назначение, структурная схема, принцип действия — Студопедия.Нет

Предназначен для визуального наблюдения электрических сигналов и измерения их параметров. Он отличается большим входным сопротивлением, высокой чувствительностью, пренебренежимо малой инерционностью и универсальностью.

Познакомимся с устройством и особенностями работы цифрового осциллографа на примере двухлучевого осциллографа С9-8. На рис. 1 представлена его блок-схема. Исследуемый сигнал поступает на вход усилителя (усилителя А или усилителя Б), далее преобразуется в цифровой код аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и в цифровом виде запоминается блоком памяти (ЗУ). Информация из памяти может быть «высвечена» в виде привычной осциллограммы на дисплее прибора (дисплей ЭЛТ). Имеется возможность независимого масштабирования по амплитуде и времени, что позволяет выводить на экран как весь записанный в память сигнал, так и отдельные временные фрагменты.

Рис. 1. Блок-схема цифрового осциллографа

С помощью системы маркеров на дисплей осциллографа выводятся численные значения времени и напряжения в выбранных на экране точках осциллограммы. Всеми узлами прибора управляет встроенная ЭВМ (микропроцессор).

Цифровой осциллограф кроме штатных сервисных удобств электронно-лучевых осциллографов (ждущий запуск, внешняя синхронизация, задержка запуска, многоканальность и т.д.) имеет свои, присущие только ему, возможности: цифровой отсчет и неограниченное время хранения информации, одновременное расположение в памяти нескольких осциллограмм, программное управление и возможность математической обработки полученных данных внешними ЭВМ и т.п. В частности, одним из пользовательских удобств является так называемая «антизадержка» (или опережение), т.е. развертку осциллографа по внешнему запуску (или в ждущем режиме) можно как бы запустить за некоторое время до прихода запуска. Такой «прием» осуществляется благодаря возможности циклической непрерывной записи поступающих данных в память осциллографа, и сигнал запуска является в действительности сигналом «стоп» с определенной задержкой. Поясним это несколько подробнее. Если для записи данных в цифровом осциллографе имеется М ячеек памяти (С9-8 содержит 2048 ячеек памяти), а время между отдельными измерениями при оцифровке сигнала t (период дискретизации АЦП), то можно запомнить осциллограмму длительностью до Mt. В режиме непрерывной циклической записи поступающая информация записывается вначале в ячейку N1, затем в N2, далее в N3… в N(m – l), в Nm; затем снова в N1, далее в N2 и т.д., пока включен этот режим. Следовательно, при непрерывной циклической записи в любой момент времени Т в памяти находится осциллограмма сигнала, последовательно от момента времени (Т – Mt) до Т. Антизадержка запуска реализуется следующим образом. При включении осциллографа в ждущем режиме включается непрерывная циклическая запись в память оцифрованных входных напряжений с установленными интервалами дискретизации t и ожидается синхроимпульс для «запуска» развертки. После прихода импульса синхронизации в момент времени Т0 можно продолжить запись в течение tраз(tраз < Mt), при этом в памяти прибора окажется осциллограмма от момента времени T0 – (Mt – tраз) до Т0+Траз т.е. реализуется опережение запуска развертки по отношению к моменту прихода синхроимпульса Т0 на величину (Mt – tpaз). Отметим, что в осциллографах выбирается требуемое опережение – t0, а длительность развертки подсчитывается автоматически tpaз = Mt – t0. Наличие опережения позволяет фиксировать физические величины с «предысторией», делает более удобным изучение процессов с сигналом запуска как следствием интересуемых явлений. Например, при изучении электрических пробоев, различных взрывов и т.п. интересует начальный момент развития процесса, в это время все изменения очень малы и могут возникнуть проблемы с устойчивой синхронизацией запуска осциллографа. Используя в качестве синхроимпульса развившийся процесс (пробой, взрыв и т.п.), выбрав подходящее опережение, можно уверенно фиксировать зарождение процессов, фронты импульсов и т.д.

