Электронные осциллографы.

Электронные осциллографы (ЭО) предназначены для визуального наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов. Достоинствами осциллографов является широкий частотный диапазон, высокая чувствительность и большое входное сопротивление. Большое распространение получили универсальные осциллографы для периодических и непериодических сигналов непрерывного и импульсного характера в широком диапазоне частот. В основе работы любых электронных осциллографов лежит преобразование исследуемых сигналов в видимое изображение, получаемое на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Упрощенная функциональная схема осциллографа представлена на рис. 1.22.

Рис. 1.22.

Помимо электронно-лучевой трубки в схеме осциллографа можно выделить следующие основные части:

- входной делитель напряжения (ВхД);

- усилитель вертикального отклонения (УВО), включающий в себя линию задержки (ЛЗ), предварительный (ПУ) и выходной усилители (ВУ);

- блок синхронизации (БС);

- формирователь импульсов запуска (ФИЗ);

- генератор развертки (ГР);

- генератор импульсов подсветки (ГИП);

- усилитель горизонтального отклонения (УГО);

- калибраторы амплитуды и длительности (КА и КД).

Исследуемый сигнал подается на вход Y канала вертикального отклонения (ключ П₁ в положении 1). Входной делитель обеспечивает минимальное влияние ЭО на исследуемый объект и возможность регулирования его чувствительности. Далее сигнал попадает в УВО, коэффициент усиления которого определяет предельную чувствительность ЭО. Основное усиление УВО обеспечивается предварительным усилителем ПУ, а выходной усилитель ВУ служит для получения управляющего напряжения, подаваемого на Y пластины ЭЛТ. При подаче переменного напряжения на вход Y электронный луч на экране ЭЛТ вычерчивает вертикальную линию.

Канал X ЭО может работать в двух режимах: развертки и усиления сигнала, поданного на вход Х (положение 1 и 2 переключателя П₂). В положении 2 переключателя П₂ на экране ЭЛТ получается график зависимости сигнала Y от сигнала Х, т.е. Y = f(X). Положение 1 соответствует режиму развертки, когда напряжение с генератора развертки ГР через усилитель горизонтального усиления УГО подается на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ.

Режим развертки предназначен для представления исследуемого напряжения как функция времени, для чего необходимо смещать (развертывать) луч по горизонтальной оси с постоянной скоростью. Для этого на Х-пластины подается линейно-нарастающее (“пилообразное”) напряжение, вырабатываемое ГР. Исследование сигналов в широком диапазоне частот обеспечивается переключением частоты пилообразного напряжения. Выходное напряжение ГР усиливается УГО до значения, необходимого для получения изображения требуемого размера. Для того, чтобы на время обратного хода луча не вычерчивалась линия на экране ЭЛТ, его гасят на это время подачей отрицательного импульса на модулятор ЭЛТ, снимаемого с блока ГИП. Для получения устойчивого изображения период напряжения развертки должен быть кратен периоду исследуемого сигнала. Для этого в ЭО применяется процесс принудительной генерации ГР напряжения с периодом, равным или кратным частоте исследуемого сигнала (синхронизация). Синхронизация работы генератора развертки осуществляется с помощью переключателя П₃. В положении 1 П₃ синхронизация ГР осуществляется исследуемым сигналом с помощью блока синхронизации БС (“внутренняя синхронизация”). В ЭО предусматривается также возможность запуска ГР от внешнего источника (“внешняя синхронизация”) с помощью блока ФИЗ.

Генератор развертки имеет два основных режима работы: непрерывной и ждущей развертки (положения “Ж” и “Н” переключателя П₄). Режим непрерывной (периодической) развертки используется при исследовании непрерывных или импульсных периодических процессов. ГР в этом случае работает в автоколебательном режиме. Ждущий режим ГР используется при исследовании непериодических сигналов, импульсов с большой скважностью Q = T/tu, измерении фронтов импульсов и т.д. При этом ГР вырабатывает только один период развертывающего напряжения с приходом исследуемого импульса или внешнего синхронизирующего импульса с блока ФИЗ. Так как из-за инерционности ГР возможно запаздывание начала развертки относительно исследуемого сигнала, в блоке вертикального отклонения имеется линия задержки ЛЗ, осуществляющая задержку сигнала, подаваемого на пластины Y осциллографа на время, большее задержки начала напряжения развертки.

В некоторых осциллографах есть вход Z, который соединен с модулятором ЭЛТ. Подавая импульсы напряжения на этот вход, можно модулировать (изменять) яркость свечения изображения на экране, что позволяет отмечать характерные точки на изображении.

Для измерения амплитудных и временных параметров сигналов на экране ЭЛТ используются калибраторы амплитуды (КА) и длительности (КД), позволяющие контролировать и устанавливать номинальные значения коэффициентов отклонения (чувствительности) по вертикали и коэффициентов развертки (по горизонтали).

По точности воспроизведения формы сигнала и точности измерения временных интервалов и амплитуд напряжения электронные осциллографы согласно ГОСТ 22737-77 разделяются на классы точности (I, II,III, и IV). Основная предельная погрешность измерения для ЭО I класса точности не превышает 3%, II - 5%, III - 10%, IV - 12%.