Принцип действия электронного осциллографа

Электронный осциллограф используют для исследования быстропеременных периодических процессов. Например, с помощью осциллографа можно измерить силу тока и напряжение, рассмотреть их изменение во времени. Можно измерять и сравнивать частоты и амплитуды различных переменных напряжений. Кроме того, осциллограф при применении соответствующих преобразователей позволяет исследовать неэлектрические процессы, например, измерять малые промежутки времени, периоды колебаний и т. д. Достоинствами электроннолучевого осциллографа является его высокая чувствительность и безинерционность действия, что позволяет исследовать процессы, длительность которых порядка 10^–6  10^–8 с.

Основным элементом электронного осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Схематическое устройство такой трубки показано на рис. 3. Электронно-лучевая трубка состоит из ряда металлических электродов, помещенных в стеклянный баллон.

Из баллона выкачан воздух до давления порядка 10^–6 мм рт. ст. На передней части баллона нанесен тонкий слой флуоресцирующего. Под воздействием электронного луча флуоресцирующий экран (8) начинает светиться.

Рассмотрим электроды электронно-лучевой трубки в порядке их следования. Нить накала (1), по которой идет переменный ток, разогревает катод (2). Из катода, вследствие термоэлектронной эмиссии, вылетают электроны.

Термоэлектронная эмиссия — это явление испускания электронов нагретыми телами.

За катодом расположен управляющий электрод (3) в виде сетки или цилиндра с отверстиями. Работа его аналогична работе управляющей сетки в электронной лампе. При изменении потенциала управляющего электрода относительно катода изменяется интенсивность электронного потока, тем самым проводится изменение яркости светового пятна на экране трубки.

Первый и второй аноды (4 и 5), в виде цилиндров с диафрагмами, обеспечивают необходимую скорость движения электронов и создают электрическое поле определенной конфигурации, фокусирующее электронный поток в узкий пучок (луч).

Затем сфокусированный электронный луч проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин. При разных потенциалах на одной из пар отклоняющих пластин луч отклоняется в сторону пластины с большим потенциалом. Отклонение луча пропорционально приложенному напряжению. Вертикальные пластины (7) обеспечивают горизонтальное перемещение электронного луча по экрану, а горизонтальные (6) дают вертикальное перемещение луча.

1 — нить накала, 2 — катод, 3 — управляющий электрод, 4 — первый анод, 5 — второй анод, 6- пластины вертикального отклонения, 7 — пластины горизонтального отклонения, 8 — флуоресцирующий экран

Блок-схема осциллографа представлена на рис.4. Осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), генератора напряжения развертки и двух усилителей. Один из усилителей, предназначенный для усиления исследуемого напряжения, обычно называют вертикальным усилителем, так как напряжение с него подается на горизонтально расположенные пластины электронно-лучевой трубки, которые обеспечивали вертикальное отклонение луча по экрану.

Напряжение от второго усилителя подается на вертикальные пластины, обеспечивающие горизонтальное перемещение луча. Этот усилитель называется горизонтальным. Напряжение генератора развертки подается на пластины через горизонтальный усилитель.

Для исследования характера изменения электрических сигналов во времени используют специально вмонтированное в осциллограф устройство, называемое генератором развертки. Этот генератор вырабатывает пилообразное напряжение (рис.4), которое за время линейно нарастает от нуля до максимального значения, а затем за очень малое времяпадает до нуля. Частоту пилообразного напряжения можно изменять с помощью рукоятки «частота развертки«. Пилообразное напряжение подается обычно на вертикальные пластины. При этом луч откланяется по горизонтали на величину пропорциональную значению пилообразного напряжения в данный момент. Так как это напряжение линейно возрастает со временем, то по горизонтали луч движется равномерно, что соответствует ходу времени, и, значит, смещение луча по горизонтали пропорционально времени.

Поэтому при включенном генераторе развертки горизонталь считают осью времени.

При малых частотах развертки можно увидеть поступательное равномерное движение точки по горизонтали. Если частота развертки большая, то на экране видна только горизонтальная линия. Это происходит в силу инерции зрительного восприятия и послесвечения трубки, т.е. зрительно при больших частотах мы не успеваем отметить последовательное перемещение луча по экрану слева направо при увеличении напряжения

. От нуля до максимума и почти мгновенное возвращения луча в исходное положение. На каждом следующем «зубце пилы» луч движется по одному и тому же следу слева направо по горизонтали и обратно, и повторяется это с частотой равной частоте развертки.

Чтобы увидеть, как меняется со временем исследуемое напряжение, надо одновременно подать на»Вход х» напряжение развертки, а на «Вход у» исследуемый сигнал . Пусть к моменту времениисследуемый сигнал достигает значения, а напряжение развертки значения. Луч, участвуя одновременно в двух взаимно перпендикулярных движениях: по горизонтали (под действием напряжения развертки) и по вертикали (под действием исследуемого напряжения), переместится в точку(

рис.5). Если исследуемое напряжение меняется по гармоническому закону и его период совпадает с периодом развертки , то в течение временина экране луч «выпишет» один период синусоиды. На каждом следующем зубце пилы при достижении напряжением значений,,и т.д. электронный луч будет попадать соответственно в те же точки,,и т.д. синусоиды, что и на первом «зубце».