Структурная схема универсального осциллографа — Информатика, информационные технологии

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

Sy = kдkycSyc,

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:

Tp = nTc,

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

UY = (Usin(?t) = Usin(2?t/T),

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

UX = Usin[(?(t ? T/4)] = ?Ucos(?t).

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

UC = E(1 ? e?t/?) ,

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).

Контрольные вопросы

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:

Разновидности электронных осциллографов

8.5.1. Двух – и многоканальные; двухлучевые осциллографы – приборы относящиеся к группе С1. Применяются при наблюдении одновременно двух и более сигналов, при анализе искажений формы сигналов, исследовании и настройке цифровых систем передачи.

Принцип построения многоканальных осциллографов рассмотрим на примере двухканального прибора, обобщенная структурная схема которого имеет вид (рис.8.7):

   

Обобщенная структурная схема двухканального осциллографа

Рисунок 8.7   

Отличительной особенностью схемы является наличие электронного коммутатора, который подает исследуемые сигналы каждого канала на одни и те же отклоняющие пластины ЭЛТ. Обычно предусматривают 4 режима работы 2 каналов:

–      одноканальный (коммутатор подключен к первому либо ко второму каналу)

–      чередования каналов (коммутатор поочередно подключает каналы после каждого хода развертки)

–      прерывания (работают оба канала, но переключения производятся с высокой частотой [как правило более
Гц])

–      алгебраического сложения (оба канала одновременно работают на одну нагрузку; в этом режиме можно исследовать сумму или разность двух сигналов)

На основе двухканального принципа строятся многоканальные (до 8 каналов) электронные осциллографы.

Основой для построения структурной схемы двухлучевого осциллографа является ЭЛТ, снабженная двумя электронными прожекторами и двумя парами пластин вертикального отклонения. К каждой паре пластин подключен отдельный КВО; развертка, как правило, одна на оба луча. По частотным характеристикам двухлучевые осциллографы аналогичны однолучевым, однако из-за усложнения схемы и конструкции ЭЛТ, как правило, дороже и менее надежны.

8.5.2. Цифровые осциллографы

Обобщенная структурная схема одноканального цифрового осциллографа  приведена на рис.8.8.

 

Рисунок 8.8   

Исследуемый сигнал через блок входных устройств (ВУ) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП). В АЦП происходит дискретизация сигнала по времени и квантование по уровню. На его выходе формируются коды, соответствующие мгновенным значениям сигнала, отстоящим друг от друга на интервал дискретизации. Эта информация запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Там же хранится информация о номере точки дискретизации. Управление работой АЦП и ОЗУ осуществляется внутренним контроллером в соответствии с программами, хранящимися в постоянной памяти (ПЗУ). В ПЗУ хранятся также программы обслуживания органов управления, поддержки осциллографического дисплея и т. д.  Обратное преобразование сигнала из дискретной формы в аналоговую происходит в блоке цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) с последующей подачей напряжений на пластины X и Y ЭЛТ. Входными сигналами для блока ЦАП являются коды мгновенных значений сигнала и номеров точек дискретизации.

В описанной схеме предусматривается преобразование исследуемого сигнала (аналог-цифра) и его дальнейшая обработка с помощью внутреннего контроллера. Это определяет основные свойства цифровых осциллографов данного типа.

Достоинства

–      возможность реализации функций запоминающего осциллографа с неограниченным временем хранения информации;

–      возможность замедленного воспроизведения всей или отдельных участков осциллограммы;

–      возможность измерения параметров сигналов с помощью внутреннего контроллера, а также простота сопряжения с цифровыми системами более высокого уровня иерархии.

Среди недостатков следует отметить наличие методических погрешностей АЦП (погрешности дискретизации и квантования), величины которых зависят от соотношения полосы частот исследуемого сигнала, быстродействия АЦП и от разрядности выходного кода АЦП соответственно.

