Меню

Rc генераторы упрощенная структурная схема универсального осциллографа

Rc генераторы упрощенная структурная схема универсального осциллографа

Конспект лекции: Универсальные осциллографы

В настоящее время широко используются универсальные осциллографы, с помощью которых можно регистрировать непрерывные и импульсные процессы, исследовать пачки импульсов.

Универсальные осциллографы делятся на приборы с моноблочной конструкцией и приборы со сменными блоками.

Независимо от типа осциллографа в его структуре выделяют следующие основные узлы:

  • — узел электронно-лучевой трубки (ЭЛТ);
  • — усилитель отклонения лучей;
  • — генераторы разверток;
  • — узел синхронизации;
  • — вспомогательные устройства, которые служат для улучшения метрологических характеристик и автоматизации работы осциллографа;
  • — узлы питания и регулирования.

Структурная схема синхронизации и запуска:

Устройство синхронизации и запуска развертки, преобразует различные по форме и величине сигналы в стандартные импульсы и позволяет выбрать для запуска развертки момент времени, соответствующий определенному уровню входного сигнала.

С помощью переключателя входа выбирается синхронизирующий сигнал, компаратор определяет момент запуска развертки. Сигнал с усилителя поступает на формирователь импульсов, формирующий запускающий сигнал с крутым передним фронтом, независимо от параметров входного сигнала.

К параметрам входа канала синхронизации предъявляются менее жесткие требования, чем к параметрам входа Y или X-каналов.

Структурная схема универсального осциллографа:

Исследуемый сигнал, поступая на вход канала Y, усиливается и преобразуется в симметричный. Применение симметричного выхода в усилителях осциллографа необходимо для уменьшения специфических искажений сигнала, появляющихся в связи с наличием емкости отклоняющих пластин, а также влияния на скорость движения электронов в трубке среднего потенциала пластин.

Для изменения калиброванного коэффициента отклонения на входе канала Y установлен входной делитель — аттенюатор. При переключении аттенюатора калиброванный коэффициент усиления изменяется в 2 или 2,5 раза при неизменном сопротивлении входа осциллографа.

В предварительном усилителе канала Y предусмотрена плавная регулировка усиления и перемещения изображения по вертикали. Входной каскад усилителя совместно с аттенюатором должен обеспечить малое влияние осциллографа на исследуемый объект, т. е. должен иметь большое входное сопротивление, малую входную емкость и способность пропускать все частоты входного сигнала.

В канале Y имеется линия задержки, которая задерживает входной сигнал на время задержки работы генератора ждущей развертки. Это позволяет получить на экране осциллографа полное изображение процесса, включая даже его самый начальный момент и получить устойчивое изображение импульсного процесса с любыми пара¬метрами.

При изучении входных сигналов с большой постоянной составляющей вход осциллографа можно сделать закрытым. Разделительный конденсатор включается переключателем SA1.

На горизонтально отклоняющие пластины трубки поступает вырабатываемое генератором развертки пилообразное напряжение, усиленное усилителем горизонтального отклонения луча (канал X). Регулирование усиления этого усилителя позволяет изменять масштаб изображения по горизонтали и калибровать коэффициент развертки.

В зависимости от характера исследуемых сигналов генератор развертки может работать в непрерывном и ждущем режимах (положение Ж и Н переключателя SA 2)Чтобы изображение на экране осциллографа было неподвижным и стабильным, необходима синхронизация генератора развертки исследуемым процессом. Для этого на генератор развертки подают короткие синхронизирующие импульсы, сформированные из исследуемого сигнала в устройстве синхронизации и запуска развертки (положение 1 SA5)

Синхронизацию непрерывной и ждущей разверток можно осуществлять и от внешних источников сигнала (положение 2SA5).При этом устройство запуска развёртки нормализует синхронизирующий сигнал, превращая его в импульсы с постоянным фронтом.

Чтобы иметь возможность получения изображения функциональной зависимости двух величин, предусмотрена возможность отключения генератора развертки от усилителя X и подачи на его вход внешнего сигнала (положение 2 SA3).

При осциллографировании быстрых процессов изображение сигнала неяркое. Для того, чтобы обеспечить возможность его наблюдения и фотографирования, приходится форсировать режим работы трубки осциллографа. Для этого в осциллографе предусмотрено устройство управления лучом по яркости (вход позволяющее резко увеличить яркость луча при прямом ходе развертки и исключить возможность прожога экрана трубки во время отсутствия сигнала на входе осциллографа.

