Структурная схема универсального осциллографа

Универсальным осциллографом называется измерительный прибор, в котором исследуемый электрический сигнал подается через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систему электронно-лучевой трубки ЭЛТ), а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляется напряжением горизонтальной развертки (ГОСТ 22737-77).

Упрощенная структурная схема универсального осциллографа изображена на рис. 6.1. В осциллографе кроме ЭЛТ и каналов вертикального и горизонтального отклонений можно выделить следующие функциональные блоки: устройство синхронизации и запуска развертки, канал модуляции луча, вспомогательные устройства, источник питания. В стеклянном баллоне ЭЛТ расположены подогревный катод К, модулятор (сетка) М, фокусирующий анод А _ь ускоряющий анод А₂ и две пары, взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин: X — горизонтальные, Y —вертикальные.

Канал вертикального отклонения луча. На рис. 6.1 показан канал вертикального отклонения луча, состоящий из аттенюатора, линии задержки и усилителя. Канал Y служит для передачи на пластины Y исследуемого сигнала и_с(г), подводимого ко входу Y. Аттенюатор канала позволяет ослабить сигнал u_c(t) в определенное число раз, а линия задержки (она регулируемая) обеспечить его подачу на пластины Y с задержкой относительно начала горизонтально развертывающего напряжения U_x. Усилитель обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах У, достаточную для значительного отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом u_c(t).

В свою очередь, усилитель Y канала вертикального отклонения включает следующие звенья (на рис. 6.1 не показаны): входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления К_ус, 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 может также входить калибратор амплитуды (на рис. 6.1 не показан). Сигнал от калибратора поступает на вход первого усилителя для установки за­данного коэффициента усиления Ar_yct. При этом цена деления

где U_K — напряжение калибратора; К_ус[ — коэффициент усиления усилителя при одном положении регулировки; и_к — число делений сетки, занятое изображением калибровочного сигнала.

Цена деления масштабной сетки с учетом коэффициента деления к_д аттенюатора с_д = ск_д. Если в процессе работы параметр с остается постоянным, то величина с_д может быть указана на дискретном переключателе аттенюатора, что и делается на практике. Основные характе­ристики канала вертикального отклонения — верхняя граничная частота порядка 100 МГц и чувствительность S_y = к_д K_ycS_mp; при к_д - 1 чувствительность около 1 мм/мВ.

Канал горизонтального отклонения луча — канал X — служит для создания горизонтально отклоняющего — развертывающего — напряжения U_x с помощью напряжения генератора развертки или для передачи (через аттенюатор и усилитель) на пластины X исследуемого сигнала, подводимого ко входу X осциллографа. Схема синхронизации вырабатывает сигнал синхронизации, поступающий на генератор развертки (для получения четкой неподвижной осциллограммы). Усилитель канала X усиливает и преобразует сигнал развертки £/_р в U_x.

Канал горизонтального отклонения характеризуется чувствительностью и полосой пропускания, которые раза в два меньше, чем в канале вертикального отклонения. Основной блок в канале — генератор развертки, работающий в непрерывном или ждущем режиме. К форме пилообразного напряжения генератора предъявляется ряд требований:

- время обратного хода луча должно быть много меньше времени прямого хода Г_о6р «Г_пр. В противном случае часть изображения сигнала будет отсутствовать;

- для того чтобы изображение на экране было неподвижным, осцил­лограмма должна начинаться всегда с одной и той же точки экрана и фазы сигнала. Это достигается синхронизацией напряжения развертки с напряжением сигнала, поэтому период развертки должен быть равен или кратен периоду исследуемого сигнала: Г_разв = пТ_с, где п = 1, 2, 3, 4...;

- напряжение развертки при прямом ходе луча должно быть линейным, иначе луч будет двигаться по экрану с различной скоростью и нарушится равномерность временного масштаба по оси X. Это может привести к искажению сигнала.

Канал Z (канал управления яркости) осциллографа служит для передачи со входа Z на управляющий вход ЭЛТ сигнала, модулирующего ток ее луча и, следовательно, яркость свечения люминофора. В схему этого канала входят: аттенюатор, схема изменения напряженности и усилитель Z.

Калибратор — устройство формирующее периодический импульсный сигнал с известными амплитудой, длительностью и частотой для калибровки осциллографа, т.е. для обеспечения правильных измерений параметров исследуемого сигнала.