Изображение на экране осциллографа будет неподвижным, если период развертки равен или в целое число раз больше периода исследуемого сигнала. При невыполнении этого условия (часто случающегося из-за нестабильности частоты генератора развертки) изображение будет «плыть» по экрану.

Для измерения периода надо на горизонтальные пластины подать исследуемое напряжение и включить генератор развертки «Вход х«, подающий пилообразное напряжение на вертикальные пластины. Вращая ручку «генератор развертки«, получить на экране устойчивую картину – синусоиду. Посчитать количество клеток периода синусоиды и, помножив на цену деления генератора развертки, получить период колебаний.

Электронный осциллограф — устройство, принцип работы

Радиолюбительство, как хобби, занятие очень увлекательное, и, можно сказать, затягивающее. Многие вступают в него еще в чудесные школьные годы, а со временем это увлечение может стать профессией на всю жизнь. Даже, если не удается получить высшего радиотехнического образования, самостоятельное изучение электроники позволяет добиться весьма высоких результатов и успехов. В свое время журнал «Радио» называл таких специалистов инженерами без дипломов.

Первые опыты с электроникой начинаются, как правило, со сборки простейших схем, которые начинают работать сразу без наладки и настройки. Чаще всего это различные генераторы, звонки, простенькие блоки питания. Все это удается собрать, прочитав минимальное количество литературы, просто описания к повторяемым схемам. На этом этапе, как правило, удается обойтись минимальным набором инструмента: паяльник, бокорезы, нож и несколько отверток.

Постепенно конструкции усложняются, и рано или поздно выясняется, что без наладки и настройки работать они просто не будут. Поэтому приходится обзаводиться тонкими измерительными приборами, причем, чем раньше, тем лучше. У старшего поколения электронщиков таким прибором был стрелочный тестер.

В настоящее время на смену стрелочному тестеру, часто называемому авометром, пришел цифровой мультиметр. Об этом можно почитать в статье «Как пользоваться цифровым мультиметром». Хотя старый добрый стрелочный тестер своих позиций не сдает, а в некоторых случаях его использование предпочтительно в сравнении с цифровым прибором.

Оба этих прибора позволяют измерить постоянные и переменные напряжения, токи и сопротивления. Если постоянные напряжения измерить просто, достаточно узнать только величину, то с переменными напряжениями имеют место быть некоторые нюансы.

Дело в том, что как стрелочные, так и современные цифровые приборы рассчитаны на измерение синусоидального переменного напряжения, причем, в довольно ограниченном диапазоне частот: результатом измерения будет действующее значение переменного напряжения.

Если такими приборами измерять напряжения прямоугольной, треугольной или пилообразной формы, то показания на шкале прибора, конечно, будут, но за точность измерений ручаться не приходится. Ну, просто есть напряжение, а какое, точно неизвестно. И как в таких случаях быть, как продолжать ремонт и разработку новых, все более сложных электронных схем? Вот тут радиолюбитель и подходит к тому этапу, когда приходится приобретать осциллограф.

Немного истории

С помощью этого прибора можно воочию увидеть, что происходит в электронных схемах: какова форма сигнала, где он появился или пропал, временные и фазовые соотношения сигналов. Для наблюдения нескольких сигналов потребуется, как минимум, двухлучевой осциллограф.

Вот тут можно вспомнить уже далекую историю, когда 1969 году был создан аж пятилучевой осциллограф С1-33, серийно выпускавшийся Вильнюсским заводом. В приборе использовалась ЭЛТ 22ЛО1А, применявшаяся только в этой разработке. Заказчиком такого прибора являлся, конечно же, военно-промышленный комплекс.

Конструктивно этот аппарат был выполнен из двух блоков, помещенных на стойку с колесиками: собственно осциллограф и блок питания. Общий вес конструкции составлял 160 кг! В комплект осциллографа входила регистрирующая фотокамера РФК-5, прикрепленная к экрану, что обеспечивало съемку осциллограмм на фотопленку. Внешний вид пятилучевого осциллографа С1-33 с установленной фотокамерой показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Пятилучевой осциллограф С1-33, 1969 год

Современная электроника позволяет создавать карманные цифровые осциллографы размером с мобильный телефон. Один из таких приборов показан на рисунке 2. Но об этом будет рассказано несколько позже.

Рисунок 2. Карманный цифровой осциллограф DS203

Осциллографы различных типов

До недавнего времени выпускалось несколько типов электронно-лучевых осциллографов. В первую очередь это осциллографы универсальные, которые чаще всего используются в практических целях. Кроме них выпускались также запоминающие осциллографы на базе запоминающих ЭЛТ, высокоскоростные, стробоскопические и специальные. Последние типы предназначались для различных специфических научных задач, с которыми в настоящее время успешно справляются современные цифровые осциллографы. Поэтому далее речь пойдет именно об универсальных электронных осциллографах общего назначения.

Устройство ЭЛТ

Основной частью электронного осциллографа, несомненно, является электронно-лучевая трубка – ЭЛТ. Ее устройство показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Устройство ЭЛТ

Конструктивно ЭЛТ представляет собой длинный стеклянный баллон 10 цилиндрической формы с конусообразным расширением. Дно этого расширения, являющееся экраном ЭЛТ, покрыто люминофором, который излучает видимое свечение при попадании на него электронного луча 11. Многие ЭЛТ имеют прямоугольный экран с нанесенными прямо на стекло делениями. Именно этот экран и является индикатором осциллографа.

