Генератор развертки

Вторым важным элементом электронно-лучевого осциллографа является генератор развертки. Генератор развертки представляет собой радиотехническое устройство, позволяющее получить напряжение развертки, перемещающее электронный луч вдоль горизонтальной оси с постоянной скоростью. Генератор развертки вырабатывает импульсы пилообразной формы, график которых представлен на рис. 3. Напряжение в течение промежутка времени T линейно увеличивается, а затем, почти мгновенно, спадает до первоначального значения.

Рис. 3

Подадим такое напряжение на пластины 7 и проследим за движением луча на экране. Смещение луча x=aU_x пропорционально напряжению U_x, а напряжение растет пропорционально времени в течение промежутка T (5).

U_x = kt (5)

Очевидно, что смещение x пропорционально времени, т.е. луч движется по экрану равномерно слева направо (прямой ход), быстро возвращается в исходную точку (обратный ход) и снова начинает равномерное движение вправо. При частотах до 10 Гц на экране перемещение луча наблюдается глазом; при больших частотах след сливается в прямую линию.

Для получения на экране графика зависимости напряжения от времени подадим на вход Y периодически изменяющееся напряжение U_y с периодом T, равным периоду развертки. При этом луч будет участвовать в двух взаимно перпендикулярных движениях.

U_y = U₀ sint (6)

Результирующая траектория луча будет синусоидой рис. 4.

Рис. 4

Через время T_разв луч быстро вернется в крайнее левое положение и снова начнет вычерчивать на экране синусоиду. Если периоды развертки и исследуемого напряжения (в нашем случае синусоидального) равны, то следующая синусоида точно «ляжет» на первую, и на экране будет видна неподвижная картина.

Предыдущие рассуждения иллюстрирует рис. 5, а, на котором представлен график U_y(t). Развертка луча происходит в промежутке времени Δt₁ = Δt₂ = Δt₃ = T_разв. Видно, что участки I, II, III зависимости U_y(t) одинаковы и при наложении друг на друга на экране совпадают (см. рис. 5, б).

Рис. 5

Если уменьшить частоту развертки ровно в 2 раза, то за время развертки луч успеет совершить два полных колебания в вертикальном направлении (рис. 6).

Рис. 6

Если период развертки Т_х не является целым кратным периодом изучаемого напряжения Т_у, то электронный луч будет начинать движение, каждый раз в различных фазах, и получаемая на экране картина будет представлять наложение ряда смещенных траекторий.

Устойчивая картина будет наблюдаться при совпадении частоты исследуемого напряжения и частоты развертки или, в более общем случае, когда период развертки T равен n^.T_иссл (n — целое число).

Допустим, что нам удалось с помощью ручки «плавно» подобрать частоту развертки, кратную частоте исследуемого напряжения. Однако вследствие нестабильности частоты генератора развертки период развертки изменится, и изображения на экране уже не будут накладываться друг на друга. При этом картина будет перемещаться («бежать») по экрану.

Для устранения этого эффекта в осциллографе имеется устройство, обеспечивающее синхронизацию — согласование протекающих процессов во времени. Для получения устойчивого изображения необходимо, чтобы развертка начиналась в тот момент, когда исследуемое напряжение достигает определенного (например, нулевого) значения. Для этой цели часть исследуемого напряжения подается на генератор развертки и обеспечивает начало развертки. Глубина синхронизации (напряжение, подаваемое на генератор развертки) устанавливается минимально необходимой для устойчивого изображения. При очень больших амплитудах заметны искажения в конце развертки.

Кроме рассмотренного случая, называемого внутренней синхронизацией, развертку можно синхронизировать с напряжением сети или с внешним сигналом.