Електронний осцилограф

Електронний осцилограф є універсальним вимірювальним приладом. З його допомогою можна виміряти напругу, силу струму, частоту, нелінійні перекручування й інші характеристики електричних схем у широкому діапазоні частот. Осцилограф дозволяє безпосередньо спостерігати на екрані електронно-променевої трубки форму досліджуваного процесу.

Основною деталлю електронного осцилографа є електроннопроменева трубка, призначена для генерації електронного пучка і його фокусування. У трубку вмонтовані дві взаємно перпендикулярні пари пластин, що відхиляють. Якщо подавати напруга на ці пластини, то між ними виникає електричне поле, що відхиляє пучок електронів. При цьому промінь буде попадати в різні крапки флюресцирующего екрана. Відхилення пучка пропорційно напруженості поля й, відповідно, подаваному напрузі. На мал. 1 представлена принципова схема електронно-променевої трубки. Трубка складається з відкачаної до високого вакууму скляної колби, усередині якої містяться:

1 - підігрівник катода

2 - катод (джерело електронів)

3,4 - електроди, фокусірующі та прискорювальні

електрони

5 - горизонтально, що відхиляють пластини

6 - вертикально, що відхиляють пластини

7 - флюоресцирующий екран.

Малюнок 5.

По шляху до екрана електронний промінь проходить між двома парами плоских пластин, з яких одна пара розташована горизонтально, а друга вертикально. Якщо пучок електронів проходить між двома плоскими металевими різнойменно зарядженими пластинами, то електрони будуть відхилятися убік позитивно зарядженої пластини. Якщо змінити полярність пластини, то електрони будуть відхилятися в протилежну сторону. Якщо прикласти до пластин змінна напруга, то електронний промінь буде відхилятися поперемінно убік тієї пластини, що у цей момент виявиться позитивно зарядженою.

Таким чином, регулюючи величину прикладеного до пластин напруги, можна регулювати величину відхилення лучачи. Описані способи фокусування й відхилення називаються електростатичними, тому що відбуваються під дією електричних полів.

Пластини, розташовані горизонтально, відхиляють електронний промінь нагору або вниз, тому їх називають вертикально відхиляють. Пластини, розташовані вертикально, відхиляють промінь у горизонтальному напрямку, тому їх називають горизонтально відхиляють.

Осцилограф, у програмі Workbench, являє собою аналог двопроменевого запам'ятовувального осцилографа й має дві модифікації: просту й розширену. Розширена модифікація по своїх можливостях наближається до кращих цифрових запам'ятовувальних осцилографів. Через те, що розширена модель займає багато місця на робочому полі, рекомендується починати дослідження простою моделлю, а для докладного дослідження процесів - використати розширену модель.

Осцилограф можна підключити до вже включеної схеми або під час роботи схеми переставити висновки до інших крапок - зображення на екрані осцилографа зміниться автоматично.

Подвійним щигликом миші по зменшеному зображенню відкривається зображення передньої панелі простої моделі осцилографа із кнопками керування, інформаційними полями й екраном.

Для проведення вимірів осцилограф потрібно настроїти, для чого варто задати:

1) розташування осей, по яких відкладається сигнал;

2) потрібний масштаб розгорнення по осях;

3) зсув початку координат по осях;

4) режим роботи із входу: закритий або відкритий;

5) режим синхронізації: внутрішній або зовнішній.

Настроювання осцилографа виробляється за допомогою полів керування, розташованих на панелі керування. Панель керування має загальний для обох модифікацій осцилографа вид і розділений на чотири поля керування:

1) горизонтальним розгорненням (Time base);

2) синхронізацією (Trigger);

3) каналом А;

4) каналом В.

Поле керування горизонтальним розгорненням (масштабом часу) служить для завдання масштабу горизонтальної осі осцилографа при спостереженні напруги на входах каналів А и В залежно від часу.

Тимчасовий масштаб задається в: секундах на розподіл, мілісекундах на розподіл, мікросекундах на розподіл, наносекундах на розподіл (s/div, ms/div, ms/div, ns/div відповідно), тобто величина одного розподілу бути встановлена від 0,1 нс до 1 с. Масштаб може дискретно зменшуватися на один крок при щиглику мишею на кнопці праворуч від поля й збільшуватися при щиглику на кнопці вліво.