Электронный луч формируется электронной пушкой

Подогреватель 1 нагревает катод 2, который начинает излучать электроны. В физике это явление называется термоэлектронной эмиссией. Но электроны, излучаемые катодом, далеко не улетят, просто будут садиться обратно на катод. Чтобы из этих электронов получить луч, требуется еще несколько электродов.

Это фокусирующий электрод 4 и анод 5, соединенный с аквадагом 8. Под действием электрического поля этих электродов электроны отрываются от катода, ускоряются, фокусируются в тонкий луч и устремляются к экрану, покрытому люминофором, вызывая свечение люминофора. Все вместе эти электроды называются электронной пушкой.

Достигая поверхности экрана, электронный луч не только вызывает свечение, но еще и выбивает из люминофора вторичные электроны, которые вызывают расфокусировку луча. Для удаления этих вторичных электронов и служит упомянутый выше аквадаг, который представляет собой графитовое покрытие внутренней поверхности трубки. Кроме того, аквадаг в некоторой степени экранирует луч от внешних электростатических полей. Но такой защиты оказывается недостаточно, поэтому цилиндрическую часть ЭЛТ, где расположены электроды, помещают в металлический экран из электротехнической стали или пермаллоя.

Между катодом и фокусирующим электродом располагается модулятор 3. Его назначение управлять током луча, что позволяет гасить луч во время обратного хода развертки и подсвечивать во время прямого хода. В усилительных лампах этот электрод называется управляющей сеткой. Модулятор, фокусирующий электрод и анод имеют центральные отверстия, через которые и пролетает электронный луч.

Сейчас читают:

Отклоняющие пластины ЭЛТ имеет две пары отклоняющих пластин. Это пластины вертикального отклонения луча 6 – пластины Y, на которые подается исследуемый сигнал, и пластины горизонтального отклонения 7 – пластины X, на них подается напряжение горизонтальной развертки. Если отклоняющие пластины никуда не подключены, то в центре экрана ЭЛТ должна появиться светящаяся точка. На рисунке это точка О2. Естественно, что на трубку должны быть поданы напряжения питания.

Вот тут следует сделать важное замечание. Когда точка стоит на месте, никуда не двигаясь, она может попросту прожечь люминофор, и на экране ЭЛТ навсегда останется черная точка. Подобное может случиться в процессе ремонта осциллографа или при самостоятельном изготовлении простенького любительского прибора. Поэтому в таком режиме следует снизить яркость до минимума и расфокусировать луч, — все равно можно увидеть есть луч или он отсутствует.

При подаче на отклоняющие пластины некоторого напряжения луч будет отклоняться от центра экрана. На рисунке 3 луч отклоняется в точку О3. Если напряжение будет изменяться, то луч прочертит на экране прямую линию. Именно это явление и используется для создания на экране изображения исследуемого сигнала. Для получения на экране двухмерного изображения необходимо подать два сигнала: исследуемый, — подается на пластины Y, и напряжение развертки, — подается на пластины X. Можно сказать, что на экране получается график с координатными осями X и Y.

Горизонтальная развертка

Именно горизонтальная развертка формирует на экране ось X графика.

Рисунок 4. Напряжение развертки

Как видно на рисунке горизонтальная развертка осуществляется пилообразным напряжением, которое можно разделить на две части: прямой и обратный ход (рис. 4а). Во время прямого хода луч равномерно перемещается по экрану слева направо, и по достижению правого края быстренько возвращается назад. Это называется обратным ходом. Во время прямого хода вырабатывается импульс подсветки, который подается на модулятор трубки, и на экране появляется светящаяся точка, рисующая горизонтальную линию (рис. 4б).

Напряжение прямого хода, как показано на рисунке 4, начинается с нуля (луч в центре экрана) и изменяется до напряжения Uмакс. Поэтому луч будет перемещаться от центра экрана до правого края, т.е. всего на половину экрана. Чтобы развертка начиналась с левого края экрана, луч смещается влево подачей на него напряжения смещения. Смещение луча регулируется ручкой, выведенной на лицевую панель.

Во время обратного хода импульс подсветки заканчивается, и луч гаснет. Взаимное расположение импульса подсветки и пилообразного напряжения развертки можно увидеть на функциональной схеме осциллографа, показанной на рисунке 5. Несмотря на разнообразие принципиальных схем осциллографов, их функциональные схемы примерно одинаковы, подобны показанной на рисунке.

Рисунок 5. Функциональная схема осциллографа

Чувствительность ЭЛТ

Определяется коэффициентом отклонения, показывающим, на сколько миллиметров отклонится луч при подаче на пластины напряжения постоянного напряжения в 1В. Для различных ЭЛТ эта величина находится в пределах 0,15…2 мм/В. Получается, что подавая на отклоняющие пластины напряжение 1В, луч можно переместить луч всего на 2 мм, и это в лучшем случае. Чтобы отклонить луч на один сантиметр (10 мм), потребуется напряжение 10/2=5В. При чувствительности 0,15 мм/В для такого же перемещения понадобится уже 10/0,15=66,666В.

Поэтому для того, чтобы получить заметное отклонение луча от центра экрана исследуемый сигнал усиливается усилителем вертикального канала до нескольких десятков вольт. Такие же выходные напряжения имеет и канал горизонтального усиления, с помощью которого осуществляется развертка.

