1. Принцип получения изображения сигнала на экране

При выборе единого языка описания различных осциллографов мы будем опираться на их основное функциональное назначение. Осциллографы предназначены для исследования функциональных зависимостей двух типов:

• во-первых, зависимостей типа U = F(t), т. е. изменения сиг нала во времени;

• во-вторых, U1 = F(U₂), т. е. зависимости одной функции U₁ от другой U₂, причем обе функции могут являться, в свою очередь, функциями времени U_1,2 = F(t).

Примеры

1) К задачам первого типа относится наблюдение формы и измерение парамет­ров периодических или одиночных сигналов U(t) (параметры: амплитуда U_а, период Т, начальная фаза φ₀, угол наклона k и т. д.) (рис. 1, а, б).

2) К задачам второго типа относятся измерения с помощью фигур Лиссажу (рис. 1, в) и получение вольтамперных характеристик (ВАХ) какого-либо электронного устройства (рис. 1, г).

В первых двух примерах ось Х должна быть прокалибрована в единицах времени, а ось Y – в единицах напряжения.

В случае фигуры Лиссажу (см. рис. 1, в) оба сигнала U_x и U_у являются функциями времени (например, сигналами типа U(t), как на рис. 1, а, сдвинутыми относительно друг друга по фазе).

В случае ВАХ (см. рис. 1, г) обе функции U и I в принципе от времени могут не зависеть. В общем случае это есть отображение некоторой "таблицы", состоящей из двух колонок цифровых значений: каждому зна­чению X_k сопоставлено соответствующее Y_k.

1.1. Визуализация сигнала

Сигнал в осциллографе отображается на экране. Но в электрон но-лучевых и в цифровых запоминающих осциллографах эта задача решается принципиально различным путем.

В электронно-лучевых осциллографах экраном является передняя стенка электронно-лучевой трубки (рис. 2), покрытая с внутренней стороны люминофором. Электронный луч, создаваемый электрон ной пушкой и управляемый напряжениями, подаваемыми на две пары пластин – вертикальную Y и горизонтальную Х, – перемещается по люминес­центному покрытию ЛС, "вычерчивая" соответствующую кривую (например, фи­гуру Лиссажу). Важно иметь в виду, что перемещение луча происходит в реальном времени, т.е. в каждый момент теку­щего времени его мгновенное положение соответствует именно этому моменту.

Рис. 2. Электронно-лучевая трубка.

1 – Электронная пушка: Н – накал, К – катод, М – модулятор,

А₁, А₂ – первый и второй анод; 2 – горизонтально и вертикально

отклоняющие пластины Х, Y; ЛС – люминесцентный слой

В цифровых запоминающих осциллографах сигналы предварительно преобразу­ются в цифровую форму с помощью АЦП (аналого-цифрового преобразователя), т.е. "превращаются" в таблицу дискретных значений, которая сохраняется в памяти, а уж затем воспроизводится на экране. Экраном служит обычный дисплей, подобный дисплею компьютера. Поэтому "картинка" воспроизводится на экране в форме видео­сигнала.

В обоих типах осциллографов "картинка" может воспроизводиться на экране либо в непрерывном режиме, либо в режиме одно кратной развертки. При этом в аналоговых электронно-лучевых осциллографах однократный сигнал виден только за счет послесвечения экрана. По­этому его скоростные возможности резко ограничены по сравнению с цифровыми осциллографами с памятью.