С целью улучшения метрологических характеристик осциллографа в него вводятся калибраторы амплитуды и длительности. Калибратор амплитуды представляет собой источник сигнала с известной амплитудой. Этот сигнал подаете на вход осциллографа (положение 2 SA4) или на пластины трубки и позволяет отградуировать в единицах напряжения канал Y осциллографа.

Калибратор меток времени представляет собой стабильный генератор электрических колебаний. Его сигнал подается на усилитель канала вертикального отклонения. Период повторения этого сигнала используется в качестве калибровочных интервалов времени; функции калибраторов могут быть совмещены в одном генераторе.

Внимание! Каждый электронный конспект лекций является интеллектуальной собственностью своего автора и опубликован на сайте исключительно в ознакомительных целях.

Источник

Структурная схема универсального осциллографа

Универсальным осциллографомназывается измерительный прибор, в котором исследуемый электрический сигнал подается через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систему электронно-лучевой трубкиЭЛТ), а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляется напряжением горизонтальной развертки (ГОСТ 22737-77).

Упрощенная структурная схема универсального осциллографа изображена на рис. 6.1. В осциллографе кроме ЭЛТ и каналов вертикального и горизонтального отклонений можно выделить следующие функциональные блоки: устройство синхронизации и запуска развертки, канал модуляции луча, вспомогательные устройства, источник питания. В стеклянном баллоне ЭЛТ расположены подогревный катод К, модулятор (сетка) М, фокусирующий анод А ь ускоряющий анод А2 и две пары, взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин: X — горизонтальные, Y—вертикальные.

Канал вертикального отклонения луча. На рис. 6.1 показан канал вертикального отклонения луча, состоящий из аттенюатора, линии задержки и усилителя. Канал Y служит для передачи на пластины Y исследуемого сигнала ис(г), подводимого ко входу Y. Аттенюатор канала позволяет ослабить сигнал uc(t) в определенное число раз, а линия задержки (она регулируемая) обеспечить его подачу на пластины Y с задержкой относительно начала горизонтально развертывающего напряжения Ux. Усилитель обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах У, достаточную для значительного отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом uc(t).

В свою очередь, усилитель Y канала вертикального отклонения включает следующие звенья (на рис. 6.1 не показаны): входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления Кус, линию задержки и парафазный (с противофазными выходными сигналами) усилитель, обеспечивающий положение светового пятна в центре экрана при отсутствии исследуемых сигналов. В канал вертикального отклонения луча может также входить калибратор амплитуды (на рис. 6.1 не показан). Сигнал от калибратора поступает на вход первого усилителя для установки за­данного коэффициента усиления Aryct. При этом цена деления

где UK — напряжение калибратора; Кус[ — коэффициент усиления усилителя при одном положении регулировки; ик — число делений сетки, занятое изображением калибровочного сигнала.

Цена деления масштабной сетки с учетом коэффициента деления кд аттенюатора сд = скд. Если в процессе работы параметр с остается постоянным, то величина сд может быть указана на дискретном переключателе аттенюатора, что и делается на практике. Основные характе­ристики канала вертикального отклонения — верхняя граничная частота порядка 100 МГц и чувствительность Sy = кд KycSmp; при кд 1 чувствительность около 1 мм/мВ.

Канал горизонтального отклонения луча— канал X — 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 ко входу X осциллографа. Схема синхронизации вырабатывает сигнал синхронизации, поступающий на генератор развертки (для получения четкой неподвижной осциллограммы). Усилитель канала X усиливает и преобразует сигнал развертки £/р в Ux.

Канал горизонтального отклонения характеризуется чувствительностью и полосой пропускания, которые раза в два меньше, чем в канале вертикального отклонения. Основной блок в канале — генератор развертки, работающий в непрерывном или ждущем режиме. К форме пилообразного напряжения генератора предъявляется ряд требований:

— время обратного хода луча должно быть много меньше времени прямого хода Го6р « Гпр. В противном случае часть изображения сигнала будет отсутствовать;

— для того чтобы изображение на экране было неподвижным, осцил­лограмма должна начинаться всегда с одной и той же точки экрана и фазы сигнала. Это достигается синхронизацией напряжения развертки с напряжением сигнала, поэтому период развертки должен быть равен или кратен периоду исследуемого сигнала: Гразв = пТс, гдеп = 1, 2, 3, 4. ;

— напряжение развертки при прямом ходе луча должно быть линейным, иначе луч будет двигаться по экрану с различной скоростью и нарушится равномерность временного масштаба по оси X. Это может привести к искажению сигнала.