Большинство универсальных осциллографов имеют максимальную чувствительность 5мВ/см. При использовании ЭЛТ типа 8ЛО6И при входном напряжении 5мВ на отклоняющие пластины для перемещения луча на 1 см потребуется подать напряжение 8,5В. Нетрудно подсчитать, что для этого понадобится усиление более, чем в 1500 раз.

Такое усиление необходимо получить во всей полосе пропускания, и чем выше частота, тем ниже усиление, что присуще любым усилителям. Полоса пропускания характеризуется верхней частотой fверх. При этой частоте усиление канала вертикального отклонения снижается в 1,4 раза или на 3дБ. Для большинства универсальных осциллографов эта полоса составляет 5МГц.

А что будет, если частота входного сигнала превысит верхнюю частоту, например, 8…10МГц? Удастся ли ее увидеть на экране? Да, видно ее будет, но амплитуду сигнала измерить не удастся. Можно лишь убедиться в том, есть сигнал или его нет. Иногда таких сведений бывает вполне достаточно.

Канал вертикального отклонения. Входной делитель

Исследуемый сигнал поступает на вход канала вертикального отклонения через входной делитель, показанный на рисунке 6. Часто входной делитель называют аттенюатором.

Рисунок 6. Входной делитель канала вертикального отклонения

С помощью входного делителя появляется возможность исследования входного сигнала от нескольких милливольт до нескольких десятков вольт. В случае, когда входной сигнал превышает возможности входного делителя, применяются входные щупы с коэффициентом деления 1:10 или 1:20. Тогда предел 5В/дел становится 50В/дел или 100В/дел, что дает возможности для исследования сигналов со значительными напряжениями.

Открытый и закрытый вход

Здесь же (рисунок 6) можно видеть переключатель В1, который дает возможность подавать сигнал через конденсатор (закрытый вход) или непосредственно на вход делителя (открытый вход). При пользовании в режиме «закрытый вход» возможно исследование переменной составляющей сигнала, игнорируя его постоянную составляющую. Пояснить сказанное поможет простая схема, показанная на рисунке 7. Схема создана в программе Multisim, так что все на этих рисунках хотя и виртуально, но достаточно справедливо.

Рисунок 7. Усилительный каскад на одном транзисторе

Входной сигнал амплитудой 10мВ через конденсатор C1 подается на базу транзистора Q1. Подбором резистора R2 напряжение на коллекторе транзистора устанавливается равным половине напряжения питания (в данном случае 6В), что позволяет транзистору работать в линейном (усилительном) режиме. Выходной сигнал контролируется осциллографом XSC1. На рисунке 8 показан результат измерения в режиме открытого входа, на осциллографе нажата кнопка DC (постоянный ток).

Рисунок 8. Измерения в режиме открытого входа (канал А)

Здесь можно увидеть (канал А) лишь напряжение на коллекторе транзистора, те самые 6В, о которых только что было упомянуто. Луч в канале A «взлетел» на 6В, а усиленной синусоиды на коллекторе как не бывало. Ее просто нельзя разглядеть при чувствительности канала 5V/Div. Луч канала A на рисунке показан красным цветом.

На вход B подан сигнал с генератора, на рисунке показан синим цветом. Это синусоида амплитудой 10 мВ.

Рисунок 9. Измерения в режиме закрытого входа

Теперь нажмем в канале A кнопку AC – переменный ток, это собственно и есть закрытый вход. Здесь можно увидеть усиленный сигнал – синусоиду амплитудой 87 милливольт. Получается, что каскад на одном транзисторе усилил сигнал амплитудой 10 мВ в 8,7 раз. Цифры в прямоугольном окошке под экраном показывают напряжения и времена в местах расположения маркеров T1, T2. Подобные маркеры имеются в современных цифровых осциллографах. Вот собственно и все, что можно сказать по поводу открытых и закрытых входов. А теперь продолжим рассказ об усилителе вертикального отклонения.

Предварительный усилитель

После входного делителя, исследуемый сигнал попадает на предварительный усилитель, и, пройдя через линию задержки, поступает на оконечный усилитель канала Y (рисунок 5). После необходимого усиления сигнал поступает на вертикальные отклоняющие пластины.

Предварительный усилитель расщепляет входной сигнал на парафазные составляющие для подачи его на оконечный усилитель Y. Кроме этого, входной сигнал из предварительного усилителя подается на формирователь импульсов запуска развертки, что обеспечивает получение синхронного изображения на экране во время прямого хода развертки.

Линия задержки задерживает входной сигнал относительно начала напряжения развертки, что дает возможность наблюдать передний фронт импульса, как показано на рисунке 5 б). Некоторые осциллографы линии задержки не имеют, что, в сущности, не мешает исследованию периодических сигналов.

Канал развертки

Входной сигнал из предварительного усилителя также поступает на вход формирователя импульсов запуска развертки. Сформированный импульс запускает генератор развертки, вырабатывающий плавно нарастающее пилообразное напряжение. Скорость нарастания и период напряжения развертки выбирается переключателем «Время/дел», что дает возможность исследования входных сигналов в широком диапазоне частот.

Такая развертка называется внутренней, т.е. запуск происходит от исследуемого сигнала. Обычно осциллографы имеют переключатель запуска развертки «Внутр./Внешн.», почему-то не показанный на функциональной схеме на рисунке 5. В режиме внешнего запуска развертку можно запустить не исследуемым сигналом, а каким-то другим, от которого зависит исследуемый сигнал.

