П.3.4. Осцилограф (Oscilloscope)

Осцилограф, імітований програмою Workbench, є аналогом двопроменевого запам'ятовуючого осцилографа, і має дві модифікації: просту і розширену. Розширена модифікація за своїми можливостями наближається до кращих цифрових запам'ятовуючих осцилографів. Через те, що розширена модель займає багато місця на робочому полі, рекомендується починати дослідження простою моделлю, а для детального дослідження процесів використовувати розширену модель. Принцип роботи цього універсального приладу ґрунтується на застосуванні електронно-променевої трубки, яка містить катод, що випромінює потік електронів за рахунок термоемісії, модулятор для керування інтенсивністю цього потоку, систему його фокусування, відхиляючу систему у вигляді двох пар пластин і екран із кристаликів люмінофору, які під дією падаючого на них потоку електронів висвічують траєкторію руху електронного променя в просторі що визначається потенціалами на пластинах відхиляючої системи. Горизонтальні пластини цієї системи називаються вертикальним Y– каналом, вертикальні – Х– каналом. На пластини Y– каналу подається досліджуваний сигнал після його підсилення і масштабування вертикальним Y– підсилювачем.

Осцилограф можна підключити до вже включеної схеми або під час роботи схеми переставити виводи до інших точок – зображення на екрані осцилографа зміниться автоматично. Зупинити процес розрахунку схеми у будь-який момент часу можна клавішею F9 або вибором Pause (Пауза) в меню Circuit. Продовжити розрахунок можна повторно – клавішею F9 або вибором пункту Resume меню Circuit. Натиснення кнопки “Пуску” в правому кутку верху екрана припиняє розрахунок схеми. На схему виводиться зменшене зображення осцилографа, спільне для обох модифікацій. На цьому зображенні є чотири вхідні затискачі:

• Правий затискач верху – спільний;

• Нижній правий – вхід синхронізації;

• Лівий і правий нижні затискачі є відповідно входом каналу А (channel A) та вхід каналу В (channel B).

Подвійним клацанням миші по зменшеному зображенню відкривається зображення передньої панелі простої моделі осцилографа з кнопками керування, інформаційними полями та екраном. Для проведення вимірювань осцилограф потрібно настроїти, для чого слід задати:

• Розташування осей, якими відкладається сигнал;

• Потрібний масштаб розгортки по осях;

• Зміщення початку координат по осях;

• Режим роботи по входу: закритий або відкритий;

• Режим синхронізації: внутрішній або зовнішній.

На пластини X– каналу подається пилкоподібний сигнал розгортки, тривалість якого за допомогою системи синхронізації підтримується рівним або кратним періоду досліджуваного сигналу в Y– каналі, що дає можливість отримати стійке, а не хаотичне зображення контрольованого сигналу.

Рисунок П.3.4 – Лицьова панель осцилографа

Осцилограф EWB 4.x і 5.хх (рисунок П.3.4) має два канали (CHANNEL) А і В з роздільною установкою чутливості в діапазоні від 10·мкВ/под (V/Div) до 5·кВ/под (kV/Div) і регулюванням зміщення по вертикалі (Y POS). Вибір режиму за входом здійснюється курсором мишки кнопок

Режим АС призначений для спостереження тільки сигналів змінного струму (його ще називають режимом «закритого входу», оскільки в цьому режимі на вході Y- підсилювача включається розділювальний конденсатор, який не пропускає постійну складову. В режимі 0 вхідний затискач замикається на землю.

В режимі DC (ввімкнений за замовчуванням) можна проводити осцилографічні вимірювання як постійного, так і змінного струму. Цей режим ще називають режимом «відкритого входу», оскільки вхідний сигнал поступає на вхід вертикального підсилювача безпосередньо. З правого боку від кнопки DC розміщений вхідний затискач.

Режим розгортки вибирається кнопками .