За допомогою кнопок, розташованих у поле рядка XPOS, можна дискретно зрушувати початок осцилограми по горизонтальній осі. У цьому ж полі розташовані три кнопки: Y/T, А/В, В/А, що дозволяють задавати вид залежності відображуваних сигналів. При натисканні на кнопку Y/T по вертикальній осі відкладається напруга, по горизонтальній осі — час, при натисканні на кнопки А/У по вертикальній осі відкладається амплітуда напруги на вході каналу А, по горизонтальній осі — каналу В і при натисканні на кнопку В/А навпаки. При цьому масштаб осей визначається установками відповідних каналів. У режимах А/У и В/А можна спостерігати частотні й фазові зрушення (фігури Ліссажу), петлі гістерезісу, вольтамперні характеристики й т.д.

Дві нижніх частини панелі осцилографа є полями керування відображенням сигналів, поданих на входи каналів А и В відповідно.

Верхнє вікно в поле дозволяє управляти масштабом осі відображуваної напруги по вертикальній або горизонтальній осі. Ціна розподілу може дискретно встановлюватися від 10 m/div до 5 к/div. Масштаб для кожної осі встановлюється окремо. Щоб одержати зручне для роботи зображення на екрані осцилографа перед початком експерименту, варто встановити масштаб, що відповідає очікуваній напрузі.

Нижче розташоване поле, що дозволяє дискретно зрушувати вісь X нагору або вниз. Для того, щоб розвести зображення від каналів А і В, варто скористатися зрушенням по осі Y(YPOS) для одного або двох каналів.

Три нижні кнопки реалізують різні режими роботи входу осцилографа по входу. Режим роботи осцилографа із закритим входом установлюється натисканням на кнопку АС. У цьому режимі на вхід не пропускається постійна складова сигналу. При натисканні на кнопку DC осцилограф переходить у режим з відкритим входом. У цьому режимі на вхід осцилографа пропускається як постійна, так і змінна складова сигналу. При натисканні на кнопку 0 вхід осцилографа з'єднується із загальним висновком осцилографа, що дозволяє визначити положення нульової оцінки по осі Y.

Верхнє праве поле керування TRIGGER визначає момент початку відображення осцилограми на екрані осцилографа. Кнопки в рядку EDGE задають момент запуску осцилограми по фронті або по зрізі імпульсу на вході синхронізації. Поле LEVEL дозволяє задавати рівень, при перевищенні якого відбувається запуск осцилограми. Значення рівня можна зрушити на три розподіли вниз або нагору.

Осцилограф має чотири режими синхронізації.

1 Автоматичний режим (AUTO) — запуск осцилограми виробляється автоматично при підключенні осцилографа до схеми або при її включенні. Коли «промінь» доходить до кінця екрана, осцилограма знову прописується з початку екрана (новий екран).

2 Режими запуску по входу А або В, у які сигналом, що запускає, є сигнал, що надходить на відповідний вхід.

3 Режим «Зовнішній запуск» (EXT — external). У цьому випадку сигналом запуску є сигнал, що подається на вхід синхронізації.

Натискання клавіші Expand на панелі простої моделі відкриває вікно розширеної моделі осцилографа.

Панель розширеної моделі осцилографа на відміну від простої моделі розташована під екраном і доповнена трьома інформаційними табло, на які виводяться результати вимірів. Крім того, безпосередньо під екраном перебуває лінійка прокручування, що дозволяє спостерігати будь-який часовий відрізок процесу від моменту включення до моменту вимикання схеми. По суті, розширена модель осцилографа це зовсім інший прилад, що дозволяє набагато зручніше й більш точно проводити чисельний аналіз процесів.

На екрані осцилографа розташовані два курсори, позначувані 1 й 2, за допомогою яких можна виміряти миттєві значення напруг у будь-якій крапці осцилограми. Для цього варто просто перетягнути мишею курсори за трикутники в їхній верхній частині в необхідне положення. Координати крапок перетинання першого курсору з осцилограмами відображаються на левом табло, координати другого курсору - на середньому табло. На правом табло відображаються значення різниць між відповідними координатами першого й другого курсорів. Результати вимірів, отримані за допомогою розширеної моделі осцилографа, можна записати у файл. Для цього варто нажати кнопку Save (Зберегти) і в діалоговому вікні ввести ім'я файлу.