Канал развертки

Для получения на экране кривой исследуемого напряжения u_Y(t) в прямоугольной системе координат необходимо, чтобы напряжение, поступающее на ПГО, изменялось в течение некоторого интервала времени по линейному закону u(t) = vt (v – скорость изменения напряжения, имеющая размерность В/с). В это время луч должен перемещаться по экрану слева направо.

С этой целью в состав канала вводится генератор развертки (ГР), формирующий так называемое пилообразное напряжение (рис.3). Интервал времени t ₁ - время ожидания запуска генератора. В течение t ₁светящееся пятно находится в левой части экрана; координата x пятна в течение этого интервала времени не изменяется. Интервал времени t _Р называют временем развертки (рабочего) хода луча. В течение t _Рпод действием линейно нарастающего напряжения светящееся пятно движется по экрану слева направо с постоянной скоростью. В течение t ₂ (времени обратного хода луча) луч движется справа налево в исходное положение. Время t ₂ стремятся сделать возможно меньшим, а подачей запирающего импульса отрицательной полярности на сетку ЭЛТ перекрывают поток электронов. Напряжение с ГР усиливается усилителем У _X и поступает на ПГО.

На интервале времени развертки t _Р, перемещение пятна по горизонтали x определяется уравнением

x = K_XS_X v t = S_Р t, (2)

где K_X - коэффициент усиления У _X;

S_X - чувствительность трубки по горизонтали.

S_Р - чувствительность канала.

Величина 1/ S_Р = K _О _,_X = К _Р называется коэффициентом отклонения осциллографа по горизонтали или коэффициентом развертки. Она является нормированной величиной для каждого значения v и имеет размерность с/дел.

Уравнения (1) и (2) полностью описывает движение светящегося пятна на экране осциллографа в пределах t _Р для любых напряжений, дейст-

вующих на отклоняющих пластинах одновременно.

Найдя величину t из уравнения (2) и подставив её в (1), получим:

y = K _дн K _Y S_Yu_Y (x/ K_XS_X v). (3)

Сравнивая (3) с зависимостью исследуемого напряжения u_Y от времени (1), нетрудно видеть, что координаты изображения y и x связаны между собой той же функциональной зависимостью. Постоянные множители K _дн K _Y S_Y и K_X S_X v определяют лишь масштаб изображения.

t ₁ t _Р t ₂ t ₁

Рис. 3. Напряжение на выходе генератора развёртки

В АО предусмотрены два режима работы ГР:

1) автоколебательный режим генератора развёртки, при котором развёртка происходит без запускающего импульса;

2) ждущая развертка, при которой ГР для выполнения каждого своего цикла (т.е. каждого «зуба пилы») ждёт запускающего синхроимпульса.

При исследовании периодических напряжений изображение на экране будет неподвижным и удобным для наблюдения, если во время каждого прямого хода луча светящееся пятно движется по одной и той же траектории. Это возможно лишь в том случае, когда начало развертки т.е. начало движения луча слева направо и период напряжения развёртки T _р равен или в целое число раз больше периода исследуемого напряжения. Регулируя время рабочего хода t _р и время ожидания t ₁, можно изменять период T _ри, следовательно, добиваться неподвижности изображения (время обратного хода луча не регулируется).

На практике периоды исследуемого и развёртывающего напряжений обычно нестабильны. Вследствие этого изображение на экране АЭ будет перемещаться. Для получения неподвижного изображения осуществляется жёсткая связь (синхронизация) между периодами исследуемого и развёртывающего напряжений.

Идея синхронизации в режиме непрерывной развёртки, когда t ₁= 0, заключается в том, что прямой ход луча принудительно заканчивается при вполне определённом мгновенном значении исследуемого напряжения. При этом малое изменение периода исследуемого напряжения автоматически ведёт к соответствующему изменению периода развёртывающего напряжения. Для осуществления синхронизации исследуемое напряжение, снимаемое с выхода усилителя Y (переключатель П1 в положении 1- см. рис.1), подаётся на управляющий вход генератора развёртки (“внутренняя синхронизация”). Синхронизация может также осуществляться от внешнего источника напряжения (переключатель П1 в положении 2), частота которого совпадает с частотой исследуемого напряжения или меньше её в целое число раз (“внешняя синхронизация”).

Пусть на вход Y поступает последовательность одинаковых импульсов напряжения, причём длительность импульса гораздо меньше паузы. Для наблюдения и измерения параметров подобных импульсов режим непрерывной развёртки ГР не удобен, так как практически невозможно получить изображение одного импульса, соизмеримое по горизонтали с размерами экрана ЭО. Такое изображение можно получить, используя ждущий режим работы ГР (t ₁ 0) с внутренним или внешним запуском.

В ждущем режиме с внутренним запуском генератор развёртки до поступления исследуемого напряжения не работает, “ждёт” (время t ₁). Момент начала прямого хода луча соответствует определённому уровню (определённому мгновенному значению) и знаку производной исследуемого напряжения. Этот уровень - уровень запуска можно регулировать. Время t _рпрямого хода луча можно устанавливать произвольным. После окончания обратного хода луча генератор развёртки прекращает работу, “ждёт” до тех пор, пока на его управляющий вход вновь не поступит исследуемое напряжение заданного уровня. Выбрав время t _рсоизмеримым с длительностью исследуемого импульса и используя его фронт для запуска ГР, можно растянуть изображение одного импульса или его части на весь экран АО.

