5.5.3 Принцип получения изображения в режиме линейной развертки

Для наблюдения формы электрического сигнала, то есть построения зависимости u(t) необходимо обеспечить перемещения луча по вертикали пропорционально исследуемому напряжению, движение луча по горизонтали должно быть пропорционально времени.

Соответственно, на пластины «Y» подается напряжение исследуемого сигнала. Ось «Y» градуируется в масштабе напряжения.

На пластины «Х» подается линейно изменяющееся напряжение, под воздействием которого луч будет перемещаться по горизонтали с постоянной скоростью. Поскольку данное напряжение позволяет «развернуть» график во времени, оно называется напряжением развертки. Ось «Х» может быть отградуирована в единицах времени.

Положение луча на экране по вертикали и горизонтали пропорционально величине напряжений в данный момент времени. Графически положение луча в каждый момент можно определить как точку пересечения проекций на плоскость экрана. На рисунке 5.5.3 выделено положение луча в момент «1».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.5.3 Принцип получения изображения на экране ЭЛТ

 

Требования к напряжению развертки.

Напряжение развертки должно быть линейно, это обеспечивает постоянную скорость перемещения луча по горизонтали, ось «Х» будет иметь равномерный масштаб.

Напряжение развертки должно быть периодичным, так как в ЭЛТ универсальных осциллографов используется люминофор, время послесвечения которого сравнительно мало. При однократном воздействии потока электронов на люминофор изображение будет оставаться на экране от долей до нескольких секунд. Для получения постоянного изображения луч должен многократно проходить по одной и той же траектории. Это достигается за счет пилообразного напряжения u(х).

Время «обратного хода луча», то есть время изменения напряжения развертки от максимального к минимальному должно стремиться к «0», чтобы уменьшить возможные искажения изображения сигнала.

Напряжение развертки должно быть синхронно с напряжением исследуемого сигнала, то есть Тр=Тс или Тр=nТс, где n – целое число. Это условие необходимо для неподвижности изображения.

 

5.5.4 Функциональная схема электронного осциллографа

Построение функциональной схемы ЭО определяется особенностями индикатора и назначением прибора, схема приведена на рисунке 5.5.4.

ЭО включает в себя следующие основные блоки.

Блок индикации. К нему относится ЭЛТ. Принцип действия индикатора и его основные свойства рассмотрены выше.

Блок питания обеспечивает энергией, работу всех узлов электронного осциллографа. На вход блока питания поступает переменное напряжение от городской электросети, как правило, величиной 110/127 В или 220 В с частотой 50 или 60 Гц. В блоке питания оно преобразуется в напряжения разной величины: переменное 6,3 В для питания нити накала электронно-лучевой трубки, постоянное напряжение 12÷24 В для питания усилителей и генератора, если они полупроводниковые (или  200÷250 В, если ламповые), около 150 В для питания оконечных усилителей горизонтального и вертикального отклонения луча, несколько сотен вольт для фокусировки электронного луча и несколько тысяч вольт для ускорения электронного пучка.

На лицевой панели блоку питания соответствуют

• выключатель питания,

• потенциометр «Яркость» - регулируется напряжение на модуляторе ЭЛТ,

• потенциометр «Фокус» - регулируется напряжение на первом аноде.

Канал вертикального отклонения луча (канал «Y» или КВО). Служит для подачи исследуемого сигнала от входа «Y» на пластины «Y».

В приборах предусмотрена возможность подачи напряжения непосредственно на пластины «Y», но при этом необходимо обеспечить условия подключения по параметрам сопротивления, величины напряжения, некоторым временным и частотным характеристикам. В противном случае возможно искажение изображения и повреждение ЭЛТ (пробой).

Канал «Y» выполняет функцию согласования объекта измерения, параметров сигнала с измерительным прибором.

Входное устройство обеспечивает входные параметры, в том числе:

• высокоомный вход, Rвх не менее 1Мом, что позволяет подключать ЭО параллельно объекту;

• входная емкость не более 30 пФ, что важно при исследовании высокочастотных сигналов;

• предусматривается возможность выбора «открытого» или «закрытого» входа (включается конденсатор); используя открытый вход, можно пользоваться ЭО как вольтметром постоянного тока, способным измерять постоянное напряжение.

Калиброванный аттенюатор канала позволяет ослабить сигнал u_y(t) в определенное число раз, это необходимо для расширения пределов измерения напряжения. Переключатель аттенюатора градуируется обычно в значениях масштаба напряжения V/дел с учетом коэффициента уменьшения напряжения и коэффициента усиления, вносимого усилителем канала «Y».

Линия задержки (регулируемая) обеспечивает подачу исследуемого напряжения на пластины «Y» с задержкой относительно начала горизонтально развертывающего напряжения. Это используется при измерении параметров импульсных сигналов в режиме ждущей развертки.

Усилитель обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах «Y», достаточную для значительного отклонения луча даже малым исследуемым сигналом, то есть расширяет нижний предел измерения напряжений.

Канал горизонтального отклонения луча (канал «Х» или КГО) служит для формирования напряжения развертки и подачи его на пластины «Х».

Основной блок канала – генератор развертки, вырабатывает пилообразное напряжение. Изменяя период (частоту) пилообразного напряжения можно изменять масштаб времени. Предусматривается грубая и плавная регулировка. Ступенчатый переключатель генератора градуируется в значениях масштаба времени ms/дел и µs/дел.

Генератор развертки может работать в непрерывном или ждущем режимах. Ждущая развертка запускается сигналом (внутренним с усилителя канала «Y») или внешним, используется для исследования импульсных сигналов большой скважности. Для наблюдения фронта импульса в канале «Y» вводится линия задержки, создающая временную задержку, несколько превосходящую время задержки срабатывания ждущей развертки. Такая линия может включаться в любое место канала «Y», но после точки, с которой снимается сигнал для запуска ждущей развертки. На нашей схеме такую линию можно включить на выходе или на входе оконечного каскада канала «Y».

Усилитель канала «Х» обеспечивает номинальное напряжение развертки, при котором луч отклоняется по горизонтали на всю ширину экрана.

При необходимости генератор развертки может быть отключен, напряжение развертки при этом подается на вход «Х» от внешнего источника.

Блок синхронизации обеспечивает неподвижность изображения. Различают несколько способов синхронизации. При «Внутренней» синхронизации начальная фаза пилообразного напряжения подстраивается с помощью исследуемого сигнала. При определенном уровне сигнала синхронность обеспечивается автоматически и не требует особых усилий от измеряющего. При «Внешней» синхронизации подстройка фазы пилообразного напряжения производится внешним сигналом, поданным на вход «Х».

Калибратор является источником образцового напряжения прямоугольной формы заданной амплитуды и частоты. Данное напряжение используется для калибровки ЭО.

Канал «Z» - канал управления яркостью - позволяет регулировать яркость луча внешним сигналом, поданным на модулятор ЭЛТ. Данный режим используется для измерения частоты.

 

Рисунок 5.5.4 Упрощенная функциональная схема универсального осциллографа.