Универсальный осциллограф

Электронные осциллографы

Осциллографы предназначены для непосредственного наблюдения формы изучаемого сигнала, например, на экране лучевой трубки. Упрощенная структурная схема универсального осциллографа изображена на рис. 6.

На рис. — это чувствительность пластины, отклоняющей поток электронов в вертикальном направлении

, (3)

где — величина отклонения по OY. Синхронизирующее устройство может работать в режимах внутренней (переключатель П2 в положении 1) и внешней (П2 в положении 2) синхронизации ГЛИН. Конденсатор С при закрытом входе (переключатель П1 в положении 2) необходим для задержки постоянной составляющей входного сигнала. Исследуемый сигнал, после прохождения входного устройства и усилителя, подается на вход Y электронной лучевой трубки. Пластина Y отклоняет луч по вертикали, Х — по горизонтали. К вертикально отклоняющему каналу предъявляются 4 основных правила:

1. высокое входное сопротивление;

2. высокая линейность;

3. высокая чувствительность;

4. широкая полоса рабочих частот (в диапазоне от 0 до 250 МГц)

Отклонение по оси Y будет определяться произведением

, (4)

где

(5)

Выражение (5) — это общая чувствительность, выражаемая в [мм/мВ]. При работе с осциллографом значение вертикального отклонения известно, и нам необходимо определить напряжение входного сигнала. Оно пропорционально коэффициенту отклонения по вертикали, т. е. масштабу осциллографа по вертикали

, (6)

Коэффициент отклонения — величина обратная общей чувствительности осциллографа. Этот коэффициент определяется при помощи калибратора — генератора прямоугольных импульсов с известной амплитудой и периодом. Настраивая соответствующие коэффициенты отклонения (и ) можно добиться необходимой ширины и высоты осциллограммы. Из (6) понятно, что коэффициент будет определяться выражением

(7)

Умножение на 2 в выражении (7) сделано для удобства.

Для осуществления горизонтальной развертки на канал горизонтального отклонения (канал X) подается ЛИН с известной постоянной скоростью изменения. К каналу X предъявляются следующие требования:

1. Высокая линейность прямого хода ЛИН. Нелинейность ЛИН характеризуется коэффициентом нелинейности

(8)

Обычно коэффициент нелинейности

2. Время прямого хода (см. рис. 7)

3. Период развертки осциллограммы должен быть кратен периоду исследуемого сигнала . Если условие кратности нарушится, т. е. число не будет целым, то осциллограмма будет непрерывно сдвигаться.

Для точного выполнения этого условия и необходима синхронизация ГЛИН (рис. 8). Линейно изменяющееся напряжение формируется при зарядке конденсатора стабилизированным током, когда значение напряжения на конденсаторе достигнет определенного значения ключ открывается и емкость разряжается, затем ключ снова закрывается и происходит формирование следующего импульса ЛИН. На рис. 8 синхроимпульсы как бы “подталкивают” конденсатор к преждевременному разряду. Отрицательное напряжение подается на модулятор ЭЛТ. При этом сетка модулятора заряжается отрицательно и затрудняет прохождение электронов, что соответственно приводит к уменьшению яркости точки на экране. Это делается для того, чтобы при разряде конденсатора в ГЛИН, при обратном ходе, происходило отключение луча в ЭЛТ. Если бы этого не происходило,

то осциллограмма при обратном ходе перечеркивалась бы, возвращающимся лучом.

В случае импульсных сигналов непрерывная развертка не подходит, так как скважность импульсных сигналов может быть очень большой (рис. 9). В этом случае используют ждущий режим, при котором для развертки используется сам исследуемый сигнал. Но при этом фронт импульса может не успеть запустить развертку. Поэтому необходимо использовать линию задержки (рис. 9а 4). На рис 9б изображены виды осциллограммы при различных входных сигналах и ЛИН.