5.5 Электронный осциллограф

5.5.1 Обобщенная характеристика электронных осциллографов

Электронно-лучевой осциллограф (ЭО) – универсальный измерительный прибор, применяемый для визуального наблюдения на экране формы электрических сигналов и измерения их параметров.

Термин «осциллограф» образован от слов «осциллум» - колебания и «графо» - пишу. С помощью осциллографа можно наблюдать периодические непрерывные и импульсные сигналы, непериодические и случайные сигналы, одиночные импульсы.

Изображение электрического сигнала на экране воспроизводит зависимость напряжения от времени u(t), то есть «форму» сигнала. Основными измеряемыми параметрами являются напряжение, длительность интервалов времени, частота колебаний и их производные.

На базе осциллографа созданы приборы для исследования переходных, частотных и амплитудных характеристик различных электро- и радиотехнических устройств. Широкое распространение электронно-лучевых осциллографов обусловлено возможностью их использования в полосе частот от нуля до десятков гигагерц, при напряжениях сигнала от десятков микровольт до сотен вольт.

В зависимости от назначения электронно-лучевые осциллографы подразделяются на

• универсальные (маркируются С1-... ),

• скоростные стробоскопические (С7-... ),

• запоминающие (С8-... ),

• специальные, в том числе цифровые (С9-... ).

Иногда эти разновидности осциллографов объединяются в одном приборе, тогда выбор маркировки зависит от разработчика.

Отличаясь техническими характеристиками, схемными и конструктивными решениями эти осциллографы используют общий принцип получения осциллограмм.

Наибольшее распространение получили универсальные осциллографы. Они позволяют исследовать разнообразные электрические сигналы с длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд в диапазоне от долей милливольт до сотен вольт. Полоса пропускания лучших универсальных осциллографов составляет 300÷400 МГц. Изображение сигнала на экране получают практически одновременно с появлением сигнала на входе, поэтому приборы называют ЭО реального времени. Погрешность измерения параметров является приемлемой для практики 5÷10%.

Для исследования быстро протекающих процессов (нано- и пикосекундной длительности) предназначены скоростные осциллографы, в которых используется специальная электронно-лучевая трубка бегущей волны. Предварительного усиления входного сигнала в скоростных осциллографах обычно не производят, поэтому чувствительность их невелика. Эти приборы являются осциллографами реального времени и позволяют наблюдать и фотографировать одиночные и периодические сигналы.

Повторяющиеся кратковременные процессы исследуют с помощью стробоскопических осциллографов. По принципу действия стробоскопические осциллографы относятся к приборам с преобразованием временного масштаба и отличаются высокой чувствительностью и широкой (до 25 ГГц) рабочей полосой.

Запоминающие осциллографы, имеющие специальные электронно-лучевые трубки, обладают способностью сохранять и воспроизводить изображение сигнала в течение длительного времени после исчезновения его на входе. Основное назначение запоминающих осциллографов — исследование однократных и редко повторяющихся процессов. Запоминающие осциллографы имеют почти те же характеристики, что и универсальные, однако отличаются расширенными функциональными возможностями.

Специальные осциллографы оснащены дополнительными блоками целевого назначения. К ним относятся и телевизионные осциллографы, позволяющие выделять видеосигнал заданной строки изображения, и цифровые, дающие возможность не только наблюдать сигнал, но и передать его в цифровом виде на компьютер для дальнейшей обработки. Специальные осциллографы снабжаются блоками измерения напряжений, токов и сопротивлений (мультиметрами), а также устройствами для исследования вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов.

По числу одновременно наблюдаемых на экране сигналов различают осциллографы

• одноканалъные    и

• многоканальные.

Совмещение на экране изображений нескольких входных сигналов реализуют или использованием специальной многолучевой трубки, или путем периодического переключения осциллографа на разные входы с помощью электронного коммутатора.