Генераторы развертки. Назначение. Схема. Синхронизация генераторов развертки

Устройство и принцип действия прибора

Объясним устройство аналогового осциллографа просто, «для чайников». Прибор состоит из следующих элементов:

• лучевая трубка;
• блок питания;
• канал вертикального / горизонтального отклонения;
• канал модуляции луча;
• устройство синхронизации и запуска развёртки.

Для управления параметрами сигнала и его отображения на экране есть регуляторы. У старых моделей экрана не было. Изображение фиксировалось на фотоленте.

Принцип работы

При запуске прибора сигнал подаётся на вход канала вертикального отклонения. Он имеет высокое входное сопротивление. По тому же принципу работает вольтметр, измеряющий напряжение. Однако вольтметр не показывает временного графика колебаний напряжения.

Сигнал усиливается до необходимого уровня после подачи на вход. Он отображается на экране по вертикальной оси. Усиление требуется для работы отклоняющей системы лучевой трубки или преобразователя сигнала из аналогового в цифровой. Оно позволяет менять масштаб отображения колебаний на экране от крупного до мелкого.

Устройство

Лучевая трубка чувствительна к электрическим импульсам. Чем ниже их частота, тем выше чувствительность. В нынешних трубках количество лучей может составлять от одного до 16. Их количеству соответствует число сигнальных входов и отображающихся одновременно графиков.

Особенность цифрового осциллографа в том, что он имеет экран и преобразователь аналогового сигнала. У него есть память для сохранения данных о полученном графике колебаний. Часть информации анализируется в автоматическом режиме и отображается в обработанном виде. Аналоговый осциллограф не запоминает данные, а только показывает их в реальном времени.

Разверткой называется траектория движения луча, который улавливает колебания и выводит изображение на экран. Она бывает разной формы — эллиптической, круговой. Значение развёртки регулируется в зависимости от исследуемого сигнала по горизонтальной оси (временнóй).

Блок питания подаёт напряжение от сети 220 В на электронные схемы. Есть и аккумуляторные модели, способные работать автономно.

Виды осциллографических разверток

Развертывающим напряжением в общем случае называют напряжение, определяющее траекторию и скорость перемещения луча ЭЛТ в отсутствие исследуемого сигнала. Траекторию, описываемую лучом, или след, создаваемый им на экране под действием развертывающего напряжения, называют разверткой. Если развертку получают в результате подачи развертывающего напряжения на одну пару отклоняющих пластин (как правило, горизонтально отклоняющих), то ее называют по форме развертывающего напряжения – пилообразная, экспоненциальная, синусоидальная. Когда же развертка создается подачей напряжения на обе пары пластин одновременно (и на радиально отклоняющий электрод – в специальных трубках), ее название определяется формой траектории, прочерчиваемой лучом: круговая, эллиптическая, спиральная, радиальная.

Линейная периодическая развертка

создается пилообразным, т. е. линейно изменяющимся напряжением (рис. 10.2).

Рис. 10.2. Линейная периодическая развертка:

а

– форма непрерывного периодического напряжения;
б
– форма развертывающего

напряжения в виде периодически повторяющихся импульсов; в

– линия развертки

на экране

При минимальном значении напряжения (точка 0 на рис. 10.2, а

) луч находится в крайнем левом положении на горизонтальной прямой экрана. По мере роста пилообразного напряжения луч перемещается слева направо с постоянной скоростью. Это перемещение, называемое прямым ходом луча, происходит в течение времени , пока развертывающее напряжение не достигнет максимальной величины (точка А). При надлежащем выборе амплитуды пилообразного напряжения луч за время прямого хода переместится в крайнее правое положение экрана. Когда напряжение спадает от А до Б, луч совершает обратный ход – за время быстро возвращается в исходное положение, чтобы в следующий период повторить цикл, состоящий из прямого и обратного хода.

Основные характеристики непрерывной периодической развертки (рис. 10.2, а

): период или частота развертки и максимальное отклонение луча за период, определяемое амплитудой развертывающего напряжения. Импульсную периодическую развертку (рис. 10.2,
в
) характеризуют длительностью (вместо периода), частотой следования импульсов
F
и максимальным отклонением луча. Для получения высококачественного изображения исследуемого процесса необходимо выполнение условия . В современных осциллографах это требование всегда выполняется. Кроме того, луч гасят при обратном ходе или подсвечивают при прямом. Практически можно считать, что или .

Чтобы линия развертки или изображение сигнала не мерцали при наблюдении, луч должен прочерчивать одну и ту же траекторию не менее 25 – 30 раз в секунду. При этом используется инерционная способность человеческого глаза сохранять зрительное впечатление примерно 1/15 с.

Изображение представляется наблюдателю неподвижным, если луч при каждом прямом ходе прочеркивает одну и ту же кривую, начинающуюся в одной и той же фазе. Для получения неподвижной осциллограммы необходимо, чтобы период развертывающего напряжения (или период Т

) был равен или кратен периоду исследуемого сигнала , т. е.

или (10.1)

Это достигается синхронизацией напряжения развертки исследуемым сигналом или внешним напряжением с периодом, соответствующим условию (10.1).

Пилообразное напряжение не бывает строго линейным. Часто оно изменяется по экспоненте, близкой к прямой, причем степень линеаризации зависит от схемы генератора развертки.

Количественной мерой нелинейности служит коэффициент нелинейности γ

, характеризующий степень непостоянства скорости нарастания напряжения в начале и конце прямого хода луча

(10.2)

В осциллографах, служащих для наблюдения формы напряжения, коэффициент нелинейности в зависимости от класса точности прибора лежит в пределах от 3 % (класс I) до 20 % (класс IV), а в осциллографических измерителях интервалов времени он значительно меньше и составляет десятые и сотые доли процента.

Для исследования различных импульсных процессов и однократных импульсов применяют ждущую развертку

. Ее сущность заключается в том, что развертывающее напряжение подается на горизонтально отклоняющие пластины лишь тогда, когда исследуемый импульс поступает на вход осциллографа. После того как под действием развертывающего напряжения луч совершит один цикл прямого и обратного хода, развертка прекращается и «ждет» прихода нового импульса, запускающего ее (рис. 10.3).

выраженной в мм/мс, мм/мкс или мм/нс ( – чувствительность трубки к горизонтальному отклонению, мм/В). Часто скорость развертки выражают также в см/мкс и т. п.

Синусоидальная развертка получается при подаче на горизонтально отклоняющие пластины напряжения синусоидальной формы . Линия развертки и в этом случае представляется наблюдателю прямой, но скорость движения луча неравномерна в различных частях экрана.

эффициенты передачи каналов X

и
Y
осциллографа должны быть выбраны так, чтобы отклонения луча по горизонтали и вертикали были равными. Траектория движения луча – окружность (рис. 10.4,
а
), причем луч совершает один оборот за время, равное периоду синусоидального развертывающего напряжения. Эта развертка – частный случай эллиптической развертки (рис. 10.4,
б
). Если на обе пары отклоняющих пластин подать два гармонических напряжения, какие необходимы для получения круговой развертки, но отличающихся тем, что их амплитуды изменяются во времени по линейному закону, то луч будет описывать архимедову спираль. Такая развертка называется спиральной.

⇐ Предыдущая25Следующая ⇒

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования…

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам…

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все…

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала…

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Виды осциллографов

По принципу действия осциллографы бывают цифровыми и аналоговыми. Существуют смешанные аналого-цифровые приборы. Всё чаще выпускают виртуальные. Там в качестве экрана используется другой прибор – монитор компьютера, телевизора.

Работа некоторых моделей основана на электромеханическом принципе:

• электродинамический;
• электростатический;
• выпрямительный;
• электромагнитный;
• магнитоэлектрический;
• термоэлектрический.

Прибор может работать самостоятельно или являться приставкой к другому оборудованию (например, компьютеру). Во втором случае цена ниже, но сам прибор зависим от внешнего устройства.

Виды развёрток

В разных режимах работы осциллографа линейные (создаваемых пилообразным напряжением) развёртки могут различаться:

• Однократная. Генератор запускается один раз, затем блокируется. Такая развёртка нужна для фиксирования неповторяющихся сигналов.
• Ждущая. Запуск происходит сразу после сигнала. Нужна для наблюдения за редкими колебаниями.
• Автоколебательная. Генератор периодически включается при отсутствии сигнала. Удобна для отображения частых периодических импульсов.