Канал Z(канал управления яркости) осциллографа служит для передачи со входа Z на управляющий вход ЭЛТ сигнала, модулирующего ток ее луча и, следовательно, яркость свечения люминофора. В схему этого канала входят: аттенюатор, схема изменения напряженности и усилитель Z.

Калибратор— устройство формирующее периодический импульсный сигнал с известными амплитудой, длительностью и частотой для калибровки осциллографа, т.е. для обеспечения правильных измерений параметров исследуемого сигнала.

Источник

Структурная схема универсального осциллографа

Тема 10. Исследование формы сигналов

Лекция 20. Основные сведения

В настоящее время для анализа формы сигнала чаще всего используют осциллографы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) — электронно-лучевые осциллографы. Эти измерительные приборы относятся к наиболее универсальным и предназначены для визуального наблюдения электрических сигналов и измерения их параметров. В настоящее время разработаны и используются различные типы ЭЛО: универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие, специальные.

Самыми распространенными являются универсальные осциллографы. Они позволяют исследовать широкий класс электрических сигналов с длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд, в диапазоне от долей милливольт до сотен вольт. Полоса пропускания частот современных универсальных осциллографов составляет 300…400МГц. Изображение сигнала на экране отображается практически одновременно с появлением сигнала на входе, поэтому такие приборы называются осциллографами реального времени.

Для исследования быстро протекающих процессов (например, нано- и пикосекундной длительности) применяются скоростные осциллографы, основным узлом которых служит специальная ЭЛТ бегущей волны. В скоростных осциллографах, как правило, предварительное усиление входного сигнала не производится, поэтому их чувствительность невелика. Эти приборы также являются осциллографами реального времени, которые дают возможность наблюдать и фотографировать как одиночные, так и периодические сигналы.

Повторяющиеся кратковременные процессы исследуются с помощью стробоскопических осциллографов. По принципу действия эти осциллографы относятся к приборам с преобразованием временного масштаба и отличаются высокой чувствительностью и широкой (до 25ГГц) рабочей полосой частот.

Запоминающие осциллографы, в которых используются специальные ЭЛТ, обладают способностью сохранять и воспроизводить изображение сигнала в течение длительного времени после снятия сигнала со входа осциллографа. Основным назначением запоминающих осциллографов является исследование однократных и редко повторяющихся временных процессов.

Специальные осциллографы оснащаются дополнительными блоками целевого назначения. К этой группе осциллографов относятся и телевизионные осциллографы, позволяющие выделять видеосигнал заданной строки изображения, и цифровые осциллографы, дающие возможность не только наблюдать сигнал, но и передавать его в цифровом виде на компьютер для дальнейшей обработки. Специальные осциллографы снабжаются блоками измерения напряжений, токов и сопротивлений (мультиметрами), а также устройствами для исследования вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов.

По числу одновременно наблюдаемых на экране сигналов осциллографы подразделяются на одно- и многоканальные. Совмещение на экране изображений нескольких входных сигналов достигается или использованием специальной многолучевой трубки, или путем периодического переключения осциллографа на разные входы с помощью электронного коммутатора.

Структурная схема универсального осциллографа

Универсальным осциллографом называется измерительный прибор, в котором исследуемый электрический сигнал подается через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систему ЭЛТ, а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляется с помощью напряжения горизонтальной развертки.

Упрощенная структурная схема универсального осциллографа представлена на (рис. 10.1). В осциллограф кроме ЭЛТ и каналов вертикального и горизонтального отклонений входят следующие функциональные блоки: устройствосинхронизации и запуска развертки, канал модуляции — KM луча, вспомогательные устройства и источник питания. В стеклянном баллоне ЭЛТ расположены подогревный катод — K, модулятор (сетка) — M, фокусирующий анод — A1, ускоряющий анод — A2, две пары взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин, где X — горизонтальные, а Y — вертикальные пластины.

Канал вертикального отклонения лучаY включает в себя аттенюатор, линию задержки и усилитель (см. рис. 10.1). Канал Y служит для подачи на пластины Y исследуемого сигнала uc(t), который подается на вход Y. Аттенюатор канала предназначен для ослабления сигнала uc(t) в определенное число раз. Линия задержки является регулируемой и обеспечивает подачу сигнала на пластины Y с задержкой относительно начала горизонтально развертывающего напряженияUx. Усилитель обеспечивает получение амплитуды сигнала на пластинах Y, достаточной для требуемого отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом uc(t).

