Для чего нужна развертка в осциллографе

Виды разверток в осциллографе

Одним из основных блоков осциллографа является электронно-лучевая трубка , выходными элементами которой служат две пары пластин, с помощью специальной развертки отклоняющие луч горизонтально и вертикально.

Развертка — это линия, 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 ч Y трубки осциллографа одновременно, то название развертке дается по ее форме (например, круговая или эллиптическая ).

Наиболее широко используется линейная развертка, создаваемая пилообразным напряжением U_p генератора развертки. В зависимости от режима работы генератора развертки такую развертку подразделяют на несколько видов. Рассмотрим некоторые из них.

Автоколебательная развертка — это развертка, при которой генератор развертки периодически запускается и при отсутствии сигнала запуска на его входе.

Ждущая развертка — развертка, при которой генератор развертки запускается только с помощью сигнала запуска.

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

При подаче на горизонтально отклоняющие пластины напряжения U_x пилообразной формы (рис. 6.2), электронный сфокусированный луч под воздействием этого напряжения перемещается слева направо на интервале Г_пр (точки 0-1-2 — длительность прямого хода луча) и справа налево на интервале Г_о6р (точки 2-3 — длительность обратного хода луча). Причем скорость движения луча в обратном направлении много больше (обычно луч при этом гасится), чем в прямом.

С помощью напряжения развертки, подаваемого на горизонтальные пластины электронно-лучевой трубки (пластины X) осциллографа, на экране можно наблюдать исследуемый сигнал, поступающий на пласти­ны Y и изменяющийся во времени (развернутый во времени).

Автоколебательная развертка применяется для исследования периодических сигналов, а также импульсных с небольшой скважностью Q = Т/х. Она применяется при внутренней синхронизации. На рис. 6.3 представлены исследуемый сигнал U_c, развертывающее синхронное напряжение U_x и наблюдаемая осциллограмма.

Автоколебательная развертка не позволяет наблюдать непериодические сигналы и практически бесполезна при наблюдении периодических импульсных сигналов с большой скважностью Q (это связано с тем, что передний и задний фронты импульса почти сливаются). В этих случаях используют ждущую развертку.

Пример использования ждущей развертки показан на рис. 6.4. Генератор развертки запускается только при поступлении импульсов U_e. Если длительность развертки, равная t₂— t_t, сопоставима с длительностью исследуемого импульса, то его изображение на экране достаточно детально.

В осциллографе начало ждущей развертки несколько задержано относительно фронта (переднего скачка) импульса U_c. Поэтому если фронт импульса очень короткий, то он может не отобразиться на осциллограмме. Для наблюдения короткого фронта сигнал U_c задерживают во времени в канале Y с помощью линии задержки (штриховые импульсы U_c на рис. 6.4). Осциллограмма этой развертки дана на рис. 6.4 штриховой линией.

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

Источник

Принцип работы осциллографа

Электронно-лучевые (электронные) осциллографы предназначены для визуального наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов. Возможность наблюдения изменяющихся во времени сигналов делает осциллографы чрезвычайно удобными при определении различных амплитудных и временных параметров наблюдаемых сигналов. Важными достоинствами осциллографов являются широкий частотный диапазон (до 100 МГц), высокая чувствительность и большое входное сопротивление. Все это обусловило их широкое практическое применение.

В основе работы любых электронных осциллографов лежит преобразование исследуемых сигналов в видимое изображение, получаемое на экране электронно-лучевой трубки.

Электронно-лучевые трубки

Простейшая однолучевая трубка (ЭЛТ) представляет собой стеклянный баллон, из которого откачан воздух и в котором расположены (рис. ниже) подогреваемый катод К, модулятор (сетка) М, фокусирующий анод А1 ускоряющий анод А2, две пары взаимно перпендикулярных откло­няющих пластин ОПх и ОПу (горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины). Внутренняя поверхность дна баллона (экран Э) покрыта люминофором, способным светиться под действием бомбардировки электронами.