Измеряемые процессы

По принципу работы приборы делят на:

• Специальные. Имеют блоки для целевого использования (например, телевизионные осциллографы).
• Стробоскопические. Чувствительные приборы для исследования кратковременных повторяющихся процессов.
• Скоростные. Используют для фиксации процессов с высокой скоростью (с точностью до нано- и пикосекунд).
• Запоминающие. Сохраняют полученное изображение. Обычно применяют для изучения редких однократных действий.
• Универсальные. Исследуют разные процессы.

Где применяют осциллографы?

Информация, которую даёт осциллограф:

• значения напряжения, временные параметры колебаний;
• сдвиг фаз, искажение импульса на разных участках цепи;
• частота (определяется путем фиксирования его временных характеристик);
• переменная и постоянная составляющие колебаний;
• процессы в цепи.

Осциллографы используют как в практических, так и в научно-исследовательских целях. Для простых измерений можно воспользоваться мультиметром, но в большинстве случаев осциллограф незаменим.

Приборы для измерения колебаний применяют при настройке электронного оборудования. К примеру, для регулировки телевизионного сигнала необходимо получить его осциллографическое изображение. Приборы также используются при ремонте блоков питания, диагностике печатных плат.

При ремонте автомобилей устройство поможет получить данные о положении коленчатого и распределительного валов, датчиков положения. Данные осциллограммы расскажут о наличии импульса на катушке, укажут на неисправность свечей и проводов, диодного моста генератора.

Медицинское оборудование (кардиографы, энцефалографы) тоже работает по принципу осциллографирования. Только электрические колебания, измеряемые ими, происходят в живых организмах.

Маленький, простой осциллограф

Некоторое время назад в мои руки попал набор, позволяющий собрать простой осциллограф под наименованием DSO138. Все бы ничего, но у него был сильно ограничена частота измеряемого сигнала. Не скажу, что обозреваемый приборчик намного круче, но у него заявлена полоса пропускания до 4 МГц. Посмотрим что это такое и как оно работает
Данный осциллограф изначально даже на странице продавца позиционируется как вариант для обучения, т.е. рассчитан на неподготовленного, начинающего пользователя, который сильно далек от управления более «навороченными» моделями и вполне может запутаться.

Для начала технические характеристики, сразу извиняюсь за местами кривой перевод. Частота выборки: 20MSa / s Аналоговая полоса пропускания: 4 МГц Точность выборки: 8 бит Размер кэша: 650 байт Вертикальная чувствительность: 10 мВ / дел ~ 5 В / дел (прогрессивная на 1-2-5) Горизонтальная скорость сканирования: 1.5us / div ~ 6ms / div (по 1-2-5 прогрессивным образом) Дисплей: 2,4-дюймовый TFT 320X240 (чип драйвера ILI9325) Входное сопротивление: 1MОм Максимальное входное напряжение: 40Vpp (щуп 1: 1), 400Vpp (щуп 10: 1) Входной сигнал: AC Фиксация формы сигнала (функция HOLD)

Продается осциллограф в нескольких вариантах комплектации (цены ориентировочные со страницы товара): 1. Осциллограф + кабель питания USB — $17.40 2. Осциллограф + кабель питания + щуп — $20.09

Также можно купить отдельно: 3. Щуп 40 МГц — $2.69 4. Кабель BNC-BNC + BNC+ крокодилы — $1.74

Я заказал вариант номер два. В итоге получил два вот таких пакета. Кстати, осциллограф заказывался у того же продавца, что и LCR-метр, потому стоимость доставки немного снизилась.

Так как стоимость доставки зависит от веса, то взвесил сначала комплект по п1, а потом полный вариант по п2.

Перейдем к осмотру, сначала комплектация. В большом пакете лежал щуп, кабель питания и всякие мелочи. Пакет плотный с «клапаном», удобно в будущем хранить все дополнительное «хозяйство».

Кабель питания имеет на одном конце привычный USB штекер, а на втором круглый штекер диаметром 3.5мм. Щуп самый обычный, кабель мягкий.

В комплекте была инструкция, прочитав которую я понял, что комплект все таки не совсем полный, не хватает специального контакта заземления в виде пружинки и четырех цветных колечек. Ну колечки это такое, можно и пережить, а вот дополнительный контакт жалко, мне бы очень пригодился

Щуп имеет встроенный делитель 1:10, с соответствующим переключателем. Земляной контакт одет в изоляцию, правда крокодил довольно «дубовый». Выше я показал инструкцию, согласно ей мой щуп рассчитан на частоту до 40 МГц и напряжение до 600 Вольт. Сам же осциллограф имеет более скромные границы, потому здесь все с приличным запасом.

Щуп имеет возможность подстройки. Для регулировки была также и отверточка, но она мне сильно пригодилась для работы с осциллографом, а не щупом. но следует учитывать, отвертка идет в комплекте к щупу, а не осциллографу. Кстати, цена щупа весьма низкая, как на мой взгляд, у нас в оффлайне они стоят куда дороже.

А вот и предмет обзора. Внешне типичный кружок «умелые руки» в школе, простенький корпус, правда присутствует лазерная гравировка, а не банальные наклейки, впрочем это к делу не относится.

Сверху корпуса расположен цветной дисплей с диагональю 2.4 дюйма и разрешением 320х240. У моего DSO203 дисплей больше как размером, так и разрешением (400х240), хотя и ненамного. Справа кнопки управления, причем управление предельно простое, здесь нет никаких меню, настроек и пр. Просто пять кнопок — 1, 2. Входное напряжение от 0.01 до 5 В на клетку. 9 ступеней. 3, 4. Развертка, от 1.5мкС до 6мС на клетку, 12 ступеней. 5. Кнопка Hold, просто фиксирует показания на дисплее. Как оказалось, самая используемая кнопка в некоторых ситуациях.

На верхнем торце корпуса расположили входной BNC разъем, а также выключатель и разъем питания. К слову, потребление прибора составляет всего около 150мА, что делает возможным организовать его автономное питание, но так как прибор довольно чувствительный, то рекомендуется применить пару литиевых элементов и линейный стабилизатор напряжения с низким падением. В интернете искать по приставке — Low Drop.

Снизу отверстие для доступа к подстроечному резистору установки нуля.

Разбирается данная конструкция весьма просто, сначала выкручиваем четыре самореза снизу.

Затем четыре винта сверху и вынимаем плату. В корпусе просверлено отверстие для разъема, потому вынимать плату надо от отверстия.

Внутри можно увидеть плату осциллографа и довольно знакомый многим радиолюбителям дисплей. Если не путаю, то такой же дисплей применяется и в DSO138.

Дисплей удерживается только за счет фиксации в разъеме, сверху прижат корпусом, снизу приплавлены две пластмассовые стояки.

Вот печатная плата сделана весьма неплохо, около каждого элемента проставлен не только позиционный номер, а и номинал, что бывает крайне редко. Прямо «мечта ремонтника» Снимал как-то видео, как определить номинал сгоревшего резистора, здесь бы такое не потребовалось.

Узел питания и входного операционного усилителя. Пайка довольно неплохая, но есть ощущение, что некоторые компоненты меняли после сборки, видны следы флюса.

Входные цепи и делители сигнала. К сожалению осциллограф умеет работать только с переменным током, впрочем для большинства задач этого более чем достаточно. По входу стоит конденсатор 330нФ 250 Вольт.

Входной делитель. На плате 5 герконовых реле, делитель имеет 9 вариантов входного напряжения. Первые три реле работают в цепи первого ОУ, потом еще пара в цепи второго ОУ, получается 3х3=9 вариантов.

Резистор установки нуля. изначально осциллограф пришел с «уплывшим» нулем, установил, но практика показала, что ноль все таки любит иногда «поплавать», потому отверточка нужна довольно часто.

Элементы осциллографа: 1. Входной сдвоенный ОУ LM6172 с максимальной частотой в 100 МГц. 2. АЦП — ADS830E, максимальная частота в 60 МГц 3. Асинхронный буфер FIFO с временем доступа не более 12 нС. 4. Микроконтроллер Atmega16A, слева кварцевый резонатор 20 МГц. 5. Просто логическая микросхема 6. Преобразователь напряжения 7660, формирует отрицательный полюс 5 Вольт. Еще на плате есть линейный стабилизатор напряжения 3.3 Вольта, он виден выше на фото.

Снизу пайка хоть и относительно качественная, но вот флюс, его много.