Данный принцип преобразования широко применяется при построении »виртуальных» приборов, представляющих собой измерительную систему на базе РС, снабженного специализированной программной поддержкой и блоками сопряжения с измеряемыми объектами. Примером может служить универсальная программа Lab VIEW, разработанная фирмой NATIONAL INSTRUMENTS, позволяющая реализовать функции мультиметра,  измерительного генератора, анализатора спектра и цифрового осциллографа.

Известен ряд вариантов построения структурных схем цифровых осциллографов /1,2/, в которых микропроцессорная система может выполнять следующие функции:

–      управление работой осциллографа;

–      выполнение измерительных операций, обработка сигналов и результатов измерения;

–      регулировка и контроль рабочих режимов структурной схемы, а также калибровку отдельных блоков и каналов   

8.5.3. Скоростные и стробоскопические осциллографы

Приборы данной группы применяются при исследовании коротких импульсов и сигналов СВЧ-диапазона. Универсальные аналоговые осциллографы не могут быть использованы для этих целей в силу следующих причин:

–      Резонансная частота системы емкость отклоняющих пластин – индуктивность подводящих проводов должна быть значительно больше высшей гармоники исследуемого сигнала. Полоса пропускания КВО, например, для передачи прямоугольного импульса длительностью должна составлять

–      Изображение на экране оказывается очень бледным из-за высокой скорости перемещения луча по экрану. Например, при длительности импульса  и ширине экрана ЭЛТ 100 мм скорость луча оказывается равной

–      Для точной передачи формы сигнала время пролета электронов между пластинами отклонения должно быть меньше длительности импульса. По этой причине, в скоростных осциллографах, работающих в реальном масштабе времени, применяют специальные ЭЛТ  »бегущей волны».  Их отличительной особенностью является низкая чувствительность  прибора по входу Y ().

При исследовании быстропротекающих  процессов с малой амплитудой напряжения применяют стробоскопический метод осциллографирования. На экране такого осциллографа формируется изображение по форме подобное исследуемому сигналу, но в увеличенном временном масштабе. Это обеспечивается следующим образом. Входной сигнал подается на амплитудно-импульсный модулятор (АИМ), в котором происходит выборка мгновенного значения исследуемого сигнала в момент прихода дополнительно сформированного »стробирующего» импульса. Математическая модель выходного сигнала АИМ может быть представлена в виде

                                                           (8.10)

Где  — дельта функция

 — математическая модель входного сигнала

 — момент стробирования

Период следования стробирующих импульсов () выбирается несколько больше периода исследуемого сигнала

                                                                            (8.11)

В этом случае на выходе АИМ формируется периодическая последовательность »строб»- импульсов, промодулированных по  амплитуде входным сигналом.  Период следования указанных последовательностей определится как

                                                                            (8.12)

Где  — коэффициент трансформации масштаба времени современных осциллографов

Выходной сигнал АИМ подается на вход КВО универсального осциллографа, обладающего ограниченной полосой пропускания. В нем осуществляется кусочно-линейная аппроксимация импульсного сигнала промодулированного по амплитуде, что позволяет восстановить форму исследуемого импульса. Таким образом, удается исследовать сигналы с полосой частот до  при фактической полосе пропускания КВОпри соответствующем уменьшении скорости развертки без применения специальных ЭЛТ.

На рис. 8.9 представлены временные диаграммы сигналов, поясняющие принцип стробоскопического временного преобразования

Похожие материалы:

Классификация и обобщенная структурная схема универсального электронного аналогового осциллографа

Электронные осциллографы предназначены для визуального наблюдения формы сигнала, а так же для измерения параметров сигнала,  они относятся к  приборам группы С:

С1 – универсальные электронные аналоговые осциллографы

С2 – измеритель коэффициента амплитудной модуляции

С3 – измеритель девиации частоты

С4 – анализаторы спектра

С5 – анализаторы гармоник

С6 – измеритель нелинейных  искажений

С7 – скоростные осциллографы

С8 – запоминающие осциллографы

С9 – специальные осциллографы (в том числе цифровые)

Обобщенная структурная схема универсального электронного аналогового осциллографа (в дальнейшем осциллограф) представлена рис.5.1 и включает в себя следующие блоки:

— входные устройства — ВУ1, ВУ2, ВУ3;

— предварительный усилитель — ПУ;

— широкополосная линия задержки — ЛЗ;

— усилитель вертикального отклонения — УВО;

— схема синхронизации — Сх.сихнр.;

— генератор развертки – ГР;

— усилитель горизонтального отклонения – УГО;

— электронно-лучевая трубка – ЭЛТ;

— калибратор – Калибр.;

— источник питания – ИП.

