2.2.3. Классификация осциллографов и их структурные схемы
В соответствии с ГОСТ 9810-69 осциллографы делят:
1. по количеству одновременно исследуемых сигналов для исследования одного сигнала и нескольких;
2. по ширине полосы пропускания, определяемой нижней и верхней граничными частотами;
3. по характеру исследуемого сигнала: для наблюдений непрерывных сигналов, импульсных многократных сигналов и импульсных однократных сигналов;
4. по точности воспроизведения формы сигнала, точности измерения временных интервалов и амплитуд: на осциллографы I, II, III и IV классов точности. Основные характеристики осциллографов всех классов приведены в ГОСТ 9810-69;
5. по условиям эксплуатации в соответствии с ГОСТ 9763-67 технической документацией, утвержденной в установленном порядке. Несмотря на многообразие существующих типов электронных осциллографов, их обобщенные структурные схемы можно свести к двум структурным схемам, взяв за основу классификацию по характеру исследуемого сигнала, для наблюдения, которых предназначен осциллограф.
Структурная схема осциллографа для наблюдения и исследования непрерывных сигналов показана на рис. 2.7. Как видно исследуемый сигнал подается на вход У канала вертикального отклонения луча.
Рис.2.7. Структурная схема осциллографа для наблюдения
периодических процессов
Входной каскад должен обеспечить минимальное влияние осциллографа на исследуемый объект и возможность регулирования чувствительности осциллографа. В ряде случаев этот каскад должен также обеспечить высокую помехозащищенность осциллографа по входу. С выхода входного каскада сигнал попадает в усилитель напряжения, коэффициент усиления которого определяет предельную чувствительность осциллографа. Для согласования усилителя с электроннолучевой трубкой служит выходной пара – фазный усилитель. Применение пара – фазного усилителя необходимо для уменьшения специфических искажений сигнала, появляющихся в связи с наличием емкости отклоняющих пластин, а также влияния на скорость движения электронов в трубке среднего потенциала пластин. Генератор развертки осциллографа генерирует линейно изменяющееся напряжение, которое усиливается усилителем горизонтального отклонения луча. Для получения неподвижного изображения сигнала на экране трубки частоту генератора развертки можно регулировать в широком диапазоне частот. Регулирование усиления усилителя горизонтального отклонения позволяет изменять масштаб изображения по горизонтали. Продифференцированное напряжение генератора развертки обычно подается на модулятор яркости трубки (вход Z), что позволяет исключить засветку экрана при обратном ходе луча. Генератор развертки в таком осциллографе вследствие неизбежной нестабильности по частоте не может обеспечить неподвижность изображения в течение длительного времени. Поэтому для поддержания кратного отношения частоты исследуемого сигнала и частоты генератора развертки этот генератор синхронизируется исследуемым процессом. Формирование синхронизирующего сигнала осуществляется в узле синхронизации осциллографа. Узел регулировок в осциллографе позволяет изменять масштаб изображения на экране трубки, выбирать необходимую яркость и четкость (фокусировку) изображения сигнала. Питание узлов осциллографа обычно осуществляется от стабилизированного источника питания, что необходимо для обеспечения устойчивости изображения при колебаниях напряжения питающей сети.
Обобщенная структурная схема осциллографа, предназначенного для наблюдения импульсных однократных или многократных сигналов, показана на рис. 2.8.
Рис.2.8.
Структурная схема импульсного осциллографа
В отличие от осциллографа для наблюдения непрерывных сигналов в этом осциллографе появились дополнительные узлы: линия задержки в канале Y осциллографа, генератор ждущей развертки, генератор импульсов подсветки и два вспомогательных узла калибраторы напряжения и меток времени. Эти узлы необходимы для создания возможности исследования на осциллографе непериодических процессов и улучшения метрологических характеристик осциллографа. Необходимость введения этих узлов в структуру осциллографа можно объяснить следующим образом. С помощью генератора непрерывной развертки (положение Z переключателя П3) можно исследовать лишь периодические сигналы. Даже при исследовании периодических сигналов, следующих с большой скважностью, исследуемый импульс будет занимать малую часть экрана по горизонтальной оси, и исследовать его будет сложно. Подбирая частоту развертки, изображение импульса можно растянуть, но при этом не удается добиться устойчивой синхронизации работы генератора развертки, поскольку такие генераторы устойчиво синхронизируются только в режиме деления частоты, когда частота генератора развертки меньше частоты следования импульсов.