Кроме того, что на плате указаны номиналы компонентов, есть еще и принципиальная схема. Правда в варианте с другим питанием. Здесь за питание отвечает не 7660, а просто собран сетевой БП с двухполярным питанием. К сожалению качество схемы немного подкачало, но что есть. Виден входной аттенюатор, АЦП, буфер и микроконтроллер с дисплеем. Схемотехника проста как три копейки, но вполне неплохая для по сути игрушки.

Посмотрим более внимательно, на базе чего собран осциллограф. Сразу после первого аттенюатора сигнал попадает на усилитель. Применен довольно неплохой ОУ с частотой до 100 МГц, что при заявленных 4 МГц более чем с запасом.

Дальше неплохой 8 бит АЦП производства Burr-Brown с верхней частотой 60 МГц, что также с огромным запасом. Интересно то, что у DS203, которым я пользуюсь, стоит хоть и сдвоенный АЦП, но имеющий только 40 Мегасемплов.

Буфер FIFO, насколько я понимаю, максимальная рабочая частота составляет порядка 80 МГц. Применена IDT7205. Похоже, что данная серия выпускается в военном исполнении.

А вот дальше выводом на экран сигнала, а также масштабной сетки и измерением частоты занимается Atmega16A.

Первым делом я сначала решил оценить уровень шумов. Вход не был закорочен, если закоротить, то на экране просто прямая линия. Слева осциллограф просто лежит на столе, справа я приложил руку к корпусу около входного аттенюатора.

Не пугайтесь, на самом деле экран осциллографа выглядит куда красивее, все четко и контрастно.

Просто так как скриншоты осциллограф делать не умеет, то пришлось прибегнуть к «дедовскому способу».

Для начала в качестве генератора я использовал встроенный в мой привычный DS203. Пила и треугольник 20 кГц, соответственно так как видит это обозреваемый и мой, вполне неплохо.

Синус и прямоугольник 20 кГц. Синус совпадает, а вот у прямоугольника сильно завален передний фронт.

Предположу что выше генератор работал в режиме DDS, потому я повысил частоту выше 20кГц, так как в таком режиме точно работает именно генератор прямоугольных импульсов. 200 и 500 кГц. пожалуй я бы сказал что даже неплохо, если бы не то, что на одной осциллограмме завалено одно, на другой — другое. Такое впечатление, что изображение зеркальное. В обоих случаях использовался кабель от DS203, подключаясь поочередно на вход одного и другого осциллографа.

И тут я случайно увидел одну интересную особенность, возможно это ошибка в программе, возможно так задумано, но осциллограф позволяет заметно уменьшить время развертки, чем заявленные 1.5мкс на клетку. Я начал переключать режимы развертки (они идут по кругу) и увеличив время смог растянуть сигнал. Частотомер конечно начал показывать значение «от балды».

Ладно, уже любопытно, подаем 1 МГц.

Слева 1.5мкс, справа «неправильный» растянутый режим.

Подадим 2 МГц.

Ну все думаю, «Бобик сдох», на экране ерунда, в первом режиме не рассмотреть, во втором почти треугольник.

Но я не сдаюсь и подам 4 МГц. Уже и на экране моего осциллографа нечто слабо напоминающее прямоугольник.

А на экране обозреваемого «зверька вообще мрак, но… 1. Исходный сигнал на самой короткой развертке, частотомер работает нормально, отображает поданные 4 МГц. Но на сигнал без слез не взглянешь. 2. Увеличиваем время развертки, как я делал выше, ну что, треугольник. 3. А давайте изменим входной аттенюатор с 1 В на клетку до 0.5 В. О, уже заметно лучше. 4. Ну а теперь еще растянем развертку. Даже на прямоугольник похоже

С другой стороны, выше 4 МГц никто собственно и не обещал.

Следующий эксперимент провел уже в этом режиме, кстати, встроенный частотомер при частоте в 6МГц уже начинает показывать ерунду. Но как оказалось, отображаемая на экране частота все равно кратна реальной частоте входного сигнала. 1. 6 МГц, на экране отображает как 2 кГц, т.е. в 3000 раз меньше. 2. 8 МГц, на экране 2.8 кГц, что также примерно в 3000 раз меньше чем 8 МГц.

Но ведь работает же. У меня создалось впечатление, что каким-то образом выводится не весь реальный сигнал, и сильно разделенный, т.е. из него „вынули“ большую часть и он приобрел вменяемый вид. К сожалению мне особо нечем тестировать на высоких частотах.

Вообще, справедливости ради, сначала я пробовал проводить тесты с другим генератором сигналов.

И я бы не добавлял их в обзор, если бы не некоторые мелочи, которые я заметил в процессе. Для начала сигнал 8 МГц в штатном виде и растянутый, как я делал выше.

Но если его растянуть еще больше, то он приобретает такой вид, возможно кому нибудь данная информация даст почву для размышлений.

А вот так выглядит треугольник и пила, поданная с этого генератора на обозреваемый осциллограф и мой основной. Частота 65кГц.

Раз уж тестирую, то проверю как данный осциллограф работает с более реальными сигналами. Например осциллограмма из одного моего обзора блока питания. правда здесь использовался конденсатор параллельно щупу, как я делал в последних обзорах БП.

Тот же блок питания, примерно та же нагрузка, но с разными параметрами вывода сигнала. Похоже? На мой взгляд да.

Возможно кому-то осциллограмма, которую я показал выше, покажется не очень наглядной, потому я подобрал один из блоков питания, где пульсации имеют более привычный вид. Один и тот же блок питания, слева нагрузка 50%, справа 100%. В обоих случаях осциллограммы совпадают, причем на обозреваемом можно еще растянуть картинку в 2 или 4 раза. Но при этом мой осциллограф работает при минимально возможных 50мВ на клетку, а у обозреваемого можно увеличить чувствительность еще в 5 раз, доведя до 10мВ на клетку. Правда обнаружился и небольшая „особенность“, у одного осциллографа размах пульсации получился больше, чем у другого. Кстати, у обозреваемого значение полного размаха отображается довольно корректно.

Групповое фото, DSO138, обозреваемый и DS203.

В качестве выводов могу сказать, что осциллограф приятно удивил и прежде всего весьма неплохой элементной базой и простотой схемного решения. В плане функционала он конечно проиграет даже DSO138, не говоря о DS203, но вот в плане характеристик он стоит на голову выше чем DSO138 и я бы сказал, что в чем-то он не сильно и хуже моего. Не стоит забывать, что в DS203 применен АЦП с максимальной частотой 40 МГц, а в обозреваемом 60 МГц. Входной аттенюатор построен без хитрых коммутаторов, только лишь на базе самых простых реле, но данное решение работает. Из минусов отмечу то, что режим входа только АС, а не AC/DC, как у DSO138 и DS203. Зато из плюсов простейшее управление, которое к сожалению все равно добавило ложку дегтя в виде некоторых сложностей в работе встроенного триггера, отвечающего за удержание сигнала на экране. Именно про это я писал выше, когда речь шла о кнопке Hold. В некоторых ситуациях осциллограф не может удержать стабильно сигнал на экране и он начинает „дергаться“, при нажатии на кнопку Hold результат получается чаще всего нормальный, просто надо привыкнуть к этому. Самая большая странность, прямоугольник на частоте 20кГц.

В остальном весьма интересный вариант для самых начинающих радиолюбителей, который прост в управлении и позволяет применить его и на практике, например при работе с блоками питания. Кроме того, данный осциллограф продается в корпусе (это и преимущество и недостаток одновременно), а также имеет питание 5 Вольт. Я пробовал питать его от повербанка, работает отлично.

Видеовариант обзора — https://www.youtube.com/watch?v=pNcID30bFwo

Покупал через посредника yoybuy.com, стоимость комплекта около 22 долларов, стоимость доставки зависит от страны, в обзоре указан вес составных частей. Реферальная ссылкадля регистрации, насколько я помню, можно получить бонус 10 долларов от 50. Ссылка не моя, моих бонусов там нет

Ссылка на товар на сайте Таобао.
На этом у меня все, как всегда жду вопросов, надеюсь что обзор был полезен.

Методика измерений

Осциллограф измеряет электрическое напряжение и формирует амплитудный график электрических колебаний. Цифровые приборы могут запоминать полученный график, возвращаться к нему.

Колебания отображаются на экране в двухмерной системе координат (напряжение – вертикальная ось, время – горизонтальная ось), формируя график — осциллограмму. Есть ещё третий компонент исследований – интенсивность сигнала (или яркость).