Блоком представления информации в осциллографе является ЭЛТ с электростатическим управлением лучом.

       

 

                      

 

Рисунок 8.1

В общем случае электронный осциллограф содержит три канала, обеспечивающих подачу сигнала на соответствующие электроды ЭЛТ.

1.1.
Канал вертикального отклонения (КВО) или канал Y. Служит для согласования уровня  исследуемого сигнала с чувствительностью ЭЛТ  по пластинам вертикального       отклонения. Его входом служит вход Y осциллографа, а выход нагружен на пластины       вертикального отклонения ЭЛТ. КВО содержит:

–      блок входных устройств (ВУ1) обеспечивающий необходимое входное сопротивление канала. Коэффициент передачи ВУ1 может быть изменен оператором дискретно и плавно.

–      предварительный усилитель (ПУ). Служит для усиления входного (исследуемого) сигнала по напряжению.

–      широкополосная линия задержки (ЛЗ) позволяет наблюдать начальные фазы сигналов в момент запуска генератора развертки в режиме синхронизации »внутренний»

– усилитель вертикального отклонения (УВО) предназначен для усиления исследуемого сигнала по мощности. Его выходной, парафазный сигнал обеспечивает перемещение луча ЭЛТ в вертикальной плоскости.

Основными параметрами КВО являются чувствительность, определяемая величиной коэффициента передачи, и полоса пропускания, определяющая полосу частот исследуемого сигнала. Необходимыми требованиями являются:

–      стабильность коэффициента передачи (временная, температурная и т. д.)

–      равномерность АЧХ  в полосе пропускания КВО.

Важным параметром КВО, используемым при измерениях,  является коэффициент отклонения по вертикали:

my -[В/дел]

Его величина может быть изменена оператором и определяется положением дискретного переключателя чувствительности ВУ1 при фиксированном  положении плавного регулятора чувствительности.

1.2.
Канал горизонтального отклонения (КГО) или канал Х. Служит для  формирования разворачивающего напряжения, подаваемого на пластины горизонтального отклонения  ЭЛТ (пластины Х). Канал включает в себя следующие блоки.

1.2.1. Сх. Синхр. — схема синхронизации. Обеспечивает запуск генератора развертки.

1.2.2. ГР — генератор развертки. Служит для формирования специального, изменяющегося линейно во времени напряжения развертки (рис.8.2). В этом напряжении принято различать: период развертки (Tp), который складывается из времени прямого хода  (Тпр.х) и времени обратного хода луча (Тобр.х). В подавляющем большинстве случаев  Tпр.х >> Tобр.х

 

                                              Рисунок 8.2

Математической моделью данного сигнала является функция вида

                                                     (8.1)

Где — крутизна пилообразного напряжения развертки.

В ЭЛТ обеспечивается линейная связь между смещением луча по горизонтали Lx(t) и напряжением, поданным на пластины горизонтального отклонения Ux
(t). Следовательно

                                                                 (8.2)

Где — чувствительность ЭЛТ по пластинам Х.

Таким образом, при подаче напряжения ГР на пластины Х будет выполняться условие

,                                                                   (8.3)

т.е. смещение луча по горизонтали пропорционально времени («временная» развертка).

В этом случае на экране ЭЛТ наблюдается осциллограмма, представляющая собой зависимость мгновенного значения сигнала поданного на вход Y осциллографа от времени.

Требования к сигналу ГР: 

–          высокая линейность,

–          стабильность амплитудных и временных характеристик.