Поскольку в ждущем режиме запуск развертки начинается с некоторым запаздыванием (необходимо некоторое время на достижение сигнала уровня запуска и срабатывание ГР) изображение начальной части сигнала теряется. Для получения полного изображения сигнала вводится линия задержки ЛЗ в канал Y (см. рис. 1). Регулировкой уровня запуска необходимо добиться того, чтобы задержка запуска ГР была меньше задержки, вносимой ЛЗ.

В ждущем режиме с внешним запуском генератор развёртки работает аналогично, только его запуск осуществляется фронтом или срезом вспомогательного импульса, который может быть сдвинут во времени относительно исследуемого, опережая его. Вспомогательные импульсы подаются на вход внешней синхронизации АО. В этом режиме удаётся более детально рассмотреть и точнее измерить, например, фронт и срез исследуемого импульса.

Органы управления каналом развёртки расположены в голубой области справа, названной (TIME BASE). В ней помещены:

1) Переключатель коэффициента горизонтального отклонения TIME/DIV на 23 значения от 2 с/дел. (крайнее положение против часовой стрелки) до 0,1 мкс/дел. (крайнее -по часовой).

2) Ручка с обозначением VAR SWEEP (изменение размаха), которой можно плавно изменять скорость развёртки, т.е. сжимать или растягивать изображение по горизонтали.

ВНИМАНИЕ! Установленный по горизонтали масштаб верен только в том случае, если эта ручка повёрнута до конца по часовой стрелке (лёгкий щелчок, обозначение CAL – калибровка).

3) Ручка для плавного перемещения изображения направо или налево без изменения размеров. Над ней обозначение POS с двумя стрелками, направленными направо и налево, а под ней обозначение PULL ×10, т.е. в вытянутом положении скорость развёртки увеличивается в 10 раз. Если, например, переключатель масштаба установлен в положение 0,1 мкс/дел., то при вытянутой ручке он становится 0,01 мкс/дел. = 10 нс/дел.

4) Красная квадратная кнопка с обозначением X – Y. Если её нажать, то будет установлен режим X – Y. а канал развёртки входных напряжений выключается.

Область вверху (серый прямоугольник) относится к синхронизации, т.е. к запуску развёртки. В ней расположены:

1) Рычажный переключатель COUPLING (связь) на 4 позиции:

а) AUTO – автоколебательный режим генератора развёртки, при котором развёртка происходит без запускающего импульса;

б) NORM – ждущая развёртка, при которой генератор развёртки для выполнения каждого своего цикла (т.е. каждого «зуба пилы») ждёт запускающего синхроимпульса;

в) TV – V и TV – H – используются при наблюдении телевизионных сигналов (в работе не используются).

2) Рычажный переключатель SOURCE (источник) на 4 позиции:

а) CH1 – внутренняя синхронизация сигналом канала 1; у этой позиции справа от переключателя есть ещё два обозначения X – Y и ALT.: переключатель должен быть поставлен в эту позицию в режимах X – Y и ALT. TRIG.

б) CH2 – внутренняя синхронизация сигналом в канале 2;

в) LINE – внутренняя синхронизация сетевым напряжением;

г) EXT – внешняя синхронизация.

3) Ручка плавной регулировки уровня запуска с обозначением над ней TRIG. LEVEL (triggering – запуск, level – уровень). Она позволяет устанавливать тот уровень сигнала, по достижении которого начинается очередной цикл ждущей развёртки. Если риска находится в правой части окружности, то этот уровень положительный (обозначен +), если в левой – отрицательный (обозначен –). Под этой ручкой имеется обозначение PULL (–) SLOPE, которое надо понимать так: если её вытянуть, то запуск будет производиться не фронтом, а спадом импульса; иногда это называют знаком синхронизации, т.е. фронт – это плюс, а спад – минус. Но этот знак нельзя путать со знаком уровня запуска: уровень может быть отрицательный, а запуск, если ручка не вытащена, будет происходить при возрастании сигнала, и наоборот. Сигналы на рис. 4 поясняют принципы управления синхронизацией.

4) Ручка плавной регулировки паузы между следующими друг за другом циклами развёртки с обозначением над ней HOLD OFF (hold off – удерживать, т.е. удерживание очередного цикла). Поворот против часовой стрелки уменьшает паузу. При этом повышается яркость изображения: луч чаще пробегает по своему пути на экране. Обычно имеет смысл устанавливать минимальную паузу, для чего нужно повернуть ручку HOLD OFF до конца против часовой стрелки. Увеличение паузы может понадобиться при исследовании сложно изменяющихся напряжений, таких, например, как показанное на рис.5.

Уровень запуска

аппвыавадлщлдло

Рис.4. Уровень и знак синхронизации: левые рисунки – риска ручки TRIG LEVEL в правой половине окружности, правые – в левой; верхние рисунки – ручка утоплена (не вытянута), нижние – вытянута.