В свою очередь усилитель Y канала вертикального отклонения включает в себя следующие звенья (на рис. 10.1 они не показаны): входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления — Kус, линию задержки и парафазный (с противофазными выходными сигналами) усилитель, обеспечивающий положение светового пятна в центре экрана при отсутствии исследуемых сигналов. В канал вертикального отклонения луча также может входить калибратор амплитуды (на рис. 10.1 он не показан). Сигнал от калибратора поступает на вход первого усилителя для установки заданного коэффициента усиления — Kус1. При этом цену деления, B/дел., масштабной сетки на экране осциллографа можно определить по формуле

m = ,

где UK — напряжение калибратора; Kус1 — коэффициент усиления при одном положении регулировки усилителя; nK — число делений сетки, занятое изображением калибровочного сигнала.

Цена деления масштабной сетки с учетом коэффициента деления kд аттенюатора cд = ckд. Если в процессе работы параметр c остается постоянным, то величина cд может быть указана на дискретном переключателе аттенюатора, что и делается на практике. Основными характеристиками канала вертикального отклонения являются верхняя граничная частота порядка 100МГц и чувствительность

где Syc — чувствительность усилителя.

При kд = 1 чувствительность составляет около 1мм/мВ.

Канал горизонтального отклонения лучаX служит для создания горизонтально отклоняющего — развертывающего напряженияUx с помощью напряжения генератора развертки и для передачи (через аттенюатор и усилитель) на пластины Xисследуемого сигнала. Схема синхронизации обеспечивает формирование сигнала синхронизации, поступающего на генератор развертки (для получения четкой неподвижной осциллограммы). Усилитель канала усиливает и преобразует сигнал разверткиUp в Ux.

Канал горизонтального отклонения характеризуется чувствительностью и полосой пропускания частот, которые в два раза меньше, чем в канале вертикального отклонения. Основным блоком в канале является генератор развертки, который может работать как в непрерывном, так и в ждущем режиме. К форме пилообразного напряжения генератора предъявляются следующие требования:

Oвремя обратного хода луча должно быть много меньше, чем время прямого хода, т.е. Tобр

Oдля того чтобы изображение на экране было неподвижным, осциллограмма должна начинаться всегда с одной и той же точки экрана и фазы сигнала. Это достигается путем синхронизации напряжения развертки с напряжением сигнала, поэтому период развертки должен быть равен или кратен периоду исследуемого сигнала:

где n = 1, 2, 3, 4 и т.д.; Tc — период сигнала;

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

КаналZ (канал управления яркостью) осциллографа служит для передачи с входа Z на управляющий вход ЭЛТ сигнала, который модулирует ток ее луча и, следовательно, яркость свечения люминофора. В состав этого канала входят: аттенюатор, схема изменения напряженности и усилитель Z.

Калибратор предназначен для формирования периодических импульсных сигналов с известной амплитудой, длительностью и частотой для калибровки осциллографа. Таким образом, обеспечиваются правильные измерения параметров исследуемого сигнала.

Виды разверток в осциллографе. Одним из основных узлов осциллографа является электронно-лучевая трубка, выходными элементами которой служат две пары пластин. Пластины с помощью специальной развертки отклоняют луч в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Развертка имеет вид линии, которую чертит луч на экране при отсутствии исследуемого сигнала в результате действия только одного развертывающего напряжения. Если развертывающее напряжение приложено к одной паре отклоняющих пластин (обычно к пластинам X), то развертку называют по форме развертывающего напряжения, например линейной или синусоидальной. Если развертывающие напряжения приложены к отклоняющим пластинам X и Y трубки осциллографа одновременно, то название развертки дается по ее форме, например круговая или эллиптическая.

Наиболее широко используется линейная развертка, создаваемая пилообразным напряжениемUp генератора развертки. Для обеспечения различных режимов работы осциллографа существуют несколько видов разверток. Рассмотрим некоторые из них.

Автоколебательная развертка представляет собой развертку, при которой генератор развертки периодически запускается при отсутствии сигнала запуска на его входе.

Ждущей называется развертка, при которой генератор развертки запускается только с помощью сигнала запуска.

Однократная развертка — это развертка, с помощью которой генератор развертки запускается только один раз с последующей блокировкой.