ГР может работать в трех основных  режимах: непрерывный (автоколебательный), ждущий и разовый запуск. Непрерывный режим используются при  исследовании гармоничных сигналов, а также сигналов с малой скважностью. Ждущий режим используется при исследовании сигналов с большой скважностью. Режим разового пуска используется для исследования случайных или однократных сигналов.

Для получения неподвижного изображения частоту развертки необходимо синхронизировать с частотой исследуемого сигнала. Условиями получения неподвижного изображения, называемыми «условием синхронизации», являются:

a)    , где п — натуральное число.

б) Момент запуска генератора должен соответствовать одной и той же фазе                   исследуемого сигнала.

На рис. 8.3 представлены осциллограммы одного и того же сигнала для случая:

а)  условие   выполняется при (n=2; ) 

б) условие кратности частоты развертки частоте сигнала не выполнено (п=1,5; ) 

 

                                                      Рисунок  8.3

В осциллографе предусматривается три вида синхронизации в зависимости от источника синхронизирующего сигнала:

а)  “Внутренний” – синхронизация осуществляется от исследуемого сигнала.

б) “Внешний” – источник синхронизирующего сигнала – внешний (дополнительный) генератор. Как правило, этот вид синхронизации применяют при исследовании импульсных сигналов с большой скважностью. Генератор развертки работает в ждущем режиме.

в) “От сети”. Источником синхронизации сигнала является сигнал, кратный частоте питающей сети. Этот вид используется при исследовании влияния сетевых помех.

1.2.3.
УГО предназначен для усиления разворачивающего напряжения и подачи его на          пластины горизонтального отклонения ЭЛТ.

На входе УГО установлен переключатель П1, два положения которого определяют  два  основных режима работы осциллографа. Если П1 находится в положении 1, то на  пластины Х подается напряжение ГР, что соответствует первому основному режиму работы – режиму линейной развертки.

Второй основной режим работы осциллографа – режим усиления (сравнения, фигур  Лиссажу). Он реализуется в положении 2 переключателя П1. При этом,  на пластину Х  ЭЛТ подается внешний сигнал, который подключается к входу Х осциллографа.

Основным параметром КГО, используемым при измерениях, является коэффициент отклонения по горизонтали   или  , измеряемый в единицах [время/деление]. Его численное значение определяется положением дискретного переключателя частоты развертки.

1.3. Канал Z – канал управления яркостью.

Сигнал, поданный на вход Z осциллографа от дополнительного (внешнего) источника поступает на модулятор ЭЛТ. В этом случае происходит модуляция яркости осциллограммы с частотой поданного сигнала.

Кроме того, в структурную схему осциллографа входят блок питания и блок       калибровки. Калибратор предназначен для формирования сигналов, параметры которых     (напряжение и частота) известны с высокой точностью. С их помощью осуществляется      поверка коэффициентов отклонения по вертикали  и горизонтали (калибровка КВО  и КГО).

Похожие материалы:

назначение, структурная схема, принцип действия

Предназначен для визуального наблюдения электрических сигналов и измерения их параметров. Он отличается большим входным сопротивлением, высокой чувствительностью, пренебренежимо малой инерционностью и универсальностью.

Познакомимся с устройством и особенностями работы цифрового осциллографа на примере двухлучевого осциллографа С9-8. На рис. 1 представлена его блок-схема. Исследуемый сигнал поступает на вход усилителя (усилителя А или усилителя Б), далее преобразуется в цифровой код аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и в цифровом виде запоминается блоком памяти (ЗУ). Информация из памяти может быть «высвечена» в виде привычной осциллограммы на дисплее прибора (дисплей ЭЛТ). Имеется возможность независимого масштабирования по амплитуде и времени, что позволяет выводить на экран как весь записанный в память сигнал, так и отдельные временные фрагменты.

Рис. 1. Блок-схема цифрового осциллографа

С помощью системы маркеров на дисплей осциллографа выводятся численные значения времени и напряжения в выбранных на экране точках осциллограммы. Всеми узлами прибора управляет встроенная ЭВМ (микропроцессор).

