1.10. Електронно – променевий осцилограф

Електронно-променевий осцилограф - потужний засіб для налагодження електронних пристроїв, досліджень перехідних процесів, зняття динамічних характеристик Осцилограф дозволяє візуально спостерігати на люмінесцентному екрані криві, що характеризують швидкоплинні перехідні процеси. Найважливіша частина електронного осцилографа - електронно-променева трубка, яка має у своєму складі електронний прожектор, відхилювальну систему та екран. Електронний прожектор створює вузький електронний промінь. За допомогою відхилювального пристрою вимірювана напруга керує рухом електронного променю, який відіграє роль практично безінерційної рухомої частини вимірювального приладу. Промінь попадає на покритий шаром люмінофора екран_; на якому утворюється світлова пляма. При відхиленнях променя пляма пересовується по екрану і зображує криву досліджуваного процесу.

Скляна колба електронно-променевої трубки має форму конуса. Який переходить у циліндр (рис. 2.7). Електронний прожектор, який називають ще електронною гарматою, утворюється підігрівним катодом, керуючим електродом-модулятором М та двома анодами – A₁ та A₂. Катод розміщено всередині стаканчика модулятора, який має по центру свого донця отвір (діафрагму) для про­ходження електронів, еміто­ваних катодом. Аноди мають також вигляд порожнистих циліндрів з діафрагмами. Між катодом та другим ано­дом A₂ подається висока напруга, - до 5000 В, а між катодом та анодом A₁ - до однієї третини від напруги між катодом та анодом A₂. На аноди подають "+", а на катод "-" анодної напруги. Потужне електричне поле, створене цими напругами, прискорює емітовані розігрітим катодом електрони і створює вузький електронний промінь. Електрони, що суттєво відхиляються від осі променя, затримаються діафрагмами анодів. На модулятор М подають від'ємну по відношенню до катода невелику напругу 20-500 В. Від'ємний потенціал модулятора, розташованого поблизу від катоду, повертає частину електронів назад, до катоду. Регулюючи напругу між модулятором та катодом можна змінювати кількість електронів у промені, тобто регулювати яскравість світлової плями на екрані трубки.

Рис. 2.7 Схема електронно-променевої трубки

Для відхилення електронного променя на екрані у горизонтальному та вертикаль­ному напрямках між анодом A₂ та екраном розташовано дві пари відхилювальних пластин. Досліджуваний сигнал подають на вертикальні відхилювальні пластини у-у, що забезпечує пересування світлової плями на екрані по осі ординат. Горизон­тально відхилювальні пластини х-х використовують для розгортки досліджуваної напруги по осі абсцис. Для цього на пластини горизонтального відхилення подають періодичну так звану пилкоподібну напругу. Імпульси цієї напруги створює спеціальний генератор лінійно змінної напруги (ГЛЗН). Якщо подати на пластини у-у досліджувану напругу, а на пластини х-х - пилкоподібну напругу, то світловий промінь накреслить на екрані криву (осцилограму) функціональної залеж­ності досліджуваної напруги від часу.

Електронний осцилограф можна звичайно використовувати у режимах внут­рішньої або зовнішньої синхронізації, в автоматизованому режимі та у режимі спеціальної розгортки. Режим обирають зміною положення відповідного перемикача на лицьовій панелі осцилографа.

В режимі внутрішньої синхронізації вхідна напруга u_BX одночасно пода­ється через підсилювач до каналу пластин вертикального відхилення у-у (рис. 2.7) та на вхід ГЛЗН. Напруга з виходу ГЛЗН поступає на пластини горизон­тального відхилення х-х, внаслідок чого світлова пляма починає пересовуватись на екрані по осі х. Одночасна подача напруги на пластини у-у та х-х приводить до відтворення на екрані осцилографа залежності у певному масштабі. Спеціальним пристроєм затримки можна зсунути по фазі на час напругу , що поступає на пластини х-х, від фактичної вхідної напруги . Змінюючи час поворотом відповідного регулятора на лицевій панелі осцилографа, можна зсовувати зображення функції на екрані вздовж осі х. В режимі зовнішньої розгортки для запуску ГЛЗН використовують зовнішній генератор імпульсів синхронізації.

В автоматичному режимі ГЛЗН видає періодично імпульси пилоподібної напруги і, якщо їх частота співпадає з частотою вхідного сигналу , на екрані спостерігається нерухоме зображення залежності . Частоту імпульсів ГЛЗН можна змінювати за допомогою регулятора на лицевій панелі осцилографа.

У режимі спеціальної розгортки на пластини х-х можна подати, наприк­лад, синусоїдну напругу промислової частоти , а на пластини у-у - досліджувану синусоїдну напругу . Якщо частоти і фази обох напруг співпадають, то на екрані з'явиться зображення прямої лінії (рис. 2.8, а), а якщо співпадають до того ж й амплітуди обох напруг і фазовий зсув між ними дорівнює 90° - на екрані виникає зображення кола (рис. 2.8, б). Якщо ж фази напруг та зсунені на кут 0 < < 90°, — на екрані виникає зображення еліпса (рис. 2.8, в). Залежно від співвідношення частот напруг на входах осцилографа на екрані спостерігаються різні фігури (рис. 2.8, г), так звані фігури Ліссажу, що дає можливість проводити деякі спеціальні вимірювання. Наприклад — порівняння частот напруг на входах осцилографа.

Рис. 2.8 Зображення на екрані осцилографу

Осцилографи широкого застосування дозволяють здійснювати індикацію сигна­лів (напруг) з амплітудою від одиниць мілівольт до сотень вольт у частотному діапазоні від постійного струму до сотень мегагерц. При цьому похибка вимірювання миттєвих значень напруг досліджуваного сигналу та відповідних часових інтервалів шляхом безпосереднього відліку з екрану — не більше ( )%. Сучасні осцилографи споряджа­ють вбудованим швидкодіючим цифровим вольтметром та генератором, що формує пилкоподібну напругу для розгортки досліджуваного сигналу в часі цифровим методом, що дозволяє виводити на екран осцилографа у цифровій формі значення координат будь-якої точки на екрані з похибкою ( )%. Існують також електронні осцилографи, які дозволяють спостерігати одночасно на екрані від двох до десяти вхідних напруг.