При отсутствии входных импульсов на экране горизонтальная линия – «нулевая», обозначающая отсутствие напряжения. Как только на вход (или входы) прибора подаётся напряжение, на экране становятся видны один или несколько графиков одновременно (зависит от количества измеряемых сигналов).

График электрических колебаний по форме может представлять собой:

• синусоиду;
• затухающую синусоиду;
• прямоугольник;
• меандр;
• треугольники;
• пилообразные колебания;
• импульс;
• перепад;
• комплексный сигнал.

Для получения стабильного графика колебаний в приборе стоит блок синхронизации. Получить цикличное отображение колебаний можно только после установки значения синхронизации. Оно принимается за «стартовое», служит отправной точкой графика. Все скачки отображаются по отношению к этой точке.

Генераторы развертки. Назначение. Схема. Синхронизация генераторов развертки

Для получения на экране осциллографа неподвижного изображения исследуемого сигнала на вертикальные отклоняющие пластина подается напряженнее линейно изменяющееся во времени (ЛИН). Это напряжение генерируется в электронном осциллографе генератором развертки.

Рис. 2.12. График ЛИН

Для обеспечения неподвижности изображения генератор синхронизируется исследуемым процессом. Типичный график ЛИН показан на рис.2.12. Такое напряжение U(t) характеризуется следующими параметрами:

Длительностью прямого хода Тпр периодом повторения Тр, длительно­стью обратного хода Тобр, временем восстановления. TУ, амплитудой Um и линейностью прямого хода bР:

, (2.16)

В общем случае генераторы развертки осциллографа должны генерировать напряжение с высокой линейностью прямого хода, малым временем обратного хода, иметь малое время восстановления, допускать возможность синхронизации их работы, иметь высокий к.п.д. использования напряжения источника питания.

Генераторы разверток осциллографа делят: по скорости изменения ЛИН – на генераторы медленной развертки (Тр=10с – 20мс); средней скорости развертки (Тр = 0,1с –1мкс) и быстрой развертки (Тр < 1 мкс); по допустимой нелинейности развертки – на точные bР < 5%) и обычные (bР = 10% – 20%);. по способу синхронизации исследуемым процессом на генераторы непрерывной ждущей развертки; по принципу построения на генераторы с параллельным (Рис. 2.13,а) и последовательным (Рис. 2.13,б) включением коммутирующего элемента.

В первой схеме (Рис. 2.13,а) элемент, запасающий энергию элект­рического тока во время прямого хода, заряжается от источника Е, а в течение обратного хода разряжается. Во второй схеме (Рис. 2.13,б) этот элемент во время прямого хода разряжается через разрядную цепь, а во время обратного хода быстро заряжается через коммутирующий элемент. Для синхронизации имеется возможность управлять моментом начала нового периода работы генератора подачей синхронизирующего импульса, например, на коммутирующий элемент.

В настоящее время предложено большое количество схем генераторов ЛИН. Характерным для большинства из них является наличие емкостной интегрирующей цепи. Для получения возможно более линейного напряжения на выходе такого генератора стараются тем или иным способом получить, возможно, более постоянным ток заряда емкости. В этом случае

, (2.17)

если i = const, то UЛИН(t) = U0 ± Kt.

Постоянство зарядного тока можно получить применением высокого по сравнению с Um напряжения для заряда емкости, т. е. использованием для формирования ЛИН только начального участка экспоненциального напряжения (основной недостаток такой схемы – малый к.п.д. использования напряжения источника питания); применением токостабилизирующих двухполюсников и компенсационных методов с использованием положительной и отрицательной обратных связей. В современных осциллографах генераторы ЛИН, построенные по одному из перечисленных способов, управляются прямоугольными импульсами, длительность которых равна ТП. Для этой цели в каждом генераторе развертки имеется управляющее устройство УУ.

ВхоД ВЫХОД

Рис. 2.14. Структурная схема генератора развертки с мультивибратором управления

В схеме УУ (рис.2.14) с мультивибратором в ждущем или автоколебательном режиме он вырабатывает прямоугольные импульсы, которые используются для управления глин. В ждущем режиме мультивибратор запускается короткими импульсами, поступающими от устройства синхронизации и запуска. В непрерывном режиме (периодическая развертка) мультивибратор синхронизируется схемой синхронизации с исследуемым сигналом. Для того, чтобы размах um ЛИН не менялся при переключении длительности развертки в генераторе, одновременно переключают время, задающее элементы мультивибратора и глин.

В схеме УУ с триггером (рис. 2.15) генератор развертки работает в ждущем режиме. Изменяя режим работы УУ с помощью резистора «стабильность», триггер можно превратить в управляющее устройство с одним устойчивым состоянием, которое соответствует прямому ходу развертки, которая в этом случае работает в непрерывном режиме.

Вход Выход

Рис. 2.15. Структурная схема генератора развертки с триггером

Генератор ждущей развертки позволяет устанавливать длительность прямого хода, переключая только времязадающие элементы глин. Длительность импульсов УУ устанавливается автоматически благодаря триггеру. Импульс, поступающий от устройства синхронизации и запуска, переводит триггер из исходного состояния в рабочее. Линейно изменяющееся напряжение глин подается на сравнивающее устройство, выходной сигнал которого в момент достижения ЛИН определенного уровня переводит триггер в исходное состояние, после чего прекращается прямой ход развертки. На выходе триггера образуются прямоугольные управляющие импульсы, длительность которых определяется скоростью развертки. При постоянном уровне сравнения размах um не меняется при переключении времязадающих элементов глин. При этом генератор развертки «блокируется», т. е. Становится нечувствительным к запускающим импульсам.

Для получения на экране осциллографа неподвижного изображения исследуемого сигнала на вертикальные отклоняющие пластина подается напряженнее линейно изменяющееся во времени (ЛИН). Это напряжение генерируется в электронном осциллографе генератором развертки.

Рис. 2.12. График ЛИН

Для обеспечения неподвижности изображения генератор синхронизируется исследуемым процессом. Типичный график ЛИН показан на рис.2.12. Такое напряжение U(t) характеризуется следующими параметрами:

Длительностью прямого хода Тпр периодом повторения Тр, длительно­стью обратного хода Тобр, временем восстановления. TУ, амплитудой Um и линейностью прямого хода bР:

В общем случае генераторы развертки осциллографа должны генерировать напряжение с высокой линейностью прямого хода, малым временем обратного хода, иметь малое время восстановления, допускать возможность синхронизации их работы, иметь высокий к.п.д. использования напряжения источника питания.

Генераторы разверток осциллографа делят: по скорости изменения ЛИН – на генераторы медленной развертки (Тр=10с – 20мс); средней скорости развертки (Тр = 0,1с –1мкс) и быстрой развертки (Тр < 1 мкс); по допустимой нелинейности развертки – на точные bР < 5%) и обычные (bР = 10% – 20%);. по способу синхронизации исследуемым процессом на генераторы непрерывной ждущей развертки; по принципу построения на генераторы с параллельным (Рис. 2.13,а) и последовательным (Рис. 2.13,б) включением коммутирующего элемента.

В первой схеме (Рис. 2.13,а) элемент, запасающий энергию элект­рического тока во время прямого хода, заряжается от источника Е, а в течение обратного хода разряжается. Во второй схеме (Рис. 2.13,б) этот элемент во время прямого хода разряжается через разрядную цепь, а во время обратного хода быстро заряжается через коммутирующий элемент. Для синхронизации имеется возможность управлять моментом начала нового периода работы генератора подачей синхронизирующего импульса, например, на коммутирующий элемент.

В настоящее время предложено большое количество схем генераторов ЛИН. Характерным для большинства из них является наличие емкостной интегрирующей цепи. Для получения возможно более линейного напряжения на выходе такого генератора стараются тем или иным способом получить, возможно, более постоянным ток заряда емкости. В этом случае

, (2.17)

если i = const, то UЛИН(t) = U0 ± Kt.

Постоянство зарядного тока можно получить применением высокого по сравнению с Um напряжения для заряда емкости, т. е. использованием для формирования ЛИН только начального участка экспоненциального напряжения (основной недостаток такой схемы – малый к.п.д. использования напряжения источника питания); применением токостабилизирующих двухполюсников и компенсационных методов с использованием положительной и отрицательной обратных связей. В современных осциллографах генераторы ЛИН, построенные по одному из перечисленных способов, управляются прямоугольными импульсами, длительность которых равна ТП. Для этой цели в каждом генераторе развертки имеется управляющее устройство УУ.