Налаштування осцилографа виконується за допомогою полів керування, розташованих на панелі керування. Панель керування має спільний для обох модифікацій осцилографа вигляд і розділена на чотири поля керування:

• Поле керування горизонтальною розгорткою (масштаб часу);

• Поле керування синхронізацією (запуском);

• Поле керування каналом А;

• Поле керування каналом B.

Поле керування горизонтальною розгорткою (масштабом часу) служить для задання масштабу горизонтальній осі осцилографа при спостереженні напруги на входах каналів А та В в залежності від часу. Часовий масштаб задається в с/под, мс/под, мкс/под, нс/под (s/div, ms/div, mks/div, ns/div відповідно). Величина одної поділки може бути встановлена від 0,1 нс до 1с. Масштаб може дискретно зменшуватися на один крок при клацанні мишею на кнопці з зображенням стрілки вниз, праворуч від поля і збільшуватися при клацанні мишею на кнопці з зображенням стрілки вгору.

В режимі Y/T (звичайний режим, ввімкнений за замовчуванням) реалізуються наступні режими розгортки: по вертикалі – напруга сигналу, по горизонталі – час; в режимі B/A: по вертикалі – сигнал каналу B, по горизонталі – сигнал каналу A; в режимі A/B: по вертикалі – сигнал каналу A, по горизонталі – сигнал каналу B.

В режимі Y/T тривалість розгортки (TIME BASE) може бути задана в діапазоні від 0,1 нс/под (ns/div) до 1 с/под (s/div) із можливістю установлення зміщення в тих же одиницях по горизонталі, тобто по осі X (X POS).

У режимі Y/T передбачений також очікуючий режим (TRIGGER) із запуском розгортки (EDGE) за переднім або заднім фронтом запускаючого сигналу (вибирається натисканням кнопок ) при регульованому рівні (LEVEL) запуску, а також в режимі AUTO (від каналу А або В), від каналу А, від каналу B або від зовнішнього джерела (ЕХТ), що підключається до затискача в блоці керування TRIGGER. Названі режими запуску розгортки вибираються кнопками .

Щоб отримати зручне для спостереження зображення на екрані осцилографа, слід встановити масштаб часу так, щоб ціна двох поділок на горизонтальній осі приблизно дорівнювала величині, обернено пропорційній частоті досліджуваного сигналу, тобто складала б період сигналу. За допомогою кнопок – стрілок, направлених в різні боки – вгору і вниз, розташованих на полі рядка X POS, можна дискретно зміщувати початок осцилограми по горизонтальній осі. У цьому ж полі розташовані три кнопки: Y/T, A/B, B/A, що дозволяють задавати вид залежності відображуваних сигналів.

При натисканні на кнопку Y/T по вертикальній осі відкладається напруга, по горизонтальній осі – час, при натисненні на кнопку А/В по вертикальній осі відкладається амплітуда напруги на вході каналу А, по горизонтальній осі – каналу В і при натисканні на кнопку В/А навпаки. При цьому масштаб осей визначається установленнями відповідних каналів. У режимах А/В та В/А можна спостерігати частотні та фазові зміщення (фігури Ліссажу), петлі гістерезису, вольт-амперні характеристики.

Дві нижні частини панелі осцилографа є полями керування відображенням сигналів, поданих на входи каналів А та B відповідно. Верхнє вікно в полі дозволяє керувати масштабом осі відображуваної напруги по вертикальній або горизонтальній осі. Ціна поділки може дискретно встановлюватися від 10·mv/div(мВ/под) до 5·Kv/div.

Масштаб для кожної осі встановлюється окремо. Щоб отримати зручний для роботи зображення на екрані осцилографа перед початком експерименту, слід встановити масштаб, який відповідає очікуваній напрузі. Нижче розташоване поле, яке дозволяє дискретно зміщувати вісь Х вгору або вниз. Для того, щоб розвести зображення від каналів А та В, можна скористатися зміщенням по осі Y (Y POS) для одного або двох каналів.