Это может быть, например, импульс запуска линии задержки. Тогда, даже с помощью однолучевого осциллографа, можно измерить временное соотношение двух сигналов. Но лучше это делать с помощью двухлучевого осциллографа, если он, конечно, есть под рукой.

Длительность развертки следует выбирать исходя из частоты (периода) исследуемого сигнала. Предположим, что частота сигнала 1КГц, т.е. период сигнала 1мс. Изображение синусоиды при длительности развертки 1мс/дел показано на рисунке 10.

Рисунок 10

При длительности развертки 1мс/дел один период синусоиды частотой 1КГц занимает ровно одно деление шкалы по оси Y. Синхронизация развертки производится от луча A по восходящему фронту по уровню входного сигнала 0В. Поэтому синусоида на экране начинается с положительного полупериода.

Если длительность развертки изменить на 500мкс/дел (0,5мс/дел), то один период синусоиды займет на экране два деления, как показано на рисунке 11, что, безусловно, удобней для наблюдения сигнала.

Рисунок 11

Кроме собственно пилообразного напряжения генератор развертки вырабатывает также импульс подсвета, который подается на модулятор и «зажигает» электронный луч (рис. 5 г). Длительность импульса подсвета равна длительности прямого хода луча. Во время обратного хода импульс подсвета отсутствует и луч гаснет. Если гашение луча отсутствует, на экране получится нечто непонятное: обратный ход, да еще и модулированный входным сигналом, попросту перечеркивает все полезное содержимое осциллограммы.

Пилообразное напряжение развертки поступает на оконечный усилитель канала X, расщепляется в парафазный сигнал и подается на горизонтальные отклоняющие пластины, как показано на рисунке 5 д).

Внешний вход усилителя X

На оконечный усилитель X может подаваться не только напряжение с генератора развертки, но и внешнее напряжение, что дает возможность измерения частоты и фазы сигнала с использованием фигур Лиссажу.

Рисунок 12. Фигуры Лиссажу

Но на функциональной схеме по рисунку 5 не показан переключатель входа X, также как и переключатель рода работ развертки, о котором было сказано чуть выше.

Кроме каналов X и Y осциллограф, как и любое электронное устройство, имеет блок питания. Малогабаритные осциллографы, например, С1-73, С1-101 могут работать от автомобильного аккумулятора. Кстати, для своего времени эти осциллографы были очень хороши, да и до сих пор успешно используются.

Рисунок 13. Осциллограф С1-73

Рисунок 14. Осциллограф С1-101

Внешний вид осциллографов показан на рисунках 13 и 14. Самое удивительное в том, что их до сих пор предлагают купить в интернет магазинах. Но цена такая, что дешевле купить малогабаритные цифровые осциллографы на Алиэкспресс.

Покупки в Aliexpress с кэшбэком

Дополнительными устройствами осциллографов являются встроенные калибраторы амплитуды и развертки. Это, как правило, достаточно стабильные генераторы прямоугольных импульсов, подключая которые на вход осциллографа, с помощью подстроечных элементов можно настроить усилители X и Y. Кстати, такие калибраторы есть и у современных цифровых осциллографов.

О том, как пользоваться осциллографом, о методах и способах измерения будет рассказано в следующей статье.

Продолжение статьи: Как пользоваться осциллографом

Борис Аладышкин

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника

Экранный дисплей

и принцип работы

B.Tech./1Sem/Electronics Engg

6 лет назад

Дхирендра Ядав

ВВЕДЕНИЕ:

Осциллограф — это оборудование, позволяющее непосредственно наблюдать изменение напряжения сигнала.

В основном подходит для наблюдения за периодически повторяющимся сигналом. Сигнал с неравномерным периодом увидеть сложно или он встречается только один раз. Есть оборудование, обладающее памятью для наблюдения за сигналом, который возникает только один раз.
Здесь я представляю основной принцип работы осциллографа (или синхроноскопа).

Принцип отображения экрана осциллографа:

Осциллограф показывает время по горизонтальной оси (ось X) и показывает напряжение по вертикальной оси (ось Y). Что касается экрана, ЭЛТ (катод- Лучевая трубка) часто используется. Принцип отображения тот же, что и у телевизора. То есть он отображает форму волны сигнала с отклонением электронного луча (он перемещается вверх и вниз в любую сторону).

Ось Y – Вертикальная – Напряжение V:

Существует как минимум один входной канал для сигнала напряжения V, о двух каналах (или двойной трассе) мы поговорим позже. Этот сигнал проходит через усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, и ручка выбора устанавливает значение амплитуды для каждого деления Y. Таким образом, установка 2 В/дел означает, что максимальная наблюдаемая амплитуда входного сигнала составляет 16 В (2 В, умноженные на 8 делений по вертикали) или относительно центра (ноль) составляет 8 В положительного и 8 В отрицательного.

Ось X – Горизонтальная – ОСНОВА ВРЕМЕНИ:

Эта ось также имеет ручку выбора для установки временной базы или длительности деления. Например, установка 10 мс/деление означает, что для трассировки всей оси X требуется 0,1 секунды (10 мс, умноженные на 10 делений = 100 мс). Мы вызовем сканирование каждого из этих разверток.

ПРИНЦИП РАБОТЫ:

Электронный луч освещает точку на экране. Где точка зависит от двух систем отклонения, горизонтальной и вертикальной. Вертикальная ось управляется входным сигналом, а горизонтальная — внутренней временной базой. Без входного сигнала точка перемещается слева направо, следуя горизонтальной линии.

