63. Структурная схема стробоскопического осциллографа и работа ее основных узлов.

Стробоскопическим осциллографом называется осциллограф, использующий для получения изображения формы сигнала упорядоченный (или случайный) отбор мгновенных значений исследуемого сигнала и осуществляющий временное преобразованием этого сигнала.

Структурная схема стробоскопического осциллографа и принцип ее работы

В качестве примера рассмотрим структурную схему одноканального стробоскопического осциллографа (рисунок 6.8).

Как видно из рисунка 6.8, любой стробоскопический осциллограф имеет в своем составе функциональные узлы, заимствованные от обычных универсальных осциллографов (ЭЛТ, УВО, УГО, ЭК, калибраторы и др.), и специальные узлы, к которым относятся генератор стробимпульсов (ГС), ГИЗ, стробоскопический преобразователь, включающий стробоскопический смеситель (СС) и дополнительные узлы, ПУ, аттенюатор, ИУ, РИ, где осуществляется преобразование выходных импульсов СС в аналоговый сигнал, и устройство стробоскопической развертки со схемой временного автосдвига стробимпульсов.

Осциллограф запускается синхронизирующими сигналами, подаваемыми на специальный вход и жестко связанными по времени с исследуемым сигналом, опережая его на время задержки стробоскопической развертки. Это могут быть либо внешние сигналы, положительной или отрицательной, либо внешнее синусоидальное напряжение, либо, наконец, сам исследуемый сигнал. В последнем случае на вход СС сигнал должен подаваться через встроенную или внешнюю ЛЗ, компенсирующую задержку развертки. Зарисуем временные диаграммы, поясняющие принцип работы стробоскопического осциллографа (рисунок 6.9).

В устройстве синхронизации формируются стандартные импульсы запуска, частота повторения которых либо равна частоте синхронизируемого сигнала (б), либо в m раз меньше.

Сформированные импульсы запуска управляют работой схемы временного автосдвига, в которую входят генератор «быстрого» пилообразного напряжения (ГБПН), генератор «медленного» ступенчато-пилообразного напряжения (ГМПН) и компаратор К. Как видно из рисунка 6.9,в, длительность БПН равна длительности исследуемо сигнала (рисунок 6.8,а), а длительность МПН в раз больше (это следует из формулы (6.6) после умножения числителя и знаменателя на n).

В моменты равенства БПН и МПН срабатывает К и своим выходным сигналом запускает генератор импульсов запуска (ГИЗ), формирующий импульсы с крутым фронтом, которые как видно из рисунка 6.8 запускают ГС, срывают колебания ГБПН и запускают ГМПН. При этом после каждого импульса ГИЗ напряжение ГМПН ступенчато повышается, а в промежутках между импульсами остается постоянным (рисунок 6.9,в). Высота всех ступенек одинакова. Это процесс продолжается до определенного уровня (определяемого величиной ), после чего МПН автоматически сбрасывается и начинается новое нарастание. Видно, что момент равенства БПН и МПН автоматически сдвигается относительно начала БПН по мере поступления импульсов запуска, т.е. образуется временной автосдвиг момента сравнения, являющийся линейной функцией времени. Следствием этого является временной автосдвиг стробимпульсов, генерируемых ГС, относительно начала сигнала (рисунок 6.9,г).

Ступенчатое изменение МНП обеспечивает при работе с осциллографом постоянное значение , а, следовательно, и . Это особенно важно при исследовании и регистрации сигналов с низкой частотой повторения.

Выходное напряжение ГМПН является одновременно напряжением стробоскопической развертки, и после усиления в УГО подается на пластины Х ЭЛТ. В современных осциллографах применяется следующие виды стробоскопических разверток: нормальная, ручная, внешняя, однократная и задержанная развертки.

Нормальная развертка – развертка при которой в автоколебательном или ждущем режимах наблюдается сканирование луча на экране ЭЛТ со скоростью, которая обеспечивает исследование наблюдаемой осциллограммы;

ручная развертка – развертка, осуществляемая внешним пилообразным напряжением;

однократная и задержанная развертки – их определение и реализация аналогичны, как и в универсальном осциллографе.

Основным назначением СС является взятие выборок сигнала и предварительное запоминание полученных данных. Расширенные и промодулированные по амплитуде огибающей исследуемого сигнала импульсы с выхода СС передаются по цепочке, содержащей ПУ, аттенюатор, и импульсный усилитель (ИУ), на вход расширителя импульсов (РИ), где превращается в аналоговый сигнал за счет расширения импульсов до периода повторения.

Аттенюатор выполняет функции аналогичные аттенюатору ВУ универсального осциллографа, т.е с его помощью изменяется в требуемых пределах коэффициент отклонения . Импульсный усилитель не только усиливает, но и дополнительно расширяет импульсы выборок.

Аналоговый сигнал имеет вид ступенчато-изменяющегося напряжения, огибающая которого аналогична по форме исследуемому сигналу (рисунок 6.9,д). Это напряжение затем усиливается в УВО и подается на пластины Y ЭЛТ.

Для повышения четкости изображения начало плоских участков этого напряжения подсвечивают импульсами схемы подсвета луча, управляемой ГИЗ (рисунок 6.9, ж). Тогда исследуемый сигнал будет изображаться в виде светящихся точек (черточек), равномерно отстоящих друг от друга (рисунок 6.9). Плотность точек регулируется изменением ΔТ. Такое точечное изображение сигнала – характерная внешняя особенность осциллограмм стробоскопических осциллографов.

Характерной особенностью стробоскопического преобразователя является наличие отрицательной обратной связи с РИ на СС, в цепь которой также включен аттенюатор. Напряжение отрицательной обратной связи автоматически регулирует исходное положение рабочей точки на вольтамперной характеристике диодов ключевой схемы СС, обеспечивая высокую линейность преобразования. Основным режимом работы стробпреобразователя является режим «нормально». В этом режиме общий коэффициент передачи по петле отрицательной обратной связи близок или равен единице и поддерживается постоянным за счет синхронного переключения аттенюаторов в цепях прямой и обратной связи (рисунок 6.8). Отметим в заключение еще одну характерную особенность современных стробоскопических осциллографов – возможность сочетания в одном приборе функций обычного универсального осциллографа и стробоскопического, т.е. создание универсальных стробоскопических осциллографов, способных исследовать сигналы с длительностью от 10^-9с до единиц секунд.