Рис. Схема управления лучем электронно-лучевой трубки

Совокупность электродов К, M, A1, А2 называют электронной пушкой. Конструктивно эти электроды выполнены в виде цилиндров, расположенных по оси трубки. Электронная пушка излучает узкий пучок электронов — электронный луч. Для этого на электроды пушки подают напряжение, как показано на рисунке, где ЦУЭЛ — цепи управления электронным лучом.

Интенсивность электронного луча регулируют путем изменения отрицательного относительно катода напряжения на модуляторе, что приводит к изменению яркости свечения люминофора. Напряжения на первом и втором анодах формируют электронную линзу для фокусировки потока электронов в узкий луч, позволяющий получить на экране трубки светящееся пятно малого размера. Для ускорения электронов до скорости, необходимой для свечения люминофора, служит третий анод А3, на который подается высокое положительное напряжение.

Сформированный электронный луч проходит между парами отклоняющихся пластин ОПх и ОПу и под действием напряжений, приложенных к этим пластинам, отклоняется, соответственно, по осям координат X и У, вызывая смещение светящегося пятна на экране трубки. На рис.4.20 также показана упрощенная схема управления начальной установки луча по оси Y (по оси X управление аналогичное). Меняя положение подвижного контакта переменного резистора («Смещение Y»), можно изменять напряжение на пластинах Y и тем самым смещать луч по экрану.

Чувствительность электроннолучевой трубки равна

где lt — отклонение луча на экране трубки, вызванное напряжением Ut приложенным к отклоняющим пластинам. Обычно ST = 0,5 ÷ 5 мм/В.

Устройство и принцип действия осциллографа

Упрощенная функциональная схема осциллографа (рис.4.21) включает в себя электронно-лучевую трубку ЭЛТ, входной делитель напряжения ВД, усилитель вертикального отклонения УВО, состоящий из предварительного усилителя ПУ, линии задержки ЛЗ и выходного усилителя ВУ, блок синхронизации БС, генератор развертки ГР, усилитель горизонтального отклонения УГО и калибраторы амплитуды КА и длительности КД.

Рис.4.21. Функциональная схема электронно-лучевого осциллографа

Исследуемый сигнал подается на вход Y канала вертикального отклонения, включающего в себя входной делитель и усилитель вертикального отклонения. Выходное напряжение УВО, поступая на вертикальные отклоняющие пластины, управляет отклонением электронного луча в трубке по оси Y.

При подаче переменного напряжения на вход Y электронный луч вычерчивает на экране осциллографа вертикальную линию. Для получения изображения исследуемого сигнала, развернутого во времени, необходимо смещать (развертывать) луч по оси X с равномерной скоростью. Это осуществляется подачей на отклоняющие пластины ОПх линейно изменяющегося пилообразного напряжения, вырабатываемого генератором развертки ГР.

Для получения устойчивого изображения на экране осциллографа частота пилообразного напряжения развертки должна быть кратна частоте исследуемого сигнала. Выдержать точно кратность частот напряжений их и uY на практике оказывается достаточно сложно вследствие «ухода» частоты генератора ГР и изменения частоты исследуемого сигнала. Это приводит к неустойчивости изображения сигнала. Для обеспечения устойчивости изображения в осциллографе имеется блок синхронизации БС, который осуществляет изменение частоты генератора ГР (в некоторых пределах) в соответствии с частотой исследуемого процесса.

Для наблюдения непериодических или однократных сигналов используется ждущий режим работы генератора развертки, при котором пилообразный импульс вырабатывается только с приходом исследуемого импульса. Для того, чтобы не потерять изображение на экране начальной части сигнала, в канале вертикального отклонения используется линия задержки ЛЗ. Благодаря ей исследуемый сигнал поступает на пластины вертикального отклонения спустя некоторое время tЗАД после начала работы генератора развертки.

В осциллографах предусматривается также возможность запуска генератора развертки от внешнего источника сигналов, подключаемого к специальному входу «Вход синхронизации».

Основные характеристики осциллографов

Коэффициент отклонения КU – отношение напряжения входного сигнала к отклонению луча (в делениях шкалы), вызванному этим напряжением. Типовой диапазон значений 50 мкВ/дел – 10 В/дел.