Цифровой осциллограф кроме штатных сервисных удобств электронно-лучевых осциллографов (ждущий запуск, внешняя синхронизация, задержка запуска, многоканальность и т.д.) имеет свои, присущие только ему, возможности: цифровой отсчет и неограниченное время хранения информации, одновременное расположение в памяти нескольких осциллограмм, программное управление и возможность математической обработки полученных данных внешними ЭВМ и т.п. В частности, одним из пользовательских удобств является так называемая «антизадержка» (или опережение), т.е. развертку осциллографа по внешнему запуску (или в ждущем режиме) можно как бы запустить за некоторое время до прихода запуска. Такой «прием» осуществляется благодаря возможности циклической непрерывной записи поступающих данных в память осциллографа, и сигнал запуска является в действительности сигналом «стоп» с определенной задержкой. Поясним это несколько подробнее. Если для записи данных в цифровом осциллографе имеется М ячеек памяти (С9-8 содержит 2048 ячеек памяти), а время между отдельными измерениями при оцифровке сигнала t (период дискретизации АЦП), то можно запомнить осциллограмму длительностью до Mt. В режиме непрерывной циклической записи поступающая информация записывается вначале в ячейку N1, затем в N2, далее в N3… в N(m – l), в Nm; затем снова в N1, далее в N2 и т.д., пока включен этот режим. Следовательно, при непрерывной циклической записи в любой момент времени Т в памяти находится осциллограмма сигнала, последовательно от момента времени (Т – Mt) до Т. Антизадержка запуска реализуется следующим образом. При включении осциллографа в ждущем режиме включается непрерывная циклическая запись в память оцифрованных входных напряжений с установленными интервалами дискретизации t и ожидается синхроимпульс для «запуска» развертки. После прихода импульса синхронизации в момент времени Т0 можно продолжить запись в течение tраз(tраз < Mt), при этом в памяти прибора окажется осциллограмма от момента времени T0 – (Mt – tраз) до Т0+Траз т.е. реализуется опережение запуска развертки по отношению к моменту прихода синхроимпульса Т0 на величину (Mt – tpaз). Отметим, что в осциллографах выбирается требуемое опережение – t0, а длительность развертки подсчитывается автоматически tpaз = Mt – t0. Наличие опережения позволяет фиксировать физические величины с «предысторией», делает более удобным изучение процессов с сигналом запуска как следствием интересуемых явлений. Например, при изучении электрических пробоев, различных взрывов и т.п. интересует начальный момент развития процесса, в это время все изменения очень малы и могут возникнуть проблемы с устойчивой синхронизацией запуска осциллографа. Используя в качестве синхроимпульса развившийся процесс (пробой, взрыв и т.п.), выбрав подходящее опережение, можно уверенно фиксировать зарождение процессов, фронты импульсов и т.д.

8.1.1. Описание структурной схемы и принцип работы осциллографа

На рисунке 2 представлена структурная схема осциллографа С1-72. Основу осциллографа составляет электронно-лучевая трубка, передняя часть которой является экраном, на котором наблюдаются исследуемые сигналы. С внутренней стороны экран покрыт люминофором — веществом, которое начинает светиться под действием электронного луча. Поток электронов вылетает из катода К, расположенного в задней части трубки. Для обеспечения потока электронов необходимы два условия. Во-первых, термоэлектронная эмиссия, которая вызывается за счёт разогрева катода спиралью накала Н. Во-вторых, необходимо электрическое поле, способное разогнать электроны до нужной скорости в сторону экрана.

Электрическое поле создаётся путём подачи положительного напряжения от источника питания на два анода А1 и А2. Напряжение на первом аноде А1 составляет несколько сот вольт, а на втором – несколько тысяч вольт. Модулятор М служит для уменьшения интенсивности потока электронов, вплоть до его полного прекращения путём подачи на него отрицательного напряжения относительно катода. Переменный резистор R1 позволяет изменять электрический потенциал на модуляторе и служит для регулировки яркости луча. На передней панели осциллографа это ручка с изображением значка солнышка. Конструкция анода А1 позволяет сфокусировать поток электронов, путём изменения напряжения на нем резистором R2. На передней панели осциллографа это ручка с изображением точки внутри кружка.

