Основные узлы электронно-лучевых осциллографов

Рассмотрение особенностей технической реализа­ции основных узлов

ЭЛО позволит правильно уяснить принцип работы ЭЛО и выбор его для целей

исследования.

Канал вертикального отклонения ЭЛО. Канал вертикального отклонения (ВО) предназначен для усиления (ослабления) исследуемых электрических сигналов до необходимого значения. Он обеспечивает удобное наблю­дение и исследование изображения на экране ЭЛТ без искажений. В канал ВО входят: входное устройство (входная цепь и аттенюатор), усилитель с линией задержки.

Входное устройство позволяет расширить пределы измеряемых входных напряжений и обеспечить необходимое входное сопротивление. Большинство осциллографов допускают две схемы Y- входа: открытую и закрытую. При открытом входе осциллографа сигнал подается непосредственно на аттенюатор и передается с постоянной составляющей; при закрытом входе сигнал подается через разделительный конденсатор и не пропускает постоянной составляющей. Входное сопротивление канала составляет 0,5—2 Мом, а входная емкость — 10—50 пФ. Некоторые осциллографы имеют низкоомный вход сопротивлением 50 или 75 Ом. В этом случае высокочастотные или широкополосные сигналы через коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом подаются на этот вход. Исключая низкоомный вход, параллельно входной цепи осциллографа может включаться аттенюатор с дискретным коэффициентом деления.

Аттенюатор (делитель напряжения) предназначен для регулировки коэффициента отклонения Ко по верти­кали путем ослабления сигнала и обеспечивает постоянное значение коэффициента отклонения во всем диапазоне полосы пропускания усилителя ВО, почти неизменное большое входное сопротивление и малую входную емкость при переходе от одного коэффициента деления к другому. Аттенюатор работает как омический в области низ­ких частот и как емкостный в области высоких частот.

Усилитель ВО предназначен для преобразования измеряемого сигнала в два противофазных сигнала и усиления их до значения, достаточного для отклонения луча по вертикали на весь экран. Для согласования выхода аттенюатора с входом предварительного усилителя служит входной каскад, выполненный по схеме истокового (катодного, эмиттерного) повторителя. Истоковый повторитель обеспечивает большое входное сопротивление и малую входную емкость. С его выхода исследуе­мый сигнал поступает на балансный усилитель с обратной связью, обладающий хорошей стабильностью и ши-рокополосностью, большим входным и малым выходным сопротивлениями. Одно плечо трехкаскадного балансного усилителя нагружено на линию задержки, а со второго плеча снимается сигнал для внутренней синхронизации.

Линия задержки представляет собой однопроводный коаксиальный кабель или искусственные длинные линии. Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением порядка 800—1000 Ом задерживает исследуемый сигнал примерно на 100—200 нс.

Выходным каскадом усилителя ВО является парафазный усилитель, создающий на отклоняющих пластинах два симметричных противофазных напряжения и обеспечивающий малое выходное сопротивление. Парафазный усилитель при любом значении выходного сигнала создает неизменный потенциал средней линии между пластинами, что предотвращает появление нелинейных искажений в осциллограмме сигнала, улучшает фокусировку.

В ЭО имеется возможность подачи исследуемого сигнала непосредственно на пластины.

Канал горизонтального отклонения (ГО) электронно-лучевого осциллографа.Канал ГО формирует синхронное по частоте с исследуемым сигналом линейно изменяющееся напряжение, амплитуда которого достаточна для отклонения луча ЭЛТ на весь экран по горизонтали. Канал ГО состоит из схемы синхронизации и запуска, генератора развертки, выходного усилителя, усилителя подсвета.

Генератор развертки (ГР) формирует линейно изменяющееся развертывающее напряжение, синхронное с исследуемым сигналом, и обеспечивает горизонтальное перемещение луча в одном направлении (слева направо) постоянной скоростью. Развертка - линейное перемещение электронного луча, или создаваемый им след на экране. Развертывающее напряжение должно иметь высокую линейность при прямом ходе луча (чтобы искажения формы исследуемого сигнала были минимальны); быстрый спад при обратном ходе луча; достаточную амплитуду для отклонения луча на весь экран и регулируемую в широких пределах частоту развертки (от сотых долей герц до нескольких мегагерц) или длительность.

При изменениях длительности развертки изменяются скорость движения луча по горизонтали и, следовательно, масштаб времени. ГР в современных ЭО представляет собой сложное функциональное устройство.

В современных осциллографах используются генераторы калиброванной развертки, основным отличием которых является то, что выходные напряжения таких генераторов линейны и стабильны, что позволяет определять длительность исследуемого процесса непосредственно по шкале экрана ЭЛТ. Коэффициент нелинейности, выражающий относительное изменение скорости нарастания напряжения в начале и конце прямого хода, должен быть не более 1—3 %. Пределы изменения пилообразного напряжения могут точно фиксироваться. Фиксированному U_p соответствует определенное горизонтальное отклонение луча l_р за время развертки t_пp≈ T_p, что позволяет иметь откалиброванную шкалу
коэффициента развертки.

Синхронизация — процесс, при котором развертка становится зависимой от исследуемого сигнала, с целью получения неподвижного изображения на экране. Исследуемый сигнал и напряжение генератора развертки создаются разными источниками, поэтому их параметры независимы, но изменение частоты одного из этих сигналов приводит к нарушению условий неподвижности f_p=f/n (частота развертывающегося сигнала равна или кратна частоте исследуемого сигнала). Частота напряжения ГР обычно синхронизирована с частотой исследуемого сигнала с помощью схемы синхронизации и запуска ГР. Уровень синхронизирующего сигнала, при котором срабатывает схема синхронизации, плавно регулируется от десятых долей до десятков вольт.

Внутренняя синхронизация — процесс, при котором сигнал, управляющий запуском ГР, подается из внутренней цепи ЭО, на которую воздействует

исследуемый сигнал.

Внешняя синхронизация — процесс, при котором сигнал, управляющий запуском ГР, подается извне.

Калибратор предназначен для выработки сигналов прямоугольной формы (типа «меандр») определенной амплитуды и частоты. Амплитуда обычно составляет 1 В, а частота 1 кГц. Калибратор служит для проверки правильности настройки коэффициента усиления предварительного усилителя канала «Y» и времени развертки генератора развертки ГР (канал «Х»).