Теперь предположим, что на вертикальный вход подается треугольный сигнал 10Vpp (от пика до пика) с частотой повторения 25 Гц. Это означает 25 циклов в секунду, поэтому период:

1/25 = 0,04 секунды = 40 мс.

Установка коэффициента усиления на 5 В/дел и временной базы на 10 мс/дел то, что прослеживается на при каждом сканировании на временной оси появляется, как показано на этом рисунке:

Здесь показан повторяющийся сигнал высоты в 2 деления каждые 4 деления по оси X.

Теперь, если я переключаю усиление, соответственно меняются деления по вертикали (ось Y). Переключение вместо временной базы изменяет, конечно, занимаемые горизонтальные деления (ось X). Таким образом, мы понимаем, что каждый сигнал с любой частотой, напряжением и формой может быть показан графически с помощью осциллографа, просто правильно настроив его. Конечно, в максимальных и минимальных пределах, указанных для селекторов.

TRIGGER:

Необходимо подчеркнуть, что каждое сканирование по оси X рисует новую кривую, а ручка базы времени определяет продолжительность кривой, в нашем примере 0,1 секунды. На этом этапе мы должны понять, когда начинается сканирование или, лучше всего, что его запускает. Триггер выполняет именно эту функцию. Мы вызываем триггер события, которое запускает каждое отдельное сканирование.

Этот основной раздел позволяет две настройки:

• Выбор фронта между положительным и отрицательным.
• Отображение уровня напряжения срабатывания в непрерывном диапазоне (через аналоговый потенциометр), а не с заранее заданными шагами.

Практически приведенные выше настройки определяют, что событие триггера (начало сканирования) происходит, когда входной сигнал пересекает уровень триггера одним из двух возможных способов, возрастая для положительного фронта и падая для отрицательного.
Пример кривой на предыдущем рисунке начинается с нулевого уровня напряжения (центр оси Y), следовательно, уровень запуска был установлен около нуля вольт, а выбранный фронт был отрицательным. В конце сканирования (конец трассировки по оси X) электронный луч выключается и возвращается в левую часть экрана (начальная точка).

Затем он ожидает нового триггерного события.

В этой системе случается так, что для постоянно повторяющихся волн идентичное триггерное событие перезапускает новое сканирование, которое точно повторяет предыдущую форму. В этом состоянии входной сигнал запускается ( заблокирован или связан или подключен к ), поэтому мы можем видеть стабильную форму волны на сетке. Без триггера вместо этого входной сигнал смещается по оси X.

Поясним это понятие картинкой. Предположим, что у вас есть непрерывная пилообразная волна, измерительный прибор показывает только часть, соответствующую одному скану. Луч в конце сканирования выключается и возвращается влево. Эта операция занимает фиксированное время, известное как «HOLD-OFF» время (H). Если теперь начинается новое сканирование, новая начальная точка отличается от предыдущей, см. это изображение:

Вот что показано без триггера,
наш входной сигнал работает скользя по временной оси.

Режимы запуска в осциллографе:

Все осциллографы имеют как минимум 3 основных режима запуска:

• ОДИНОЧНЫЙ — в этом однократном режиме сканирование начинается только один раз при первом событии запуска. После этого его необходимо снова включить вручную с помощью кнопки, чтобы дождаться другого стартового события. Таким образом, в одиночном режиме трасса рисуется только один раз при первом событии триггера, а продолжительность временного сканирования зависит от предустановленной временной базы.
• NORMAL — сканирование перезапускается только по событию триггера. В конце сканирования луч переходит в начальную точку (слева от экрана) для ожидания следующего события. Следовательно, в обычном режиме при отсутствии триггерных событий следа не остается.
• AUTO — Автоматически, сканирование автоматически перезапускается в каждом конце сканирования, также без запускающего события, поэтому кривая всегда отображается и без входного сигнала. Когда входной сигнал слабый, например, чтобы не генерировать триггерное событие, он тем не менее отображается, даже если скользит, как описано выше.

Более того, на некоторых осциллографах есть специальная секция триггера. Это может позволить задержку от события запуска, а не расширить временную базу в части сканирования. Поскольку этот раздел специфичен и меняется от модели к модели, его необходимо рассматривать в каждом конкретном случае. Здесь давайте остановимся на основном использовании.

Обратная связь важна для нас.

Теги: РЕЖИМЫ ЗАПУСКА Осциллографа

Что нужно знать о цифровых осциллографах

Что такое цифровой осциллограф?
А 9Цифровой осциллограф 0106 имеет возможность анализировать цифровые данные, хранящиеся в его памяти, и выполнять автоматические измерения в зависимости от заданных пользователем параметров, включая отклонение напряжения, частоту и время нарастания. Точно так же он имеет множество способов представления данных, которые были записаны. Эта характеристика объясняется наличием большего количества собираемых данных, чем то, что отображается на экране.

Кроме того, он обладает адаптируемостью для предоставления широкого спектра вариантов хранения, обработки и отображения, таких как графика, снимки экрана размером от четверти до половины и программы многоэтапной обработки. Использование цифрового осциллографа подходит для отображения сигналов сложной формы, которые требуют измерений и расчетов определенных компонентов формы сигнала для получения числовых и выходных отображений формы сигнала, отражающих определенные атрибуты формы сигнала.