ВхоД ВЫХОД

Рис. 2.14. Структурная схема генератора развертки с мультивибратором управления

В схеме УУ (рис.2.14) с мультивибратором в ждущем или автоколебательном режиме он вырабатывает прямоугольные импульсы, которые используются для управления глин. В ждущем режиме мультивибратор запускается короткими импульсами, поступающими от устройства синхронизации и запуска. В непрерывном режиме (периодическая развертка) мультивибратор синхронизируется схемой синхронизации с исследуемым сигналом. Для того, чтобы размах um ЛИН не менялся при переключении длительности развертки в генераторе, одновременно переключают время, задающее элементы мультивибратора и глин.

В схеме УУ с триггером (рис. 2.15) генератор развертки работает в ждущем режиме. Изменяя режим работы УУ с помощью резистора «стабильность», триггер можно превратить в управляющее устройство с одним устойчивым состоянием, которое соответствует прямому ходу развертки, которая в этом случае работает в непрерывном режиме.

Вход Выход

Рис. 2.15. Структурная схема генератора развертки с триггером

Генератор ждущей развертки позволяет устанавливать длительность прямого хода, переключая только времязадающие элементы глин. Длительность импульсов УУ устанавливается автоматически благодаря триггеру. Импульс, поступающий от устройства синхронизации и запуска, переводит триггер из исходного состояния в рабочее. Линейно изменяющееся напряжение глин подается на сравнивающее устройство, выходной сигнал которого в момент достижения ЛИН определенного уровня переводит триггер в исходное состояние, после чего прекращается прямой ход развертки. На выходе триггера образуются прямоугольные управляющие импульсы, длительность которых определяется скоростью развертки. При постоянном уровне сравнения размах um не меняется при переключении времязадающих элементов глин. При этом генератор развертки «блокируется», т. е. Становится нечувствительным к запускающим импульсам.

Как выбрать

Нужно представлять, в каких целях и как часто будет использоваться прибор, для изучения каких сигналов он предназначен. Учитывайте количество точек для одновременного измерения, одиночность или периодичность колебаний. Иногда используются устройства советского производства. Но получить точную настройку с их помощью трудно.

Количество каналов

По количеству каналов осциллографы могут быть одноканальными, простыми (2-4 канала), продвинутыми (до 16 каналов). Несколько каналов позволяют одновременно анализировать поступающие сигналы.

Тип питания

Прибор с аккумулятором можно брать с собой на выезд. Это удобно для мастеров, которые проверяют оборудование по месту его нахождения. Если выезды не производятся, лучше брать работающий от сети осциллограф, поскольку он стабильнее и надёжнее.

Частота дискретизации

Частота дискретизации важна для измерения однократных и переходных процессов. Чем выше этот параметр, тем более точное изображение сигнала на экране удастся получить.

Полоса пропускания

Для простых исследований цифровых схем и усилителей оптимальная звуковая частота — 25 МГц. Для профессионального измерения нужен прибор, у которого этот параметр — до 200 или даже до 500 МГц. Современные линии связи работают на очень высоких частотах. Частота исследуемых сигналов должна быть в 3-5 раз меньше величины полосы пропускания.

Виды разверток в универсальном осциллографе

Электронно-лучевая трубка представляет собой вакуумную стеклянную колбу, внутри которой размещены электронная пуш­ка, отклоняющие пластины и люминесцентный экран. Электрон­ная пушка состоит из подогреваемого катода К,

модулятора (сет­ки) яркости светового пятна
М,
электродов фокусировки и ускорения электронного луча— фокусирующего анода
А1
уско­ряющего анода
А2
и основного анода
А3.

Структурная схема универсального осциллографа
Яркость свечения люми­нофора ЭЛТ регулируют путем изменения отрицательного на­пряжения на модуляторе М.

Напряжение на первом аноде
А1
фокусирует электронный поток в узкий луч. Чтобы придать элек­тронам скорость, необходимую для свечения люминофора, на второй анод
А2
подают достаточно большое (до 2000 В) положи­тельное напряжение. Для дополнительного ускорения электронов используют анод
А3,
к которому приложено высокое положитель­ное напряжение (до 10… 15 кВ).

Основным назна­чением электронной пушки является формирование узкого электронного пучка, при попадании которого на люминесцентный экран на экране возни­кает светящееся пятно.

Работа отклоняющих систем ЭЛТ: электронный пучок (луч), проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных металлических отклоняющих пластин: вертикально отклоняющих Y

и горизон­тально отклоняющих
X.
Если к отклоняющим пластинам прило­жить напряжение, то между ними будет существовать электриче­ское поле, которое будет вызывать отклонение электронного луча в ту или иную сторону. Когда напряжение приложено к верти­кально отклоняющим пластинам, то пятно будет перемещаться по оси
Y
; если же напряжение приложено к горизонтально откло­няющим пластинам, то световое пятно на экране трубки будет отклоняться вдоль оси
X.
Если сфокусировать электрон­ный луч так, чтобы световое пятно расположилось в центре экра­на ЭЛТ, а затем к пластинам
Y
приложить исследуемый сигнал, а к пластинам
X
— пилообразное напряжение, то под совместным воздействием двух напряжений луч вычертит на экране трубки осциллограмму, отражающую зависимость входного напряжения от времени.

Канал вертикального отклонения луча

служит для передачи на пластины
Y
ЭЛТ исследуемого сигнала
uc(t),
под­водимого к входу
Y.
Канал вертикального отклонения луча со­держит аттенюатор, линию задержки и усилитель
Y.
Аттенюатор позволяет ослабить сигнал
uc(t)
в определенное число раз, а регулируемая линия задержки обеспечивает небольшой временной сдвиг сигнала на пластинах
Y
ЭЛТ относительно начала развер­тывающего напряжения
Ux,
что важно для ждущего режима. Уси­литель
Y
обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах
Y,
доста­точную для значительного отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом
uc(t).
Этот усилитель содержит входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления и парафазный (с противофазными выходными сигналами одинаковой амплитуды) усилитель, обеспечивающий положение светового пятна в центре экрана при отсутствии исследуемых сигналов. Сигнал от калибратора поступает на вход перво­го усилителя для установки заданного коэффициента усиления. Основные характеристики канала вертикального отклонения:

• верхняя граничная частота (порядка 100 МГц и более);

• чувствительность;

• входные сопротивление (1… 3 МОм) и емкость (1… 5 пФ);

• погрешность измерения амплитуды напряжения и интервалов времени — около 5-7 %.

Во входную цепь канала вертикального отклонения включа­ют также коммутируемый разделительный конденсатор, позво­ляющий при необходимости исключить подачу на вход осцилло­графа постоянной составляющей исследуемого сигнала (так называемый «закрытый» вход).

Канал горизонтального отклонения луча

служит для создания горизонтально отклоняющего —
развертывающего
— напряжения
Ux
с помощью напряжения генератора развертки или для передачи (через аттенюатор и усилитель) на пластины
X
исследуемого сигнала, подводимого к входу
X.
Схема синхронизации (и запуска развертки) управляет ге­нератором развертки и обеспечивает кратность периодов иссле­дуемого сигнала и развертки. Для получения неподвижного изображения начало развертки должно быть связано с одной и той же характерной точкой сигнала (фронтом, максимумом ам­плитуды и т.д.). Это достигают синхронизацией напряжения развертки с напряжением сигнала, поэтому период развертки должен быть равен или кратен периоду исследуемого сигнала:

Тразв = пТс,

где
п =
1, 2, 3, 4, … .

Развертка

— линия, которую прочерчивает луч на экране при отсутствии исследуемого сигнала в результате действия только одного
развертывающего напряжения.
Процесс привязки развертки к характерным точкам сигнала называют
синхрониза­цией
в автоколебательном режиме работы генератора и
запуском
— в ждущем. Синхронизацию и запуск развертки производят спе­циальным синхроимпульсом, подаваемым на генератор из устрой­ства синхронизации.

В осциллографе установлены два режима синхронизации: внутренняя (Внут.)

и
внешняя.
При внутренней синхронизации (переключатели
П1 иП2
— в положении
1)
синхроимпульсы вы­рабатывают из усиленного входного сигнала до его задержки. При внешней синхронизации (переключатели
П1
и
П2
— в по­ложении
2)
сигнал синхронизации подают от внешнего источни­ка на специальный вход
X
осциллографа.