При подаче на горизонтально отклоняющие пластины напряжения Ux пилообразной формы (рис. 10.2) сфокусированный электронный луч под воздействием этого напряжения перемещается слева направо в интервале Tпр (точки 0, 1, 2 — длительность прямого хода луча) и справа налево в интервале Tобр (точки 2, 3 — длительность обратного хода луча). При этом скорость движения луча в обратном направлении много больше (обычно луч при этом гасится), чем в прямом направлении.

С помощью напряжения развертки, подаваемого на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ (пластины X) осциллографа, на экране можно наблюдать исследуемый сигнал, поступающий на пластины Y и изменяющийся во времени, т.е. развернутый во времени.

Автоколебательная развертка применяется для исследования периодических сигналов, а также импульсных сигналов с небольшой скважностью

Q = .

Она также используется при внутренней синхронизации. Пример применения автоколебательной развертки представлен на (рис. 10.3). На схеме (рис. 10.3 а) показаны исследуемый сигнал Uc и развертывающее синхронное напряжение Up, а на схеме (рис. 10.3 б) — наблюдаемая осциллограмма на экране.

Автоколебательная разверткане обеспечивает визуализацию непериодических сигналов и практически бесполезна при наблюдении периодических импульсных сигналов с большой скважностьюQ (это связано с тем, что передний и задний фронты импульса почти сливаются). В этих случаях необходимо использовать ждущую развертку.

Схема принципа действия ждущей развертки представлена на (рис. 10.4 а). Здесь генератор развертки запускается при поступлении импульсов Uc. Если длительность развертки, равная t2 – t1, соизмерима с длительностью исследуемого импульса, то его изображение на экране отображается в полной мере. Для улучшения отображения сигналов в осциллографах начало ждущей развертки несколько задерживается относительно фронта (переднего скачка) импульса Uc. Это особенно важно, если фронт импульса очень короткий. В этом случае он может не отобразиться на осциллограмме. Для наблюдения короткого фронта сигнала Uc его задерживают по времени в каналеY с помощью линии задержки (на рис. 10.4 она изображена в виде штриховых импульсов Uc). Осциллограмма такой развертки также изображена штриховой линией на экране (рис. 10.4 б).

Однократная развертка применяется при фотографировании с экрана осциллографа неповторяющихся сигналов. В этом режиме генератор развертки запускается исследуемым сигналом только один раз.

Рассмотрим получение на экране ЭЛТ круговой развертки. Для этого на пластины Y надо подать синусоидальный сигнал

а на пластины X — аналогичный по форме сигнал, но задержанный по времени на четверть периода (по фазе на ? = 90°), т.е. сигнал

Схема осциллограммы круговой развертки представлена на (рис. 10.5 а), а вид круговой развертки на экране осциллографа — на (рис. 10.5 б).

Под действием напряжений развертки UY и UX луч формирует на экране осциллографа окружность за время, равное периоду T. Положение луча на экране в момент времени t = 0 отмечено точкой 0, а в момент t1, — точкой 1 и т.д. Если амплитуды сигналов UY, UXне равны, то получается эллиптическая развертка, т.е. на экране будет сформирован эллипс. Например, при UYUX большая ось эллипса располагается по горизонтали, а малая — по вертикали.

Электронно-лучевая трубка. Способ получения сфокусированного луча и процесс управления лучом можно пояснить с помощью схемы, представленной на (рис. 10.6). Простейшая однолучевая трубка является вакуумным стеклянным баллоном, в котором расположены: подогревный катод K; модулятор (сетка) M; фокусирующий анод A1; ускоряющий анод A2; две пары взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин, где X — горизонтальные и Y — вертикальные пластины. Внутренняя поверхность дна баллона (экран) покрыта люминофором, светящимся под действием бомбардировки электронами. Совокупность электродов K, M, A1 и A2 называется электронной пушкой, которая испускает узкий пучок электронов. Для этого на электроды подаются напряжения, примерные величины которых приведены на (рис. 10.6).

Электронное облако, имеющееся около нагретого катода, под воздействием высокого потенциала анода A2 ускоряется и устремляется к экрану. Интенсивность электронного луча регулируется потенциалом сетки M, а его фокусировка — анодом A1.

Основными характеристиками ЭЛТ являются чувствительность, полоса пропускания частот, длительность послесвечения и площадь экрана.