Полоса пропускания – диапазон частот, в пределах которого коэффициент отклонения изменяется не более чем на 3 дБ относительно значения на средней частоте. Современные осциллографы имеют полосу пропускания 100 МГц.

Параметры входов осциллографов определяется активным сопротивлением RВХ (>1 Мом) и входной емкостью СВХ (единицы пикофарад)

Цифровой осциллограф

Цифровой осциллограф – это осциллограф, построенный на основе цифровой схемотехники. Его главное отличие в том, что внутри него идет цифровая обработка сигналов, в отличие от аналогового осциллографа. Цифровой осциллограф может записывать, останавливать, автоматически подгонять и измерять сигнал. В этом заключается его главное отличие от простого аналогового осциллографа.

Принцип работы осциллографа

В осцилло­графе исследуемый электри­ческий сигнал подается через канал вертикаль­ного отклонения на вертикально отклоня­ющую систему ЭЛТ, а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляется напря­жением горизонтальной развертки.

ЭЛТ 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 А1ускоряющего анода А2 и ос­новного анода А3. Яркость свечения люминофора ЭЛТ регулируется 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 подается достаточно большое (до 2000 В) положительное напряже­ние. Для дополнительного ускорения электронов используют основной анод А3, к которому приложено высокое положительное напряжение (до 10. 15 кВ).

Из курса физики вы знакомы с устройством электрон­ной пушки, отметим лишь, что ее назначением является формирование узко­го электронного пучка, при попадании которого на люминесцентный экран на экране возникает светящееся пятно.

Упрощенно работу отклоняющих систем ЭЛТ можно пояснить следую­щим образом. 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 теперь сфокусировать электронный луч так, чтобы световое пятно расположилось в центре экрана ЭЛТ, а затем к пластинам Y приложить исследуемое напряжение, 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 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 uс(t).

В свою очередь, усилитель Y канала вертикального отклонения луча со­держит входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления Куси парафазный (с противофазными выходными сигналами одинаковой амплиту­ды) усилитель, обеспечивающий положение светового пятна в центре экрана при отсутствии исследуемых сигналов. В канал вертикального отклонения луча может также входить калибратор амплитуды. Сигнал от калибратора поступает на вход первого усилителя для установки заданного коэффициента усиления Кус1.

Основные характеристики канала вертикального отклонения:

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

• чувствительность Sy = kдКуcSт (Sт— чувствительность трубки); чувстви­тельность составляет около 1 мм/мВ при kд= 1;

• входное сопротивление (1. 3 МОм) и входная емкость канала (1. 5 пФ);

• погрешности измерения напряжения и интервалов времени 5. 7 %.

Скакой целью во входной цепи канала вертикального отклонения включают ком­мутируемый разделительный конденсатор?

— он позволяет при необходимости исключить подачу на вход осциллографа постоянной составляющей иссле­дуемого сигнала («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.

Развертка — это 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 и запус­ком — в ждущем. Синхронизация и запуск развертки производятся специ­альным синхроимпульсом, подаваемым на генератор из устройства синхро­низации.

В осциллографе установлены два режима синхронизации: внутренняя и внешняя. При внутренней синхронизации (переключатели П1 и П2 — в по­ложении 1) синхроимпульсы вырабатываются из усиленного входного сиг­нала до его задержки. При внешней (переключатели П1 и П2 — в положении 2) — сигнал синхронизации подается от внешнего источника на специальный вход X осциллографа. Например, в стандартных генераторах импульсов вы­рабатываются синхроимпульсы, относительно которых выходной сигнал может быть сдвинут с помощью регулируемой задержки.

Схема синхронизации вырабатывает сигнал синхронизации, поступающий на генератор развертки для получения четкой, неподвижной осциллограммы. Усилитель X канала горизонтального отклонения усиливает пилообразный сиг­нал Uр генератора развертки и преобразует его в напряжение развертки Ux.