Канал горизонтального отклонения характеризуют чувстви­тельностью и полосой пропускания, показатели которых практи­чески раза в два меньше, чем в канале вертикального отклонения. Основным блоком в канале горизонтального отклонения является генератор развертки, работающий в непрерывном или ждущем режиме. К форме пилообразного напряжения генератора предъ­являют ряд специфических требований:

• время обратного хода луча должно быть много меньше вре­мени прямого хода, т.е.

Тобр << Тпр; иначе часть изображения сиг­нала будет отсутствовать;

• напряжение развертки при прямом ходе луча должно быть линейным, иначе электронный луч будет двигаться по экрану трубки с различной скоростью и нарушится равномерность временного масштаба по оси X.

Это может привести к искажению исследуемого сигнала.

Канал управления яркостью

(модуляции луча по яркости) предназначен для подсветки прямого хода луча. Подсветку осу­ществляют передачей с входа Z на управляющий электрод (моду­лятор М) ЭЛТ сигнала, модулирующего поток луча и, следо­вательно, яркость свечения люминофора. В схему этого канала входят: аттенюатор, схема изменения полярности и усилитель Z. Для формирования требуемого уровня напряжения модулятора, служит усилитель Z. Усилитель может иметь дополнительный вход, что дает возможность модуляции изображения по яркости внешним сигналом. Канал Z используют и для создания яркостных меток для измерения частоты и фазы.

Калибратор

— генератор напряжений, формирующий перио­дический импульсный сигнал с известными амплитудой, длитель­ностью и частотой для калибровки осциллографа, т.е. для обес­печения правильных измерений параметров исследуемого сигнала.

Электронно-лучевая трубка

Способ получения сфокусированного луча и принцип управле­ния лучом в осцилло­графе можно пояснить с помощью схемы, пред­ставленной на рис. 5.6. Как уже отмечалось вы­ше, в ЭЛТ совокупность электродов К, М, А1, А2, А3

называют электрон­ной пушкой, которая излучает узкий пучок электронов. Для этого

на электроды подают напряжения, примерные величины которых даны на рис. 5.6.

Основные характеристики ЭЛТ

— чувствительность, полоса пропускания, длительность послесвечения, площадь экрана. Чув­ствительность трубки
ST
=
LT /UT,
где
LT
— отклонение луча на экране трубки под воздействием напряжения
UT,
приложенного к паре отклоняющих пластин. Обычно
S
т составляет 1 мм/В.

С увеличением частоты исследуемого сигнала чувствитель­ность трубки падает. Верхнюю границу полосы пропускания ЭЛТ устанавливают на уровне, где чувствительность составляет при­мерно 0,7 от номинального значения. Для универсальных осцил­лографов широкого использования эта частота достигает 200 МГц. В современных осциллографах часто применяют многолучевые трубки; для этого увеличивают количество электродов. Более экономичным оказывается использование однолучевого осцилло­графа в режиме поочередной подачи двух сигналов на отклоня­ющие пластины (двухканальные осциллографы). За счет эффекта послесвечения трубки и свойств глаза человека на экране наблю­дают одновременное изображение двух сигналов, хотя их и по­дают поочередно.

К световым параметрам ЭЛТ относят:

• диаметр светового пятна, который при оптимальной яркости определяет разрешающую способность ЭЛТ;

• максимальная яркость свечения экрана; зависит от плотности электронного луча и регулируется изменением отрицательного напряжения на модуляторе;

• цвет свечения экрана; чаще всего используют зеленый и желтый цвета, обеспечивающие наименьшую утомляемость глаз;

• время послесвечения; для улучшения визуального восприятия осциллограммы время свечения экрана должно превышать время воздействия на него электронов.

• Если требуется наблюдать процессы с частотой менее 10 Гц, используют экраны с послесвечением средней продолжительно­сти до 100 мс.

Напряжение развертки при прямом ходе луча трубки должно быть линейным, иначе появятся искажения исследуемого сигнала (рис. 5.7, а).

Нелинейность рабочего участка развертки прямого хода луча характеризуют
коэффициентом нелинейности:
физический смысл которого поясняет рис. 5.7, б.

Рис. 5.7. Искажения осциллограммы сигнала:

а

— нелинейность развертки;
б —
— иллюстрации к понятию

коэффициента нелинейности; н — начало развертки; к — конец развертки

Коэффициент нелинейности выражает относительное изме­нение скорости нарастания напряжения в начале и конце рабочего хода развертки; дол­жен быть менее 1 %.

Практически линейную развертку на экране ЭЛТ при ограниченном уровне питаю­щего напряжения Е

можно создать в схемах интеграторов на ОУ (рис. 5.8). Операцион­ный усилитель относится к «идеальным» устройствам — поэтому в схеме ток
i
0 = 0. С уче­том этого равенства токи
iR = uBX/R
и
ic = — CduBЫX /dt.
Приравняв эти токи и полагая
RC
= tа, после несложных преобразований, получим:

т.е. устройство осуществляет линейное интегрирование напряже­ния развертки.

Запоминающие осциллографы

При исследовании одиночных импульсов и периодических сигналов с большой скважностью используют запоминающие ос­циллографы, основой которых являются запоминающие трубки.

Запоминающие

ЭЛТ содержат те же элементы, что и ЭЛТ универсального осциллографа, а также дополнительно оснаща­ются узлом памяти и системой воспроизведения изображения. Узел памяти состоит из двух плоских сеточных электродов, рас­положенных параллельно экрану (рис. 5.9). Непосредственно у экрана находится мишень, покрытая слоем диэлектрика. Поверх мишени помещен другой электрод в виде сетки с более крупной структурой — коллектор.

Изображение записывается электронным лучом высокой энергии (записывающий луч). Электроны луча оседают на мишени, причем количество за­ряда пропорционально току луча. При перемещении луча на мишени создается потенциальный рельеф, повторяющий форму ос­циллограммы. После пре­кращения действия сигнала потенциальный рельеф

мишени сохраняется длительное время. Наблюдать записанное изображение позволяет воспроизводящая система, состоящая из подогреваемого катода К’,

анода
А’2
и модулятора
М’
(см. рис. 5.9). Катод трубки создает поток электронов малой энергии, плотность которого регулируют модулятором
М’.
В результате формируется широкий расфокусированный пучок электронов, равномерно облучающий мишень. Потенциал мишени подобран таким образом, чтобы при отсутствии записанного изображения медленные электроны воспроизводящего пучка не могли через нее пройти. При наличии потенциального рельефа в этих точках мишени часть электронов проходит к экрану, вызывая его све­чение. На экране появляется осциллограмма, повторяющая форму потенциального рельефа мишени. Стирают запись пода­чей на коллектор отрицательного импульса, выравнивающего потенциал мишени.

У запоминающей ЭЛТ выделяют три характерных режима работы:

• наблюдение сигнала без записи изображения; на коллекторе небольшое положительное напряжение Uкол = +

50 В, на мишени нулевой потенциал
U
миш = 0 и она прозрачна для быстро летящих электронов;

• режим записи; Uкол

= + 50 В, на мишень подают положительный потенциал
U
миш= 30 В, и мишень становится менее прозрачна, поэтому быстро летящие электроны выбивают вторичные электроны и создают на мишени положительный потенциальный рельеф, который остается длительное время;

• режим воспроизведения; потенциал мишени снова становит­ся нулевым U

миш
=
0, кроме тех мест, где записан рельеф; мишень облучается широким потоком медленно летящих электронов с воспроизводящей системы, для этого потока мишень прозрачна только в местах рельефа, где записан сигнал.

Запоминающие ЭЛТ характеризуют следующие параметры:

• яркость свечения экрана в режиме воспроизведения регулируют напряжением модулятора системы воспроизведения и может быть высока, так как воспроизведение производится непрерывно;

• время воспроизведения изображения в основном ограничивается устойчивостью потенциального рельефа к ионной бомбардировке; в современных ЭЛТ время воспроизведения может достигать десятков минут;

• время сохранения записи определяют при снятом с ЭЛТ напряжении;

• скорость записи характеризует быстродействие ЭЛТ в режиме запоминания и ее определяют временем, необходимым для создания потенциального рельефа достаточной величины.

Последние модели запоминающих ЭЛТ имеют скорость за­писи сигналов от 2,5 до 4000 км/с.

Матричная индикаторная панель.

Новым отображающим устройством, применяемым в современных осциллографах с ана­лого-цифровым и полностью цифровым преобразованием исследу­емого сигнала, является матричная индикаторная панель. Она пред­ставляет собой совокупность расположенных определенным образом отдельных дискретных излучателей (жидкокристалличе­ских, газоразрядных, твердо­тельных, плазменных и т.д.). На рис. 5.10 показана кон­струкция матричной газораз­рядной панели.

