Тема 2.3 Измерение мощности
Тема 2.4 Измерительные генераторы
Тема 2.5 Исследование формы, спектра и нелинейных искажений сигнала
Осциллографы – это приборы для исследования формы, спектра и нелинейных искажений (в обозначении имеют букву С); в зависимости от назначения и принципа действия они классифицируются следующим образом:
С1- универсальные осциллографы;
С2- модулометры;
С3- девиометры;
С4- анализаторы спектра;
С6- измерители нелинейных искажений;
С7 – скоростные и стробоскопические осциллографы;
С8- запоминающие осциллографы;
С9- специальные осциллографы.
Осциллограф- это устройство, предназначенное для наблюдения формы электрических сигналов и измерения их амплитудных и временных параметров. Название «осциллограф» происходит от двух слов: латинского «осцилум» - колебания и греческого «графо»- пишу.
Для радиотехнических измерений применяются электронно-лучевые осциллографы (ЭЛО), в которых форма исследуемого сигнала воспроизводится на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) в виде светящихся фигур, называемых осциллограммами. В ЭЛО используется отклонение одного или нескольких электронных лучей для получения мгновенных значений функциональных зависимостей переменных величин, одной из которых обычно является время t.
Осциллограммы сигналов могут быть получены в реальном или трансформированном масштабе времени, без запоминания или с запоминанием.
Наиболее распространены универсальные ЭЛО (с полосой пропускания до 350 МГц), которые по схемным решениям бывают одноканальные, многоканальные и многофункциональные.
Многоканальность в осциллографах достигается применением коммутаторов исследуемых сигналов и многолучевых ЭЛТ, а многофункциональность - применением сменных блоков, позволяющих реализовывать дополнительные функции (измерение электрических и неэлектрических величин, анализ спектра сигналов и др.)
В скоростных ЭЛО исследование формы колебаний СВЧ и кратковременных импульсных сигналов обеспечивается с помощью специальной ЭЛТ (с отклоняющей системой бегущей волны); их полоса пропускания может превышать 1 ГГц.
В стробоскопических осциллографах изображение формы сигналов получается путем отбора мгновенных значений исследуемого сигнала с одновременным преобразованием сигнала во времени; их полоса пропускания составляет до 10 ГГц.
Запоминающие осциллографы – это приборы, у которых с помощью специального устройства (ЭЛТ с памятью или электронного запоминающего устройства) исследуемый сигнал запоминается на определенное время и при необходимости представляется для однократного или многократного визуального наблюдения (или для дальнейшей обработки).
Специальные осциллографы - это приборы для исследования сигналов сложной формы (типа телевизионного). Они имеют дополнительные блоки (устройства) для выделения строки, восстановления постоянной составляющей и.т.п.
Главной составляющей любого осциллографа является ЭЛТ (ее изобрел советский ученый в области телевидения Б.Л. Розинг в 1907 г.), которая имеет: катод, испускающий пучок электронов; модулятор - управляющая сетка для регулирования луча; две пары пластин, которые ускоряют и фокусируют луч (горизонтальные – Х и вертикальные – Y).
При отсутствии напряжения на отклоняющих пластинах пучок электронов фокусируется в центре ЭЛТ и образует светящуюся точку. Степень отключения луча какой-либо парой пластин пропорциональна приложенному к ним напряжению.
Структурная схема универсального осциллографа представлена на рисунке 2.16.
В осциллографе имеется три канала: X, Y, Z.
1. Канал Y- канал вертикального отклонения, на который подается исследуемый сигнал. Этот канал предназначен для усиления (или ослабления) исследуемого сигнала и преобразования его на два противоположных напряжения, подаваемых затем на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Он содержит такие блоки:
входной аттенюатор (или делитель) обеспечивает большое входное сопротивление и ослабляет входной сигнал от сотен вольт до единиц милливольт при минимальном искажении формы сигнала. На его входе имеется переключатель, с помощью которого задается вход Y открытым или закрытым для постоянной составляющей сигнала;
предусилитель служит для усиления сигнала, согласования большого сопротивления делителя с малым входным сопротивлением линии задержки, плавной регулировки амплитуды входного сигнала, смещения (центровки), изображения по вертикали и преобразования сигнала из несимметричного в симметричный;
линия задержки обеспечивает подачу исследуемого сигнала на вертикально отклоняющие пластины с задержкой 140 нс относительно начала развертки, что обеспечивает наблюдение фронта импульса короче 0,1 мкс;
выходной усилитель предназначен для получения осциллограммы слабых сигналов (усиливает их) и преобразования их в противофазные напряжения.
Рисунок 2.16
2. Канал X – канал горизонтального отклонения обеспечивает создание напряжения развертки, усиление сигнала синхронизации, запуск развертки, усиление и подачу на горизонтально отклоняющие пластины внешнего сигнала со входа Х осциллографа. Этот канал содержит основные блоки:
схема синхронизации предназначена для получения на экране ЭЛТ неподвижной осциллограммы. В этом блоке осуществляется выбор источника синхронизации (внутренний, внешний, от сети), вида связи с источником синхронизации (открытый, закрытый) и полярности синхронизации;
блок развертки служит для осуществления временной развертки луча и вырабатывания пилообразного напряжения;
усилитель горизонтального отклонения усиливает до нужного размера пилообразное напряжение, может умножать скорость развертки в 10 раз. С выхода этого усилителя пилообразное напряжение поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. В осциллографе предусмотрена возможность подачи внешнего сигнала на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ через усилитель горизонтального отклонения, при этом внешний сигнал подается на вход Х.
3. Канал Z предназначен для управления яркостью ЭЛТ. С выхода усилителя Z (усилителя подсвета) снимаются импульсы для подсвета прямого хода развертки и гашения обратного хода через блок питания ЭЛТ.
На вход усилителя Z можно подавать и внешний сигнал для получения яркостных меток времени.
В осциллографе предусмотрены еще два блока:
блок питания выпрямляет и стабилизирует сетевое напряжение и обеспечивает необходимыми питающими напряжениями ЭЛТ и всю схему прибора;
калибратор амплитуды и длительности вырабатывает прямоугольный сигнал постоянной амплитуды и частоты, который подается на вход Y осциллографа при его калибровке по амплитуде (по Y) и времени развертки (по Х).