Канал горизонтального отклонения характеризуется чувствительностью и полосой пропускания, показатели которых практически раза в два меньше, чем в канале вертикального отклонения. Основной блок в канале горизон­тального отклонения — 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, т.е. То6р « Тпр. В противном случае часть изображения сигнала будет отсутствовать;

• 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 управления яркостью (канал модуляции электронного луча по яр­кости) осциллографа предназначен для подсветки прямого хода луча. Под­светка осуществляется путем передачи с входа Z на управляющий электрод (модулятор М) ЭЛТ сигнала, модулирующего поток ее луча и, следовательно, яркость свечения люминофора. Постоянное напряжение на модуляторе ЭЛТ выбирают на уровне запирания трубки. В схему этого канала входят: атте­нюатор, схема изменения полярности и усилитель Z. Для формирования тре­буемого уровня напряжения, поступающего на модулятор, служит усилитель Z. Усилитель может иметь дополнительный вход. Это дает возможность мо­дуляции изображения по яркости внешним сигналом. Канал Z используется и для создания яркостной отметки в осциллографах с двойной разверткой, а также 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.

Для калибровки оси Y используют постоянные напряжения обеих поляр­ностей (иногда плавно регулируемые) и напряжения в виде меандра. Мас­штаб по оси X обычно устанавливают по синусоидальному напряжению, ста­билизированному по частоте кварцем.

Виды разверток в универсальном осциллографе

Одним из основных блоков осциллографа является ЭЛТ, выходные эле­менты которой — две пары пластин, с помощью генераторов развертки от­клоняющие луч горизонтально и вертикально. 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 одновременно, то назва­ние развертке дается по ее форме (например, круговая или эллиптическая).

Наиболее широко используется линейная развертка, создаваемая пилообразным напряжением Up генератора развертки. В случае линейной развертки луч, двигаясь равномерно по экрану, прочерчивает прямую гори­зонтальную линию, как бы нанося на экран ось абсцисс декартовой системы координат — ось времени. В зависимости от режима работы генератора раз­вертки такую развертку подразделяют на несколько видов. Рассмотрим неко­торые из них.

Автоколебательная развертка — это развертка, при которой генератор развертки периодически запускается (автоматически) и при отсутствии сиг­нала запуска на его входе.

Ждущая развертка — развертка, при которой генератор развертки запус­кается только с помощью сигнала запуска.

Однократная развертка — развертка, с помощью которой генератор раз­вертки запускается один раз с последующей блокировкой. Однократная раз­вертка применяется для наблюдения одиночных и непериодических процес­сов, а также при фотографировании с экрана осциллографа неповторяющих­ся сигналов.

При подаче на горизонтально отклоняющие пластины напряжения uх = uр пилообразной формы, электронный сфокусированный луч под воз­действием этого напряжения перемещается слева направо на интервале Тпр (точки 0-1-2 — длительность прямого хода луча) и справа налево на ин­тервале То6р (точки 2-3 — длительность обратного хода луча). Причем ско­рость движения луча в обратном направлении много больше (обычно луч при этом гасится), чем в прямом.

С помощью напряжения развертки, подаваемого на горизонтальные плас­тины ЭЛТ (пластины X) осциллографа, на его экране можно наблюдать ис­следуемый сигнал, поступающий на пластины У и изменяющийся во времени (развернутый во времени).

Автоколебательная (непрерывная) развертка применяется для иссле­дования периодических сигналов, а также импульсных с небольшой скважностью q = Tс/τ Она включается при внутренней синхронизации.

а рисунке представлены исследуемые импульсы uс длительностью τ ка­ждый, развертывающее синхронное напряжение uх и наблюдаемая осцилло­грамма (в рамке). Период повторения импульсов и период развертывающего напряжения: Тс = Тр.

С помощью автоколебательной развертки почти невозможно наблюдать непериодические сигналы и она фактически бесполезна при наблюдении пе­риодических коротких импульсных сигналов с большой скважностью q (это связано с тем, что передний и задний фронты импульса почти сливают­ся). В этих случаях используют ждущую развертку.