Чувствительность трубки определяется по формуле

ST = ,

где LT — отклонение луча на экране трубки под воздействием напряжения UT, приложенного к паре отклоняющих пластин. Обычно чувствительность ST составляет около 1мм/В.

С увеличением частоты исследуемого сигнала чувствительность трубки падает. Верхняя граница полосы пропускания частот ЭЛТ устанавливается на уровне, где чувствительность составляет примерно 0,7 номинального значения. Для универсальных осциллографов широкого использования эта частота достигает 100МГц.

В современных осциллографах часто применяются многолучевые трубки, в которых увеличено число электродов. Более практичным оказывается использование однолучевого осциллографа в режиме поочередной подачи двух сигналов на отклоняющие пластины (двухканальные осциллографы). В этом случае за счет эффекта послесвечения трубки и свойств глаза на экране одновременно наблюдается изображение двух сигналов.

К основным параметрам ЭЛТ относятся следующие световые характеристики:

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

Oяркость свечения экрана, зависящая от плотности электронного пучка и регулируемая путем изменения напряжения на модуляторе;

Oцвет свечения экрана. Чаще всего используются зеленый и желтый цвета, которые обеспечивают наименьшую утомляемость глаз. Для фотографирования с экрана применяют ЭЛТ с голубым свечением, к которому более чувствительны фотоматериалы;

Oвремя послесвечения. Для улучшения визуального восприятия осциллограммы время свечения экрана должно превышать время воздействия на него электронов. Если требуется наблюдать процессы с частотой более 10Гц, то используются экраны с послесвечением продолжительностью до 100мс. Для фоторегистрации более предпочтительным является люминофор с малым (0,01c) послесвечением. При исследовании медленно меняющихся процессов используются экраны, имеющие послесвечение более 0,1c.

Зависимость изменения напряжения развертки при прямом ходе луча должна быть линейной, иначе могут появиться искажения исследуемого сигнала, которые показаны на (рис. 10.7 а). Параметр UY показывает напряжение на вертикальной пластинеY; Up — напряжение развертки; ?, ?’, ? — длительность импульсов и производные от длительности импульсов.

Нелинейность рабочего участка развертки прямого хода электронного луча характеризуется коэффициентом нелинейности

? = 100,

физический смысл которого виден из (рис. 10.7 б). Коэффициент нелинейности показывает относительное изменение скорости нарастания напряжения в начале H и конце K рабочего хода развертки. Величина коэффициента нелинейности рабочего участка развертки должна быть не более 1%. На (рис. 10.7 в) показана схема начала развертки, а на (рис. 10.7 г) — схема конца развертки.

Перечисленным требованиям отвечает только идеальный генератор развертки, упрощенная структурная схема которого приведена на (рис. 10.8). От источника тока I заряжается (iзар) бесконечно большая емкостьC в течение времени Tпр, а затем на протяжении очень короткого времени при замкнутом ключе K происходит разряд (iраз). Время замыкания ключа соответствует времени обратного ходаTобр. Тогда напряжение развертки Up для рабочего участка можно записать следующим образом:

Up = UC = = ,

т.е. имеет место линейная зависимость.

Упрощенная структурная схема реального генератора развертки изображена на (рис. 10.9). Для схемы на (рис. 10.9) изменение напряжения на конденсаторе в течение рабочего времени определяется по формуле

где E — источник напряжения; ? = RC.

Другими словами, изменение напряжения на конденсаторе носит экспоненциальный характер. Наиболее линейным участком этой зависимости является начальный участок, поэтому для получения линейно изменяющейся развертки выбирают начальный участок изменения напряжения на конденсаторе при ?Tпр. Это значит, что режим работы источника напряжения E должен приближаться к режиму работы генератора тока.

Практически линейную развертку на экране при ограниченном уровне питающего напряжения E можно создать в схемах с интеграторами на ОУ (рис. 10.10).

Поскольку в схеме (рис. 10.10) в силу идеальности операционного усилителя ток i0 = 0, то зависимости для токов iR и iC будут иметь следующий вид:

iR = : iC = ? .

Приравняв эти токи, после преобразований получим

uвых = ? = ? ,

т.е. данное устройство на операционном усилителе будет осуществлять линейное интегрирование напряжения развертки. На схеме изображены: операционный усилитель; R — резистор; iR — ток, проходящий через резистор; Uвх и Uвых — напряжение развертки на входе и выходе; C — конденсатор; iC — ток, проходящий через конденсатор; U0 — эталонное напряжение.