Цифровой осциллограф OSP1102

Компоненты цифрового осциллографа
Цифровой осциллограф состоит из шести частей. Это усилители с аналоговыми вертикальными входами, цифровой памятью сигналов и аналого-цифровым преобразователем, база времени с тактовым приводом и триггером, схемы отображения и реструктуризации сигналов, ЖК- или светодиодный дисплей и источник питания.

Какие функции выполняют кнопки осциллографа?
Функция открытия и закрытия обеспечивается Кнопкой POWER (On/Off). Яркость линии на экране можно менять с помощью интенсивной. Фокус гарантирует достаточно узкую линию на экране. Кнопки Вертикально-горизонтальное положение позволяют настроить горизонтальное и вертикальное положение строк сканирования.

С помощью кнопки Вольт можно изменить чувствительность входа от 5 мВ/см до 20 В/см. Можно выбрать время от 0,5 м*с/см до 0,2 с/см с помощью кнопки Time/div. Hold off регулирует интервал между сканированиями. Кнопка наклона имеет (+) или (-). В зависимости от этих маркеров запуск будет происходить либо в положительной, либо в отрицательной позиции. Двойная кнопка включает одновременное появление каналов 1 и 2.

Как пользоваться осциллографом?
Канал входного сигнала цифрового осциллографа прощупывается после работы. Используются два наиболее распространенных типа измерительных зондов. Это датчики X1, которые не ослабляют сигнал, и датчики X10, которые делают это десять раз. Если при работе второго типа на наконечнике щупа присутствует напряжение 5 В, на осциллограф поступает напряжение 0,5 В.

Это необходимо учитывать при определении размера знака. Все современные датчики используют разъемы типа BNC (вилки). Подвижная часть снаружи этих заглушек поворачивается по часовой стрелке и фиксируется после того, как они будут помещены в соответствующие гнезда. Это необходимо учитывать при определении размера знака.

Какие измерения можно выполнять с помощью осциллографа?
LISUN цифровые осциллографы позволяют просматривать значения кривых заряда и разряда конденсатора, уровни переменного и постоянного напряжения; разность фаз; Частота и характеристики полупроводниковых устройств, таких как диоды и транзисторы. Также можно измерить форму волны изменения электрической величины и количество тока, протекающего через цепь. Ниже мы рассмотрим два типа измерений.

Измерение напряжения
Вертикальная ось используется для измерения амплитуды сигнала на экране. На экране квадраты используются для первоначального определения амплитуды. Затем вычисляется реальное значение напряжения путем умножения частоты кадров на значение, которое указывает сигнал на коммутаторе входного аттенюатора VOLTS/DIV. При использовании пробника с аттенюатором (X10 или X100) необходимо также учитывать коэффициент ослабления. Поворот переключателя VOLTS/DIV по часовой стрелке увеличивает чувствительность осциллографа.

Измерение частоты с помощью осциллографа Современные осциллографы измеряют период, а не частоту. По горизонтальной оси откладываются измерения периода. Подсчитав квадраты, можно определить, какова продолжительность одного периода сигнала в направлении оси X. После этого период сигнала рассчитывается путем умножения значения, показанного коммутатором TIMEBASE, на количество кадров. На измерения времени не влияет тип используемого датчика (X1, X10 или X100).

Измерение периода или частоты
В цифровых осциллографах измеряется период, а не частота. По оси X (горизонтальной) производятся измерения периода. Подсчитав квадраты, можно определить, какова продолжительность одного периода сигнала в направлении оси X. Умножив количество кадров, мы можем определить значение кнопки time/div. Коэффициент затухания удваивается и принимается во внимание, если пробник изнашивается.

Оси цифрового осциллографа
Вертикальная ось или ось напряжения
Вертикальная секция осциллографа регулирует величину напряжения на экране. Обычно эта часть содержит две кнопки, позволяющие пользователю индивидуально регулировать положение по вертикали и вольт/дел. Масштаб по вертикали на экране можно регулировать, прилагая более значительное усилие к каждой кнопке делителя. Шкала регулируется вращением ручки как по часовой, так и против часовой стрелки.

Чем меньше размер, тем больше «увеличена» осциллограмма. Вертикальное изменение положения осциллограммы на экране осуществляется с помощью кнопки «Позиция». Волна опускается, когда ручка поворачивается по часовой стрелке, и движется к экрану, когда она поворачивается против часовой стрелки. Можно удалить часть сигнала с экрана с помощью кнопки положения.

Горизонтальная ось или ось времени
Шкала времени, отображаемая на экране, управляется горизонтальной частью осциллографа. Позиция и время/деление — это две кнопки на горизонтальной оси. Количество секунд, которое должна представлять каждая часть, будет уменьшаться, когда кнопка времени/деления поворачивается против часовой стрелки.

Аналогичен вертикальной системе. Если шкалу времени увеличить, повернув устройство против часовой стрелки, на экране может отображаться более длительное время. Осциллограмму можно переместить влево или вправо от экрана, отрегулировав горизонтальное смещение с помощью кнопки «Позиция». Вы можете выбрать, сколько периодов сигнала вы хотите показать, используя горизонтальную систему. Возможны многие пики сигнала, каналы и удаление.