арактерный пример использования ждущей развертки в осциллографе пока­зан на следующем рисунке. Генератор развертки запускается только при поступлении им­пульсов uс. Если длительность развертки, равная t2 – t1 сопоставима с длите­льностью исследуемого импульса, то его изображение на экране достаточно де­тально.

В осциллографе в силу инерционности генератора начало ждущей раз­вертки может быть несколько задержано относительно фронта импульса uс. Поэтому, если фронт импульса очень короткий, то он может не отобразиться на осциллограмме. Для наблюдения короткого фронта сигнал uс задерживают на τ3 во времени в канале Y с помощью линии задержки (штриховые импуль­сы uс на рис.). Наблюдаемая осциллограмма дана вместе с не задержан­ным импульсом штриховой линией (справа).

Под действием напряжений разверток uу и ux луч прочерчивает на экране окружность за период Т. Положение луча на экране в момент времени t = 0 отмечено точкой 0, в момент t1 — точкой 1 и т. д. Если амплитуды сигналов uу и uх не равны, то круг искажается и на экране наблюдается эллипс, т.е. возникает эллиптическая развертка. Например, при uу Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Источник

Что такое осциллограф и для чего он нужен

Осциллограф – неотъемлемая часть комплектов измерительных приборов, предназначенных для электронных устройств. Осциллограф – это единственное устройство, которое помогает пронаблюдать саму форму сигнала и при этом оценивать его время и амплитуду. Сейчас осциллографы совсем не уступают в точности специальным измерительным приборам – вольтметрам, к примеру.

Назначение осциллографа – наблюдать форму сигнала, измерение параметров сигнала в любой момент времени, сравнение форм сигналов и их фазовых сдвигов с другими колебаниями.

Второе название осциллографа – осциллоскоп.

Устройство и принцип работы осциллографа

Среди всех измерительных приборов осциллограф считается одним из самых сложных в плане своего устройства. И не зря. Ведь по принципу работы он сравним с телевизором. Разница разве что в виде сигнала, обрабатываемом этими устройствами.

В основе лежит электронно-лучевая трубка. На ней отображается состояние входного электрического сигнала. Чтобы изображение совпадало с формой колебаний, электронный луч осциллографа управляется генератором строчной развёртки. (картинка)

У осциллографа электронно-лучевая трубка в своём устройстве имеет две пары отклоняющихся пластинок. Именно они и управляют положением электронного луча на экране.

Первая пара – горизонтальная. Она отвечает за отклонение луча в этой плоскости. На неё подаётся напряжение пилообразной формы от генератора горизонтальной развёртки. Потом напряжение увеличивается. Это вызывает отклонение луча по горизонтали. Луч вернётся назад и начнёт движение заново во то время, когда импульс резкой пойдёт на спад. Сам момент возвращения луча виден быть не должен. На экран в это время подаётся напряжение гашения луча.

Чтобы лучше понять принцип работы устройства, можно изучить блок-схему осциллографа. По ней в том числе становится понятно, что в состав устройства входят горизонтальный и вертикальный каналы.

Горизонтальная развёртка

Канал горизонтального подключения подключается к генератору развёртки. Он вырабатывает сигналы горизонтального отклонения лучей. Генератор Х (развёртки) работает в нескольких режимах.

При исследовании стабильных сигналов удобно использовать режим внутренней синхронизации. В этих условиях изображение будет неподвижным. Чтобы увеличить стабильность можно организовать захват частоты на входе генератором развёртки.

Также этот режим называется ждущим. В нём запуск генератора происходит в тот момент, когда входной сигнал достигает определённого уровня. Или от внешнего источника. В режиме внешней синхронизации удобно исследовать не очень стабильные колебания, особенно если есть синхронизация между генератором развёртки и схемы от одного источника колебания. Прибор поддаётся регулировка, чтобы точно установить уровень, на котором генератор запускается.

Если синхронизация происходит от сети питания, то запуск развёртки будет синхронизирован с колебанием напряжения сети. Так что синхронизация от сети так же предусмотрена, чтобы наблюдать за помехами и искажениями. Ручная синхронизация подходит для исследования различных непериодических сигналов. К примеру, в логических схемах.

