1. Осциллографы: их классификация и применение

Электронный осциллограф – это прибор, предназначенный для визуального наблюдения, измерения, фотографирования формы различных электрических процессов. Эти процессы гра­фически изображаются на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), которая является основным органом электронного ос­циллографа.

Наблюдение изображения на экране осциллографа называ­ется осциллографированием. Изображение на экране, или его фотография, называется осциллограммой.

Осциллографические измерения обладают исключительной наглядностью представления исследуемых явлений. Современ­ные осциллографы позволяют рассмотреть любые электрические процессы, даже если сигнал появляется в случайный момент времени и длится, например, миллиардные доли секунды. Воз­можности среднего глаза в регистрации процессов малой дли­тельности ограничены временем порядка 0,1 с.

По изображению на экране ЭЛТ с помощью осциллографа можно измерить и сравнить токи и напряжения любой формы и, что бывает иногда очень важно, оценить их амплитудные значения, длительность сигнала во времени (или какой-либо его части). Кроме того, осциллограф позволяет измерить частоту, фазу, коэффициент модуляции исследуемого сигнала. С его по­мощью снимают амплитудные, фазовые характеристики различ­ных радиоустройств, вольт-амперные характеристики электрон­ных ламп и полупроводниковых приборов, исследуют форму сигналов, а также производят другие комплексные измерения.

Осциллографические измерения отличаются широким диа­пазоном исследуемых частот (от постоянного тока до диапазона частот СВЧ), возможностью запоминания и последующего вос­произведения сигналов, высокой чувствительностью и возмож­ностью отделения сигнала от помех.

Осциллографирование неэлектрических величин осуществля­ется с помощью электронного осциллографа в сочетании со специальными датчиками. Применение датчиков позволяет ис­следовать различные процессы, которые по своей природе не являются электрическими (изменение давления, светового по­тока, механические колебания и деформации и т. д.). Наиболее распространенными датчиками являются параметрические, пре­образующие неэлектрические величины в сопротивление, и генераторные, преобразующие неэлектрические величины в электро­движущую силу.

Важно подчеркнуть, что в современных устройствах автома­тики, телемеханики, связи, в электронно-вычислительных ма­шинах электрические процессы нередко имеют сложный харак­тер и изменение этих процессов невозможно обнаружить, поль­зуясь стрелочными измерительными приборами.

Осциллографы по назначению и принципу действия разде­ляются на приборы универсальные, запоминающие, стробоско­пические, скоростные и специальные, по числу одновременно наблюдаемых сигналов — на одно-, двух- и многоканальные.

Универсальные осциллографы — приборы общего назначе­ния, предназначенные для наблюдения гармонических и им­пульсных сигналов. Эти осциллографы делятся на две группы:

приборы моноблочной конструкции и приборы со сменными блоками.

Скоростные и стробоскопические осциллографы применяют­ся для исследования переходных процессов в быстродействую­щих полупроводниковых приборах, интегральных микросхемах и переключающих элементах при проведении работ в области ядерной физики и других областях.

Сущность стробоскопического преобразования сигнала со­стоит в том, что специальной схемой создаются очень короткие строб-импульсы, которые при каждом периоде исследуемого сигнала продвигаются вдоль него в направлении оси времени и таким образом за определенное число периодов проходят исследуемый сигнал полностью. Сигнал и строб-импульсы под­водятся к специальному устройству-смесителю. Амплитуда строб-импульсов, прошедших через смеситель, пропорциональна мгновенному значению амплитуды исследуемого сигнала в мо­мент прохождения строб-импульса. Далее эти импульсы усили­вают и увеличивают их длительность (в 10—10⁴ раз). В ре­зультате появляется возможность изучать еще более высоко­частотные сигналы по сравнению с осциллографами общего назначения. Полоса пропускания скоростных и стробоскопиче­ских осциллографов распространяется от постоянного тока до десятка гигагерц (1 ГГц==10¹² Гц) при уровнях сигналов от единиц милливольт до единиц вольт.

Действие запоминающих осциллографов основано на приме­нении трубок (ЭЛТ) с памятью. Записанный сигнал может хра­ниться в ней значительное время до воспроизведения на экране ЭЛТ (от минуты до нескольких суток).

Осциллографы специального назначения могут входить в со­став вычислительных устройств, представлять из себя многока­нальные индикаторы для медицинских целей и т. д.