Чем цифровые осциллографы отличаются от аналоговых?
Сохраненные трассы такие же яркие, точно определенные и записываются так же быстро, как и несохраненные трассы, что является основным преимуществом перед аналоговым хранилищем. Трассировки можно хранить бесконечное количество времени или записывать на внешнее устройство хранения данных, а затем снова загружать. Это позволяет, например, сравнивать стандартную трассировку, полученную от заведомо исправной системы, с трассировкой, полученной от тестируемой системы. Существует множество типов, которые могут отображать форму волны перед сигналом запуска.

Сигналы обычно анализируются с помощью цифровых осциллографов, которые также отображают числовые значения и визуальные изображения. Типичными примерами этих значений являются средние, максимальные и минимальные значения, RMS и частоты. При использовании в режиме однократной развертки их можно использовать для записи переходных сигналов без ограничений по яркости и скорости записи аналогового запоминающего осциллографа.

После получения отображаемую трассу можно изменить; например, часть экрана можно увеличить, чтобы лучше показать мелкие детали, или можно отобразить длинную кривую на одном дисплее, чтобы выделить определенные интересующие области. Пользователь может аннотировать сохраненную трассу на многих приборах. Плоскопанельные дисплеи, используемые во многих цифровых осциллографах, — это те же дисплеи, которые производятся в больших количествах для экранов компьютеров и телевизоров. Благодаря использованию таких интерфейсов, как параллельный порт принтера, последовательный порт RS-232, шина IEEE-488, порт USB или Ethernet, цифровыми запоминающими осциллографами можно управлять дистанционно или автоматически, а также передавать захваченные сигналы на внешний дисплей или в хранилище.

Преимущества цифрового осциллографа
Возможность сохранять цифровые данные для быстрого просмотра, загружать их на компьютер, делать их печатные копии или сохранять на гибких дисках, а также мгновенно измерять цифровые данные — вот некоторые из преимуществ цифрового осциллографа. цифровой осциллограф над аналоговым осциллографом. Цифровые осциллографы могут отображать осциллограммы сразу после события запуска, тогда как аналоговый осциллограф требует запуска до начала просмотра. Лучшими характеристиками цифровых осциллографов являются их большой объем памяти и точность сигнала в реальном времени. Имея передовые методы DSP, они подходят для изучения высокочастотных переходных процессов.

Осциллографы — это измерительные инструменты, используемые для проверки напряжения сигналов в электрических устройствах, таких как аудиозаписывающее и радиовещательное оборудование для телевидения и радио. Осциллографы с цифровым запоминающим устройством обладают тем преимуществом, что могут записывать и сохранять в электронном виде события, которые могли произойти, когда никого не было или когда наблюдение было невозможно по другим причинам. Помимо этой особенности, осциллографы имеют ряд преимуществ перед другим аналогичным диагностическим оборудованием, таким как вольтметры.

Графическое представление
Так как они могут отображать сигналы графически, цифровые запоминающие осциллографы имеют преимущество перед вольтметрами, поскольку они облегчают визуальное определение причины неожиданного напряжения. Вольтметры обнаруживают только неожиданное напряжение, что требует дополнительной диагностики и устранения неполадок. То же самое напряжение может быть измерено цифровым запоминающим осциллографом, который покажет колебания в затронутой цепи. Визуальное отображение точной формы или времени импульса в цифровых запоминающих осциллографах полезно и иногда необходимо.
Отслеживание сигнала

Чтобы точно определить неисправный компонент, профессионалы могут использовать цифровые запоминающие осциллографы для проверки отдельных соединений и частей электрических устройств. Осциллограф может определить, где ожидаемый сигнал отсутствует или ошибочен, контролируя функции каждого отдельного компонента. Осциллограф может оценить незначительные различия в работе других компонентов и уведомить технического специалиста о возможной необходимости замены или точной настройки. Он также может идентифицировать рабочие детали, чтобы предотвратить ошибочную замену.

Тестирование новой схемы
Цифровой осциллограф может проверять наличие ошибок в новой разработанной схеме, обеспечивая ее правильное функционирование, или выявлять недостатки конструкции, такие как низкие уровни напряжения и электрические помехи. Используя осциллограф с двойной трассировкой, технические специалисты могут проверить, правильно ли работают внутренние часы, которые измеряют действия других компонентов, просматривая как тактовый сигнал, так и тестовый сигнал электронного устройства.

Часто задаваемые вопросы
Каковы общие категории цифровых осциллографов?
Одиночные цифровые осциллографы и осциллографы со случайной или сопоставимой периодической выборкой являются двумя основными формами цифровых осциллографов. После выполнения условия запуска однократный осциллограф начинает выборку события в реальном времени. Максимальная частота дискретизации одновибрационных осциллографов ограничена скоростью аналого-цифрового преобразователя.

Максимальное количество времени, которое может быть выбрано из одного события, зависит от объема памяти покупки, которая получает выходные данные устройства от преобразователя. Между прочим, события выборки, которые повторяются в разных местах через определенные промежутки времени, являются основой осциллографа со случайными вкраплениями или осциллографа эквивалентной временной выборки.

Каков их принцип работы?
Высокоскоростные микропроцессоры позволяют цифровым осциллографам работать по принципу дискретизации входного сигнала. Преимущество этого в том, что сигнал может быть перехвачен, остановлен и запущен в любой момент и на любом уровне. Наибольшая частота сигнала, которую вы можете измерить с помощью цифрового осциллографа, также будет зависеть от используемого вами прибора, даже несмотря на то, что аналоговые осциллографы не имеют теоретического верхнего предела.