Вертикальная развёртка

Канал вертикального отклонения называется каналом Y, по аналогии с горизонтальной осью Y в системе координат. В нём входной исследуемый сигнал обрабатывается. Сигнал этот поступает в канал через аттенюатор. Аттенюатор – это ступенчатый регулятор уровня. Это делается для того, чтобы амплитуда параметра, который измеряют, не превышала допустимый уровень. А картинка тем временем не выходила за пределы экрана. Канал Y может передать сигнал на генератор горизонтального отклонения для его синхронизации.

Обычно канал вертикального отклонения работает в открытом режиме. Это значит, что само отклонения луча будет чётко совпадать с уровнем сигнала. Когда есть постоянная составляющая, то это мешает наблюдению за колебаниями. Происходит это из-за того, что картинка будет слишком смещена к границам экрана сверху или снизу. Так же она может вообще выходить за границы. Эту постоянную составляющую можно убрать, если включить режим закрытого входа. Или настроить аттенюатор под размеры экрана.

Про закрытый вход. Сигнал поступает через конденсатор, не создающий препятствия для переменного напряжения. Тогда оба канала обладают оконченными усилителями, формирующими нужные уровни сигналов, которые подаются на отклоняющие пластины.

Основные параметры осциллографа

Осциллограф имеет ряд характеристик, которые помогают лучше определить его области применения.

Сопротивление входа

Большинство осциллографов имеют сопротивление входа 1 МОм. Это нужно для того, что вход самого устройства не искажал схему. Для этого его сопротивление должно быть достаточно большим.

Верхняя граница частоты исследуемого сигнала

Это тоже очень важный параметр. Сейчас осциллографы могут работать с колебаниями частот в гигагерцах. И имеется в виду не только частота сигнала, но так же длительность его фронта и спад определённых импульсов. Другими словами, время измерения амплитуды.

Особенно это полезно при исследовании сигналов, не обладающих формой синусоида. В сигнале больше гармонических составляющих с большой частотой, когда форма сигнала близится к прямоугольной. И входные цепи должны быть рассчитаны на такие частоты. Иначе задняя и передняя стенки импульсов на изображении будут искажены. Форма импульса не будет соответствовать действительности, хотя частота будет верной.

Здесь важно учесть, что при исследовании прямоугольных колебаний максимально допустимая частота осциллографа должна превосходить частоту сигнала в несколько раз.

Допустимые значения уровня

Понятно, что колебания малого уровня едва ли вызовут отклонения пучка электронно-лучевой трубки. Да и выйти из границ допустимых пределов разрешающей способности аналого-цифрового преобразователя частот тоже. Высокие значения в свою очередь могут вызвать множество реакций, от искажений изображения до выведения из строя входных цепей всего устройства.

Назначение осциллографа

Из прошлых пунктов уже можно выделить несколько областей, в которых применяются осциллографы. Но о том, для чего именно нужен осциллограф, ещё сказано не было.

Понятно, что они нужны для измерений и анализа форм периодических сигналов. И иногда при измерениях без осциллографов не обойтись. Амперметр и вольтметр дадут понятие только об уровне сигнала, а частометр – о частоте. Но полной картины достигнуто не будет. Тут то и помогают осциллографы.

Самая большая область применения этих устройств – исследование форм телевизионных сигналов. В них, кроме сигналов с информацией об изображении, так же есть данные о синхронизации кадровой развёртки и строчной, импульсах синхронизации цвета и прочая информация. В этом случае наблюдение за изображением на осциллографах очень облегчает процесс ремонта и регулировку трактов изображения у телевизоров. На картинке – телевизионный осциллограф.