Запоминающие электронно-лучевые трубки применяются при исследовании одиночных сигналов и сигналов с большой скважностью. Эти трубки содержат те же элементы, что и ЭЛТ широкого применения, но они еще дополнительно оснащаются узлом памяти и системой воспроизведения изображения. Упрощенная схема запоминающей ЭЛТ изображена на (рис. 10.11). Узел памяти состоит из двух сеточных электродов, расположенных параллельно экрану 3. Непосредственно у экрана находится мишень 2, покрытая слоем диэлектрика. Поверх мишени размещен другой электрод в виде сетки с более крупной структурой — коллектор 1.

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

Наблюдение записанного изображения обеспечивает воспроизводящая система, состоящая из катода K’ с подогревателем, модулятора M’ и анода (см. рис. 10.11).

Катод трубки K создает поток электронов малой энергии, плотность которого регулируется модулятором M. В результате формируется широкий расфокусированный пучок электронов, который равномерно облучает 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 таким образом его свечение. На экране появляется осциллограмма, повторяющая форму потенциального рельефа мишени. Стирание записи осуществляется подачей на коллектор отрицательного импульса, выравнивающего потенциал мишени.

В режиме работы такой ЭЛТ можно выделить три момента:

1наблюдение сигнала без записи, которое характеризуется небольшим положительным напряжением Uкол = 50B на коллекторе, нулевым потенциалом UM = 0 на мишени, прозрачностью мишени для быстролетящих электронов;

2режим записи. Он имеет напряжение на коллекторе Uкол = 50B, положительный потенциал UM = 30B на мишени, меньшую прозрачность мишени. В результате быстролетящие электроны выбивают вторичные электроны и создают на мишени зарядный положительный рельеф, который может сохраняться длительное время;

3режим воспроизведения. Его параметрами являются нулевой потенциал на мишени UM = 0, кроме тех мест, где записан рельеф; облучение мишени потоком медленно летящих электронов с воспроизводящей системы. Для этого потока мишень прозрачна только в местах рельефа, где записан сигнал.

Основными параметрами запоминающих ЭЛТ являются:

Oяркость свечения экранав режиме воспроизведения — регулируется напряжением модулятора системы воспроизведения и может быть высокой, так как воспроизведение производится непрерывно;

Oвремя воспроизведения изображения — ограничивается в основном устойчивостью потенциального рельефа к ионной бомбардировке. В современных ЭЛТ время воспроизведения может достигать десятков минут;

Oвремя сохранения записи — определяется при снятом напряжении с ЭЛТ;

Oскорость записи — характеризует быстродействие ЭЛТ в режиме запоминания и зависит от времени, необходимого для создания потенциального рельефа достаточной величины. Современные запоминающие ЭЛТ имеют скорость записи сигналов от 2,5 до 4000км/с.

Матричная индикаторная панель. Одним из последних достижений в области отображающих устройств является матричная индикаторная панель. Она представляет собой совокупность расположенных определенным образом отдельных дискретных излучателей (газоразрядных, жидкокристаллических, твердотельных и т.д.). Конструкция матричной газоразрядной панели представлена на (рис. 10.12).

Данное матричное устройство содержит две стеклянные пластины 1, на внешние поверхности которых напылены тонкие токопроводящие полоски — аноды 2 и катоды 4. Аноды располагаются на лицевой пластине, через которую проходит световое излучение, и поэтому их делают прозрачными. Между пластинами размещается диэлектрическая матрица 3 с отверстиями, образующими газоразрядные (или другие) ячейки в точках пересечения электродов.

Панель заполняется гелий-неоновой газовой смесью и затем герметизируется. Изображение исследуемого сигнала воспроизводится за счет поочередного свечения газоразрядных ячеек. Для этого со схемы управления панелью в каждый момент времени на аноды, и катоды пластин подаются соответственно положительный и отрицательный импульсы напряжения поджига. Номер анода, на который подается импульс напряжения поджига, определяет строку развертки, а номер катода — столбец. На их пересечении располагается светящаяся ячейка панели. Такой принцип управления лучом развертки называют матричным. На практике он реализуется цифровыми методами и устройствами.

К достоинствам матричных индикаторных панелей следует отнести малые габаритные размеры, небольшую массу, низкие напряжения питания и отсутствие геометрических искажений. Цифровой принцип управления позволяет достаточно просто совместить изображение сигнала с цифровой и буквенной индикацией его параметров на одном экране.