Матричная панель со­держит две стеклянные пла­стины 1, на внешних поверх­ностях которых напылены тонкие проводящие полоски — аноды 2

и катоды
3.
Ано­ды располагают на лицевой пластине, через которую проходит световое излучение, поэтому их делают прозрачными.

Между пластинами помещают диэлектрическую матри­цу 4

с отверстиями, образующими газоразрядные (или другие) ячейки в точках перекрестия электродов. Панель заполняют гелий-неоновой смесью и герметизируют. Изображение исследуемого сигнала воспроизводят поочередным свечением газоразрядных ячеек. Для этого со схемы управления панелью на аноды и катоды пластин подают соответственно положительный и отрицательный импульсы напряжений поджига. Номер анода, на который подают импульс напряжения поджига, определяет строку развертки, а но­мер катода — столбец; на их перекрестии располагается светящая­ся ячейка панели. Такой принцип управления лучом развертки на­зывают
матричным,
на практике его реализуют цифровыми методами и устройствами.

Преимущества матричных индикаторных панелей: малые габа­риты и вес, низкие напряжения питания; в них отсутствуют геомет­рические искажения, светящаяся точка стабильна. Разработаны па­нели с внутренней памятью, способные не только воспроизводить, но и запоминать изображение сигнала. Цифровой принцип управле­ния позволяет достаточно просто совместить изображение сигнала с цифробуквенной индикацией его параметров на одном экране. К не­достаткам матричных индикаторных панелей следует отнести слож­ность схемы управления, сравнительно невысокую разрешающую способность и низкое быстродействие.

Запоминающие цифровые осциллографы.

В последние годы широкое применение в измерительной технике находят запоми­нающие цифровые осциллографы (ЗЦО). Структурная схема ЗЦО приведена на рис. 5.11. Осциллограф может работать в двух ре­жимах. Если сдвоенный переключатель П находится в положении
1,
то схема представляет обычный универсальный осциллограф, а если в положении
2
— то схема работает как ЗЦО.

Рис. 5.11. Структурная схема запоминающего цифрового осциллографа

с входа
Y
подают через аттенюатор на информационный вход аналого-цифрового преоб­разователя (АЦП). Из контроллера (управляющего устройства) на АЦП подаются еще и тактовые импульсы
Ut
с периодом следо­вания
Т.
При поступлении в некоторый момент времени
ti
одно­го из них, АЦП преобразует амплитуду сигнала
u
c(
ti
) в двоичный код
U(ti),
т.е. набор кодовых чисел 0 и 1. В конце такого преобра­зования АЦП выдает на контроллер соответствующий сигнал. При этом цифровой код передают в определенную ячейку запо­минающего устройства (ЗУ).

За время исследования сигнала U(t)

в ЗУ накапливаются ко­ды его амплитуд
U(ti), U
(
ti
+
T
),
U
(
ti
+ 2
T
), и т.д.; там они могут храниться любое время. Для воспроизведения хранимой инфор­мации по команде контроллера из памяти ЗУ коды считывают в требуемой последовательности и заданном темпе и подают на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), который каждый код преобразует в соответствующее ему напряжение. Эти напряжения передают через усилитель на пластины
Y.
Осциллограмма пред­ставляет собой набор светящихся точек.

Достоинства ЗЦО: практически неограниченное время хра­нения информации; широкие пределы скорости ее считывания; возможность замедленного воспроизведения отдельных участков запомненного сигнала; яркие и четкие осциллограммы; возмож­ность обработки информации в цифровом виде на компьютере или с помощью встроенного микропроцессора. Недостаток ЗЦО — из-за сравнительно невысокого быстродействия АЦП боль­шинство осциллографов могут запоминать сигналы, имеющие час­тоту не выше 100 МГц. Электронно-лучевая трубка ЗЦО также име­ет ряд недостатков: большие габариты (длина), высокие питающие напряжения, сравнительно малая долговечность. Поэтому в послед­ние годы в ЗЦО используют матричные газоразрядные и жидкокрис­таллические индикаторные панели.

Цифровые осциллографы

Цифровой осциллограф позволяет одновременно наблюдать на экране сигнал и получать численные значения ряда его пара­метров с большей точностью, чем это возможно путем считыва­ния количественных величин непосредственно с экрана обычного осциллографа. Это возможно потому, что параметры сигнала из­меряют непосредственно на входе цифрового осциллографа, тогда как сигнал, прошедший через канал вертикального отклонения, может быть измерен с существенными ошибками (до 10 %).

На экране современного цифрового осциллографа, помимо собственно осциллограмм, отображается состояние органов управления (чувствительность, длительность развертки и т.п.). Предусмотрен вывод информации с осциллографа на печать и другие функциональные возможности. Однако этим не ограни­чиваются возможности цифровых осциллографов. Сопряжение цифровых осциллографов с микропроцессорами позволяет оп­ределять действующее значение напряжения сигнала и даже вычислять и отображать на экране преобразования Фурье для любого вида сигнала. В устройствах цифровых осциллографов осуществляется полная цифровая обработка сигнала, поэтому в них, как правило, используют отображение на новейших индика­торных панелях.

В цифровых осциллографах отображение результата измере­ния осуществляют тремя способами:

• параллельно с наблюдением изображения сигнала на экране, его численные параметры высвечиваются на табло;

• оператор подводит к изображению сигнала на экране световые метки так, чтобы отметить измеряемый параметр, и по цифре на соответствующей регулировке определяет величину интересующего параметра;

• используют специальные индикаторы и растровый метод формирования изображения исследуемых сигналов и цифровой информации.

Структурная схема цифрового осциллографа содержит: атте­нюатор входного сигнала; усилители вертикального и горизонталь­ного отклонения; измерители амплитуды и временных интервалов; интерфейсы сигнала и измерителей; микропроцессорный контрол­лер; генератор развертки; схему синхронизации и электронно­лучевую трубку.

Технические характеристики

типового современного цифро­вого осциллографа:

полоса пропускания 0… 100 МГц; размер экрана 80 х 100 мм; погрешность цифровых измерений 2… 3 %.

Функциональные возможности:

автоматическая установка размеров изображения; автоматическая синхронизация; разност­ные измерения между двумя метками; автоматическое измерение размаха, максимума и минимума амплитуды сигналов, периода, длительности, паузы, фронта и спада импульсов; вход в канал общего пользования.

Из структурной схемы, видно, что амплитудные и временные параметры исследуемого сигнала определяют с помощью встроенных в прибор измерителей. На основании данных измерений микропроцессорный контроллер производит вычисление требуемых коэффициентов отклоненияи развертки и через интерфейс устанавливает эти коэффициен­ты в аппаратной части каналов вертикального и горизонтально­го отклонения. Это обеспечивает неизменные размеры изобра­жения по вертикали и горизонтали, а также автоматическую синхронизацию сигнала. Микропроцессорный контроллер также опрашивает положение органов управления на передней панели, и данные опроса после кодирования снова поступают в контрол­лер, который через интерфейс включает соответствующий режим автоматического измерения. Результаты измерений индицируют на отдельном световом табло (оно может быть встроено в экран трубки), причем амплитудные и временные параметры сигнала отображают одновременно.

Контрольные вопросы

1. Для каких целей применяют осциллографы?

2. Какие блоки входят в состав структурной схемы универсального осциллографа? Их назначение?

3. Для чего применяют синхронизацию разверток осциллографа?

4. Перечислите основные типы синхронизации.

5. Для каких целей в осциллографах применяют калибраторы амплитуды?

Общие сведения

Наглядное, или визуальное воспроизведение формы колеба­ний является важной задачей радиотехнических измерений, по­скольку форма позволяет сразу оценить многие параметры коле­баний. Одним из основных приборов, служащих для визуального наблюдения и исследования формы электрических сигналов, яв­ляется осциллограф (от лат. «осциллум» — колебание и греч. «графо» — пишу). Большинство современных осциллографов, находящихся в эксплуатации, оснащены электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) и их называют электронно-лучевыми осциллогра­фами. Вместе с тем, в последних разработках осциллографов в качестве отображающих устройств применяют матричные инди­каторные панели — газоразрядные, плазменные, жидкокристал­лические, твердотельные и т.д.