Типы осциллографов

Электронно-лучевые осциллографы подразделяются на:

Аналоговые осциллографы

Сначала, очевидно, появились аналоговые осциллографы, ведь для работы устройства использовались аналоговые детали. Они подавали вполне точное изображение формы сигнала. Однако замерять амплитуды и частоты совсем не могли. При определении этих характеристик создавалась нелинейность. Она создавалась из-за искажений, которые вносил входной тракт, и движения электронного луча вкупе с этим. Получаемые данные можно было использовать только для оценочного измерения. А наблюдение было возможно только в случае периодического сигнала.

С появлением ЭЛТ стало возможным организовать память на одно движение луча горизонтальной развёртки. Чтобы оценивать помехи импульсов и однократные сигналы, это было необходимо.

Цифровые осциллографы

Современные цифровые осциллографы имеют куда более широкие возможности. В них цифровой тракт обработки сигнала подаётся после входных цепей осциллографа на аналого-цифровой преобразователь. Этот алгоритм позволяет проводить самые точные измерения параметров, таких как частота следования, длительность импульсов, напряжение. А используя запоминающее устройство (USB-осциллограф), можно запоминать любые участки формы сигналов без специального оборудования.

Цифровые осциллографы бывают двух видов. Разделены они были по принципу использования тракта. У одних он был дополнением к аналоговым измерениям, у вторых – использовался для формирования изображения.

Устройства первого типа не отличаются от аналоговых, имея дополнительную опцию для измерения. Вторые же максимально сходны с цифровыми, имея отличие только в отображении информации.

Современные осциллографы для отображения информация используют жидкокристаллические дисплеи. Кроме формы сигнала на нём отображаются все параметры, которые устройство замеряет:

Благодаря такому набору способностей один прибор может заменить большую часть других измерительных устройств.

Как ещё несколько полезных качеств цифровых осциллографов можно отметить:

Как правильно пользоваться осциллографом

После того, как стало понятны устройство и виды, нужно понять, как пользоваться осциллографом.

Начать стоит с калибровки. Для этого предусмотрены выходы встроенного калибратора, в котором значения частоты и напряжения строго фиксированы. Изображение на экране подгоняют под норму, регулируя чувствительность и частоту. Следует помнить, что щупы у этого устройства имеют два выхода, один из которых подключается к массе – общей точке всей электросхемы.

Далее на входном аттенюаторе нужно выставить уровень напряжения измеряемого сигнала. Если оно неизвестно, то устанавливается максимальное положение. Обычно – 100В на одно деление экрана. Переключениями аттенюатора нужно добиться, чтобы картинка заняла большую часть экрана.

Следующий шаг – выставить нужный режим синхронизации и частоту задающего генератора. Значения длительности периода колебаний установлены на регуляторе частот. Например, переключатель установлен на 20 мс/дел. Это обозначает, что период колебаний, длящийся 20мс, уложится в одно деление на координатной сетке. Частота будет равна 50Гц.

Регулируя уровень и синхронизацию, нужно добиться неподвижности изображения.

Чтобы произвести измерения, нужно следовать алгоритму:

Дополнительные возможности и советы

Осциллографы могут быть двулучевыми. Двулучевые осциллографы необходимы для построения изображений большего количества сигналов. Эти устройства имеют в своей комплектации специальную ЭЛТ с двумя лучами. Конструкция её состоит из стеклянной колбы, в которой есть две системы отклоняющихся пластин, независимые друг от друга.

Один сигнал выбирают главным, по нему синхронизируют осциллограф и относительно главного сигнала наблюдают за остальными. Для увеличения входного диапазона используются входные делители 1:10 или 1:100, поднимающие верхнее допустимое значение до 10 или 100 раз. Это нужно учитывать в дальнейших расчётах, чтобы не допустить ошибки. Наличие входного делителя при этом увеличивает и входное сопротивление.

Цифровые осциллографы не требуют подсчёта амплитуд и частот вручную. Эти значения выводятся на экран. Более того, изображение можно занести в память и распечатать.

Когда нет дополнительных входов Y, для определения фазовых сдвигов нужен осциллограф с входом Х, у которого отключён внутренний генератор развёртки. Тогда, подавая колебания на эти входы, фазы и частоты можно сравнивать по «фигурам Лиссажу».

Источник