Три нижні кнопки реалізують різні режими роботи входу осцилографа по входу. Режим роботи осцилографа з закритим входом встановлюється натисканням на кнопку АС. У цьому режимі на вхід не пропускається постійна складова сигналу. При натисканні на кнопку DС осцилограф переходить у режим з відкритим входом. У цьому режимі на вхід осцилографа пропускається як постійна, так і змінна складова сигналу. При натисканні на кнопку 0 вхід осцилографа з'єднується із спільним виводом осцилографа, що дозволяє визначити положення нульової відмітки по осі Y.

Праве верхнє поле керування TRIGGER визначає момент початку відображення осцилограми на екрані осцилографа. Кнопки в рядку EDGE задають момент запуску осцилограми по фронту або зрізу імпульсу на вході синхронізації. Поле РІВЕНЬ (LEVEL) дозволяє задавати рівень, при перевищенні якого відбувається запуск осцилограми. Значення рівня можна змістити на 3 поділки вгору і вниз.

Осцилограф має чотири режими синхронізації:

1. Автоматичний режим (AUTO) – запуск осцилограми виробляється автоматично при підключенні осцилографа до схеми або при її включенні. Коли “промінь” доходить до кінця екрана, осцилограма знову прописується з початку екрана (новий екран).

2. Режими запуску за входом “А” або “В”, в яких запускаючим сигналом є сигнал, що поступає на відповідний вхід.

3. Режим “Зовнішній запуск” (EXT – external). В цьому випадку сигналом запуску є сигнал, що подається на вхід синхронізації.

4. Натиснення клавіші EXPAND на панелі простої моделі відкриває вікно розширеної модифікації осцилографа. (рисунок П.3.5). Панель розширеної моделі осцилографа, на відміну від простої моделі, розташована під екраном і доповнена трьома інформаційними табло, на які виводяться результати вимірювань. Крім того, безпосередньо під екраном знаходиться лінійка прокрутки, що дозволяє спостерігати будь-який часовий відрізок процесу від моменту включення до моменту вимикання схеми. По суті, розширена модель осцилографа, це зовсім інший прилад, що дозволяє набагато зручніше і точніше провести чисельний аналіз процесів. На екрані осцилографа розташовано два курсори, що позначаються 1 та 2, за допомогою яких можна виміряти миттєві значення напруги в будь-якій точці осцилограми. Для цього потрібно перетягнути мишею курсори за трикутники в їх верхній частині в необхідне положення.

Рисунок П.3.5 – Лицьова панель осцилографа в режимі ZOOM

Координати точок перетину першого курсора з осцилограмою відображаються на лівому табло, координати другого курсора – на середньому табло. На правому табло відображаються значення різниць між відповідними координатами першого та другого курсорів. Результати вимірювань, отримані за допомогою розширеної моделі осцилографа, можна записати у файл. Для цього треба натискувати кнопку Save (Зберегти) і в діалоговому вікні введіть ім'я файлу. Файлу привласнюється розширення *.scp. Він є текстовим файлом в ASСII кодах, в якому записані дані про значення напруги в точках підключення осцилографа через інтервал часу, рівний масштабу горизонтальної розгортки.

Заземлення осцилографа здійснюється за допомогою клеми GROUND в правому верхньому кутку приладу. При натисненні на кнопку ZOOM лицьова панель осцилографа суттєво змінюється – збільшується розмір екрана, з'являється можливість прокрутки зображення по горизонталі і його сканування за допомогою вертикальних візирних лінійок (синього і червоного кольору), які за трикутні вушка (вони позначені цифрами 1 і 2) можуть бути курсором встановлені в будь-яке місце екрана. При цьому в індикаторних віконцях під екраном приводяться результати вимірювання напруги, часових інтервалів та їх приростів (між візирними лінійками).

Зображення можна інвертувати кнопкою REVERSE і записати дані у файл кнопкою SAVE. Щоб повернутися до попереднього зображення осцилографа, слід натиснути клавішу REDUSE, розташовану в правому нижньому кутку.