Рис. 2. Структурная схема осциллографа С1-72.

Для отклонения пучка по вертикали используется пара пластин, расположенных горизонтально, на которые подаётся сигнал от усилителя Y. Коэффициент усиления может изменяться вращением ручки усилителя Y на передней панели. Цифры на переключателе показывают, какое напряжение, поданное на вход Y ,вызывает отклонение луча по вертикали на 1 клетку.

Для отклонения луча по горизонтали используется блоки синхронизации и запуска и генератор развертки, сигнал с которых после усиления подается на пару пластин, расположенных вертикально. Принцип работы блока синхронизации поясняется на рисунке 3. Генератор вырабатывает сигнал треугольной формы Ux. В течение времени Тразв луч перемещается по экрану слева направо. В начале временного интервала Тобр подаётся отрицательный импульс на модулятор, поэтому луч гаснет, его обратное движение невидимо. Время Тразв можно регулировать с помощью ручки время/деление. Цифры на переключателе показывают, за какое время, луч перемещается по горизонтали на одну клетку.

Для того чтобы изображение на экране было чёткое, не двигалось и не троилось, используется блок синхронизации, который обеспечивает начало развёртки луча в те моменты времени, когда луч переместится по вертикали на заданную величину, а направление перемещения будет в одну сторону, например, снизу вверх. Синхронизация обеспечивается при условии Тразв = к*Тсигнала, где к – целое число, а Тсигнала – период исследуемого гармонического сигнала. На рис. 3 показан случай синхронизации, когда Тразв = Тсигнала, а для того, чтобы обеспечить синхронизацию, вводится задержка развертки Тзадержки.

Рис. 3. Принцип работы блока синхронизации.

При этом развертка начинается в те моменты, когда перемещение луча снизу вверх достигнет величины Uу = 0.

При настройке осциллографа добиваются синхронизации путем вращения ручек «стабильность» и «уровень». Сначала ставят ручку «уровень» в среднее положение, а ручку «стабильность» поворачивают против часовой стрелки. В этом случае экран гаснет. Затем плавно поворачивают ручку «стабильность» по часовой стрелке до момента появления изображения исследуемого сигнала на экране. Если изображение двоится или не стоит на месте, нужно вращать вправо-влево ручку «уровень».

Калибраторы предназначены для калибровки чувствительности каналов X и Y путём подачи на вход Y периодического сигнала прямоугольной формы. Этот сигнал имеет строго калиброванную амплитуду и период. Если размах колебаний составляет 6 клеток по вертикали, а период – 1 миллисекунду, т.е. 5 клеток по горизонтали при положении ручки «время/деление» 0,2 мс, то все блоки осциллографа функционируют правильно. На осциллографе С1-72 калибровка осуществляется при переключении ручки «вольт/деление» в положение «калибр».

На осциллографе С1-65 имеются дополнительные ручки, позволяющие плавно изменять чувствительность по горизонтали и вертикали. Для студенческой работы их вращать не следует, и они всегда должны быть повёрнуты по часовой стрелке до упора.

назначение, характеристики, принцип действия структурная схема осциллографа. Элт, жк- матрица.

Основным и наиболее широко применяемым прибором для ис­следования формы напряжения служит электронный осциллог­раф — прибор для визуального наблюдения электрических сиг­налов, а также измерения их параметров с использованием средства отображения формы сигналов.

Все осциллографы делятся на 2 части: аналоговые и цифровые.

Аналоговый электронно-лучевой осциллограф, выполняемый на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

1 – Катод, источник электронов

2 – Модулятор или управляющий электрод, регулирует количество вылетевших электронов.

3 – Первый анод, ускоряет электроны и фокусирует их в пучок.

4 – Второй анод. в совокупности ( 3 и 4) – электростатическая линза.

5 – Вертикально-отклоняющие пластины (у-пластины).

