обр<< Т_пр. в противном случае часть изображения сигнала будет отсутствовать;

для того, чтобы изображение на экране было неподвижным, осциллограмма должна всегда с одной и той же точки экрана и фазы сигнала. Это достигается путем синхронизации напряжения развертки с напряжением сигнала, поэтому период развертки должен быть равен или кратен периоду исследуемого сигнала:

Т_р = nТ_с,

где n= 1, 2, 3, 4 и т.д.; Т_с- период сигнала;

напряжение развертки при прямом ходе луча должно быть линейным, иначе луч будет двигаться по экрану с различной скоростью и нарушится равномерность временного масштаба по оси Х. Это может привести к искажению сигнала.

Канал Z (канал управления яркостью) осциллографа служит для передачи со входа Z на управляющий вход ЭЛТ сигнала, который модулирует ток её луча и, следовательно, яркость свечения люминофора. В состав этого канала входят: аттенюатор, схема изменения полярности и усилитель Z.

Калибратор предназначен для формирования периодических импульсных сигналов с известной амплитудой, длительностью и частотой для калибровки осциллографа. Таким образом, обеспечиваются правильные измерения параметров исследуемого сигнала.