Электронно-лучевой осциллограф

— измерительный прибор для визуального наблюдения в прямоугольной системе координат электрических сигналов и измерения их параметров. С помощью осциллографа наблюдают периодические непрерывные и им­пульсные сигналы, непериодические и случайные сигналы, оди­ночные импульсы и оценивают их параметры. Чаще всего с по­мощью осциллографа наблюдают зависимость напряжения от времени, причем, как правило, осью времени является ось абс­цисс, а ось ординат отражает уровень сигнала. По изображениям, получаемым на экране осциллографа, можно измерить амплиту­ду, частоту и фазовый сдвиг, параметры модулированных сигна­лов и ряд других показателей. На базе осциллографа созданы приборы для исследования переходных, частотных и амплитуд­ных характеристик различных радиотехнических устройств.

Для многих целей разработаны и используют различные ти­пы электронно-лучевых осциллографов: универсальные, скоро­стные, стробоскопические, запоминающие, специальные и т.д. Отличаясь техническими характеристиками, схемными и конст­руктивными решениями, в этих осциллографах используется общий принцип получения осциллограмм. Возможность наблю­дения формы исследуемого сигнала и одновременное измерение его параметров и характеристик выдвигают электроннолучевой осциллограф в разряд универсальных приборов.

Наибольшее распространение получили универсальные ос­циллографы,

позволяющие исследовать электрические сигналы с длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд в диапазоне амплитуд от долей милливольт до сотен вольт, а также измерять параметры таких сигналов с приемлемой для практики погрешностью (5…7 %). Полоса пропускания лучших универ­сальных осциллографов составляет 300.. .500 МГц и более.

Повторяющиеся кратковременные процессы исследуют с помощью стробоскопических осциллографов.

По принципу дей­ствия стробоскопические осциллографы относят к приборам с преобразованием временного масштаба и отличаются высокой чувствительностью и широкой (до 10 ГГц) рабочей полосой.

Запоминающие осциллографы,

имеющие специальные ЭЛТ, обладают способностью сохранять и воспроизводить изображе­ние сигнала в течение длительного времени после исчезновения его на входе. Основное назначение запоминающих осциллогра­фов — исследование однократных и редко повторяющихся про­цессов. Запоминающие осциллографы обладают почти такими же характеристиками, что и универсальные, однако отличаются рас­ширенными функциональными возможностями.

Специальные осциллографы

оснащены дополнительными бло­ками целевого назначения. К ним относятся и телевизионные осцил­лографы, позволяющие наблюдать видеосигнал заданной строки изображения, и цифровые, дающие возможность не только наблю­дать сигнал, но и передать его в цифровом виде на компьютер для дальнейшей обработки. Специальные осциллографы снабжают мультиметрами, позволяющими измерять напряжения, силу токов и сопротивления, а также устройствами для исследования вольтамперных характеристик полупроводниковых приборов.

По числу одновременно наблюдаемых на экране ЭЛТ сигна­лов различают одноканальные

и
многоканальные осциллографы.
Совмещение на экране изображений нескольких входных сигна­лов реализуют или использованием специальной многолучевой трубки, или путем периодического переключения сигналов на разные входы с помощью электронного коммутатора.

Универсальные осциллографы

Рассмотрим упрощенную структурную схему универсально­го осциллографа, приведенную на рис. 5.1. В схеме этого осцил­лографа кроме ЭЛТ можно выделить следующие функциональ­ные блоки: каналы вертикального и горизонтального отклонений, устройство синхронизации изапуска развертки, канал модуляции луча, вспомогательные устройства, источник питания. В осцил­лографе исследуемый электрический сигнал подают через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систе­му ЭЛТ, а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляют напряжением горизонтальной развертки.

Электронно-лучевая трубка представляет собой вакуумную стеклянную колбу, внутри которой размещены электронная пуш­ка, отклоняющие пластины и люминесцентный экран. Электрон­ная пушка состоит из подогреваемого катода К,

модулятора (сет­ки) яркости светового пятна
М,
электродов фокусировки и ускорения электронного луча— фокусирующего анода
А1
уско­ряющего анода
А2
и основного анода
А3.
Структурная схема универсального осциллографа

Яркость свечения люми­нофора ЭЛТ регулируют путем изменения отрицательного на­пряжения на модуляторе М.

Напряжение на первом аноде
А1
фокусирует электронный поток в узкий луч. Чтобы придать элек­тронам скорость, необходимую для свечения люминофора, на второй анод
А2
подают достаточно большое (до 2000 В) положи­тельное напряжение. Для дополнительного ускорения электронов используют анод
А3,
к которому приложено высокое положитель­ное напряжение (до 10… 15 кВ).

1Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы:

Настройка осциллографа

Перед использованием нового устройства проводится его калибровка с помощью находящихся на корпусе генератора прямоугольных импульсов. Сигнальный щуп подключают к калибровочному выходу, при этом на экране появляется «пила» — зигзагообразная линия. Нужно проверить работу всех функций и регуляторов.

Сейчас осциллографы регулярно используют в сфере электроники. Есть большой выбор устройств, позволяющих наблюдать за параметрами электрических колебаний. Без осциллографа не обойтись ни инженеру-профи, ни рядовому любителю радиоэлектроники.

Построение входного аттенюатора

Второе, и пожалуй главное, что хотелось бы пояснить, построение входного аттенюатора (делителя). Не все понимают (наблюдение из практики), что входной аттенюатор не создает предыскажения для последующего усилителя, ОН САМ ЯВЛЯЕТСЯ ИСТОЧНИКОМ ИСКАЖЕНИЙ.

Завал, всплеск — во многом его «заслуга». Если посмотреть внешним прибором, что происходит во входных цепях осциллографа, то выяснится, что большая часть искажений появляется именно благодаря входному делителю. А вот конденсаторы в нем как раз и служат для настройки. Убрать все эти скругления и всплески.

Усилители тоже имеют собственные искажения, которые могут быть заметны на осциллограмме, но их гораздо меньше, при правильно построенном усилителе.

Отсюда вывод – входной аттенюатор не может быть полноценным если КАЖДАЯ ЕГО СТУПЕНЬ не имеет собственных цепей частотной коррекции.

Т.е. входной аттенюатор, построенный по схеме

(Я приводил ее ранее) Может быть нормально отстроен (пример на картинке)

(углы прямоугольных импульсов достаточно ровные) только на одном из диапазонов (положений переключателя S1)

На двух других при этом мы будем наблюдать это

Или это

Проблема этой схемы в том, что конденсатор С1, установленный параллельно резистору R1, будет настроен на одно конкретное положение переключателя.

Отстраивать его заново каждый раз когда мы переключаем диапазоны никто не станет да и неудобно это. Не говоря уж о том, что его величина может изменяться на два порядка, т.е. без перепайки не обойтись.

Не готов полностью исключить, что в каких то случаях нормальная настройка возможна, но мне это не удавалось. Ни теоретически (на симуляторах), ни практически. Кроме того из опыта, входные аттенюаторы построенные по одной схеме, с использованием деталей из одной партии, работающие на ОУ одного типа, вовсе не обязательно будут иметь одинаковую емкость конденсаторов частотной коррекции. Т.е. рассчитывать, что именно вам вот сейчас повезет не стоит.

Разная емкость монтажа, немного разные параметры ОУ (технологический разброс есть всегда), разные щупы для осциллографа (Это тоже важно упомянуть. Осциллограф надо настраивать с «родными» щупами).

Поэтому единственно нормальный путь для построения входных цепей это следовать принципам, заложенным в схему 2

Важное отличие состоит в том, что переключается не только нижний резистор делителя, нижнее плечо, как я обычно говорю, но и верхнее.

Т.е. требуется переключатель с ДВУМЯ ГРУППАМИ КОНТАКТОВ. И по сути это несколько разных и независимых друг от друга делителей. И мы переключаем их полностью, исключая таким образом влияние друг на друга.

И только этот способ способен гарантированно обеспечить возможность настройки в любом положении переключателя.

Те, кто читал предыдущие части моих обзоров наверное удивлены, для чего я повторяю часть картинок и часть информации.

А дело в том, что уже столкнулся с использованием ущербных схем входного делителя в самоделках людьми, точно прочитавшими предыдущие части, специально этому посвященные.

Ущербный входной аттенюатор уже погубил несколько серьезных и интересных разработок, которые мне попадались. Он погубил и некоторые из выпускаемых промышленностью осциллографов начального уровня для радиолюбителей. Так быть не должно.

Важно уяснить, нормальный входной аттенюатор ОБЯЗАТЕЛЬНО имеет переключение с двумя группами контактов.