6 – Горизонтально-отклоняющие пластины (х-пластины).

7 – Экран, прозрачная пластина покрытая люминафором.

8 – Аквадаг, собирает использованные электроны.

9 – Накал.

Структурная схема аналогового осциллографа.

— Канал вертикального отклонения.

— Канал горизонтального отклонения.

Линия задержки, задерживает исследуемый сигнал на какое то время.

УВО – усилитель вертикального отклонения, сделает сигнал до нужной величины.

Для внутренней синхронизации.

Три вида синхронизации:

1 – Внутренняя синхронизация, напряжение исследуемого сигнала.

2 – Внешняя синхронизация – от другого источника.

3 – От сети, привязка к питающей сети. 50 Гц подается на схему синхронизации.

Характеристики осциллографов.

1. Чувствительность .

2. Диапазон частот .

3. Входное сопротивление Z_ВХ.

4. Количество каналов

5. Точность воспроизведения (4 класса). 1-3%, 2-5%, 3-10%, 4-12%.

12. Развертки осциллографа: получение осциллограмм синусоидального и

импульсного сигналов.

Разверткой называется линия на экране осциллографа, которую вычерчивает луч при отсутствии сигнала.

Чаще всего используется линейная развертка (луч проходит прямолинейно с одинаковой скоростью весь экран).

Развертка бывает:

1)Однократная, 2) Непрерывная, 3) Ждущая

Для воспроизведения на экране формы кривой исследуемого напряжения к горизонтально отклоняющим пластинам подво­дят линейно нарастающее напряжение, называемое непрерыв­ной линейной разверткой, а вызывающее периодически повто­ряющееся равномерное движение луча по горизонтали слева направо и быстрый его возврат справа налево.

Устойчивое изображение получается только при условии Тр(развёртки)=n*Тс(сигнала)..

б) Т_Р1=3τ, в) Т_Р1=2τ.

осциллограмы импульсных сигналов большой скважности или единичных сигналов.

Скважность — отношение периода к длительности импульса.

Ждущая линейная развертка позволяет осциллографировать кратковременные импульсы большой скважности и случайные непериодические случайные сигналы.

17. Электронный цифровой осциллограф: назначение, принцип действия ЖК и газоразрядной панели, структурная схема цифрового осциллографа, его принцип действия.

Цифровой осциллограф.

Устройство отображения (экраны) чаще всего бывают 2 видов:

1)газоразрядные

2)ЖК –жидкокристаллические

Устройство газоразрядной матричной панели.

1 – пластина из проводящего материала (стекло)

2 – стеклянная пластина, нанесены металлизированные контакты (аноды, они полупрозрачны)

3 – ячейки с газом (черно-неоновая смесь)

Соединим 3 пластины.

Если к 2 (+Е) к 3(-Е), то будет ионизация => святится.

Изменяя позиционный код на аноде или катоде можно менять изображение на осциллографе. Будет святится тот элемент который мы выбрали.

Устройство отображения ЖК матрицы.

Рассмотрим один пиксель

1 – поляризационный фильтр (горизонтальный)

2 – поляризационный фильтр (вертикальный)

Внутри находятся частицы жидких металлов ориентированные винтовым образом (из горизонтального в вертикальное)Молекулы ориентированы вдоль поля.

Устройство цифрового осциллографа.

В цифровом осциллографе осуществляется полная цифровая обработка сигналов отображения на матричных (ЖК или газоразрядных) индикаторов.

Структура цифрового осциллографа.

Входной сигнал поступает на входное устройство, после поступает на АЦП (в строго определенном времени подменяет сигнал выборкой, заменяет сигнал). Потом АЦП с помощью процессора складывает ячейки в ОЗУ (выборки сигнала в определённое время). Есть таймер который записывает в ОЗУ. Экран это матрица. При отображении значения входного сигнала получается с помощью процессора в позиционный код. В итоге получаем святящуюся точку на экране.

Принцип действия:

Для воспроизведения формы исследуемого сигнала на экране осциллографа используется его развертка во времени.

Элементы цифровой техники