К недостаткам матричных индикаторных панелей следует отнести сложность схемного решения, сравнительно невысокую разрешающую способность и низкое быстродействие.

Запоминающие цифровые осциллографы. В последние годы в измерительной технике широко применяются запоминающие цифровые осциллографы. Упрощенная структурная схема такого осциллографа приведена на (рис. 10.13). Запоминающий цифровой осциллограф может работать в двух режимах. Так, если сдвоенный переключатель П находится в положении 1, то схема представляет собой обычный универсальный осциллограф, а если в положении 2, то схема работает как запоминающий цифровой осциллограф (см. рис. 10.13). Его принцип действия заключается в следующем.

Исследуемый сигнал Uc(t) с входа Y подается через аттенюатор на информационный вход АЦП; на АЦП с контроллера (управляющего устройства) также поступают тактовые импульсы UT с периодом следования T. При поступлении в некоторый момент времени ti одного из импульсов АЦП преобразует амплитуду сигнала Uc(ti) в двоичный код U(ti), т.е. в набор уровней 0 и 1. В конце такого преобразования АЦП выдает на контроллер соответствующий сигнал. Полученный таким образом цифровой код подается в определенную ячейку запоминающего устройства.

За время исследования сигнала Uc(t) в запоминающем устройстве накапливаются коды его амплитудUc(ti), Uc(ti + T), Uc(ti + 2T) и т.д. В запоминающем устройстве они могут храниться сколь угодно долго, поскольку оно представляет собой энергонезависимое устройство. Для воспроизведения хранимой информации по команде контроллера из памяти запоминающего устройства выбираются (считываются) коды в требуемой последовательности и заданном темпе и подаются на цифровой аналоговый преобразователь, который из каждого кода формирует соответствующее ему напряжение. Эти напряжения передаются через усилитель на пластины Y. В результате осциллограмма представляет собой набор светящихся точек.

К достоинствам запоминающих цифровых осциллографов относятся неограниченное время хранения информации, широкий диапазон скорости ее считывания, возможность замедленного воспроизведения отдельных участков запомненного сигнала, яркие и четкие осциллограммы, возможность обработки информации в цифровом виде на компьютере или внутри самого осциллографа.

Основной недостаток запоминающих цифровых осциллографов состоит в том, что большинство из них могут запоминать сигналы, имеющие частоту до 1 или 10МГц, так как они обладают сравнительно невысоким быстродействием АЦП.

Двухканальные и двухлучевые осциллографы. Двухканальные осциллографы имеют два идентичных канала вертикального отклонения (вход Y1 и вход Y2) и электронный переключатель, который может поочередно подавать выходные сигналы каналов на одни и те же пластины Y.

В зависимости от управления работой электронного переключателя можно реализовать следующие основные режимы работы осциллографа:

Oодноканальный — на экране виден один сигнал, подаваемый на вход Y1 или на вход Y2;

Oпоочередный — на экране видны одновременно оба сигнала за счет переключения электронного переключателя во время каждого обратного хода развертки.

На основе двухканального принципа построения создаются многоканальные осциллографы с числом каналов до восьми.

Двухлучевые осциллографы имеют два канала Y и специальную двухлучевую ЭЛТ, в состав которой входят двеэлектронные независимыепушки и две системы отклоняющих пластин. В этом случае горизонтальная развертка электронных лучей — общая (от генератора развертки), а вертикальная — каждая от «своего» канала Y. Это дает возможность наблюдать на экране осциллограммы двух сигналов без их периодического прерывания.

Поскольку, как правило, развертка во времени у двух входных сигналов общая, то появляется возможность, например, анализировать синхронность происходящих процессов, оценивать задержки или фазовые сдвиги между сигналами. Особенно удобны такие двухканальные ЭЛО при исследовании, наладке, ремонте релейных схем, узлов цифровой схемотехники (например, элементов запоминающих устройств, микропроцессорных контроллеров).

1Какова блок-схема универсального осциллографа и принцип ее работы?

2Какие существуют виды разверток?

3Для чего предназначена ждущая развертка?

4Какова структурная схема цифрового осциллографа?

5В чем заключается принцип работы цифрового осциллографа?

6Как работает запоминающая ЭЛТ?

Статьи к прочтению:

Универсальный солдат 4: Судный день

Похожие статьи:

Технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) разработана для создания надежных транспортных сетей, позволяющих гибко…

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования…

Источник

Adblock
detector