книга в верде после распозна (1024283), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Из-за большой скорости и специального гашения запирающим напря­жением обратный ход луча обычно не просматривается. Ввиду того что во время прямого хода луча скорость пятна на экране постоянна, ось X можно отождествить с осью времени t.

Если одновременно к вертикально отклоняющим пластинам Y при­ложить исследуемое напряжение, то положение луча в каждый момент времени будет однозначно соответствовать значению этого напряже­ния. На рис. 2.47 показано, как образуется изображение на экране ЭЛ . Исследуемое напряжение с амплитудой Uc и периодом Тс подается на пластины Y, напряжение развертки с амплитудой £/р и периодом Гр —

на пластины X. Если Гр = Тс, то каждому периоду развертки будет соответствовать период исследуемого напряжения и изображение на эк­ране не будет изменяться со временем, оставаясь неподвижным. Это изображение можно построить по точкам, отмечая значения напряжений

0

Рис. 2.46

Рис. 2.47

развертки и сигнала в заданные моменты времени и перенося их на экран. На рис. 2.47 это сделано для моментов времени r0, гь r2. h и U-Пятно на экране в эти моменты будет занимать положения 0, 1, 2, Зи4 соответственно. Полученное таким образом изображение (или его за­пись) , показывающее, как изменяется исследуемое напряжение от вре­мени, называется осциллограммой. Имея осциллограмму, можно опре­делить многие параметры сигнала: амплитуду, частоту, период и др.

На практике напряжение развертки в течение прямого хода растет со временем не строго линейно. Это приводит к неравномерности масштаба по оси X, т.е. по временной оси. При этих условиях измерение времен­ных интервалов будет сопровождаться ошибками. Поэтому нелиней­ность развертки нормируется и указывается в паспорте осциллографа наряду с другими нормируемыми параметрами.

Выше отмечалось, что при равенстве периодов развертки и иссле­дуемого напряжения Тр = Тс изображение на экране неподвижно. Оно будет неподвижным и в более общем случае Тр = пТс, где п — целое число. При этом на осциллограмме представляется п периодов иссле­дуемого напряжения. Если же периоды не кратны друг другу, т.е. п не равно целому числу, то кривые, прочерчиваемые электронным лучом на экране в течение каждого периода напряжения развертки, не будут повторять друг друга. Возникнет эффект бегущего изображения или же экран будет заполнен целым семейством сдвинутых относительно друг друга кривых. Выполнение условия Тр = пТс достигается при помощи синхронизации. Генератору, вырабатывающему напряжение развертки, принудительно навязывается частота синхронизирующего

0

сигнала, равная или кратная частоте исследуемого напряжения. Режим синхронизации может быть внутренним или внешним. В первом слу­чае синхронизирующим является сам исследуемый сигнал, поступающий на генератор развертки, во втором — внешний сигнал, который подается на вход "Внешняя синхронизация" на панели осциллографа.

Генератор развертки работает в двух основных режимах: непре­рывном и ждущем. При непрерывной развертке каждый последую­щий цикл пилообразного напряжения непрерывно следует за предыду­щим. Непрерывная развертка удобна, когда исследуется непрерывный периодический процесс или периодическая последовательность импуль­сов с небольшой скважностью. Если скважность велика, то длительность импульса составляет лишь малую часть периода следования и осцилло­грамма будет иметь вид вертикальной линии, наблюдение которой не дает информации о форме импульса. Для изучения импульсных после­довательностей большой скважности и непериодических импульсов ис­пользуется ждушая развертка, при которой напряжение развертки подается на горизонтально отклоняющие пластины лишь тогда, когда исследуемый импульс поступает на вход вертикально отклоняющих пластин. Длительность прямого хода развертки обычно выбирается не­много больше длительности импульса для того, чтобы он помещался на экране осциллографа и занимал большую его часть.

В некоторых случаях вместо линейной развертки используют кру­говую или спиральную. Увеличение длины развертки позволяет по­высить точность измерения интервалов времени. Чтобы получить кру­говую траекторию электронного луча, на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины подаются синусоидальные напряжения одной и той же частоты и амплитуды, сдвинутые между собой по фазе на 7г/2. Чтобы развертка была не круговой, а спиральной, амплитуды напряже­ния на пластинах должны линейно уменьшаться от Umax до Um[n за время, равное длительности развертки. Исследуемый сигнал подается на модулятор, который управляет яркостью свечения пятна на экране.

Структурная схема осциллографа. Структурная схема осциллогра­фа приведена на рис. 2.48. Кроме электронно-лучевой трубки VL она содержит канал вертикального отклонения (канал У), канал горизон­тального отклонения (канал X), канал управления яркостью (канал Z), а гскже калибратор амплитуды и длительности. Исследуемое напря­жение поступает на входное устройство канала У, которое включает в себя аттенюатор, позволяющий при необходимости ослабить сигнал и согласовать сопротивление канала с сопротивлением источника сигнала. Усилители А1 и А2 являются предварительным и оконечным усилителя­ми сооть ;ственно. Линия задержки ЕТ используется при работе ос­циллографа в импульсном режиме. Она позволяет подавать исследуемый импульсный сигнал на пластины У с задержкой относительно начала периода пилообразного напряжения. Это дает возможность наблюдать фронт исследуемого импульса неискаженным. Без линии задержки не 86

Канал У

Вход

L.

ВходХ.

>-e-t

■ si

Канал X

S2

Цепь синхронизации и запуска.

BxodZr

i i i

L.

2

/15

Канал Z

I

4

Калибратор амплитуды и длительности

Рис. 2.48

VL

-е—с

Выход

удалось бы наблюдать часть импульса, которая приходится на время, необходимое для формирования напряжения развертки.

Канал X служит для формирования и (или) усиления напряжения, поступающего затем на горизонтально отклоняющие пластины и вы­зывающего горизонтальное перемещение луча. Канал X содержит пред­варительный и оконечный усилители (A3 и А4 соответственно), цепь синхронизации и запуска, а также генератор развертки G. Переключа­тель S1 служит для подачи синхронизирующего напряжения с канала У (внутренняя синхронизация) или со входа X (внешняя синхрониза­ция). Если переключатели S1 и S2 находятся в левом положении, то генератор развертки отключается и на пластины X поступает (через усилители A3 и А4) напряжение со входа X.

Канал Z служит для управления яркостью свечения экрана ЭЛТ. Управление производится как вручную, так и автоматически. Напри­мер, производится автоматическое подсвечивание прямого хода жду­щей развертки. В промежутке между импульсами, запускающими жду­щую развертку, яркость пятна снижена во избежание прожигания лю-минофорного слоя.

Калибратор амплитуды и длительности является источником на­пряжений с известной амплитудой и длительностью. Эти напряжения подаются с выхода калибратора на вход У для контроля масштабов (коэффициентов отклонения) по осям У (В/см, мВ/см или В/деление, мВ/деление) и X (мкс/см, мс/см или с/см). Знание масштабов необ­ходимо для измерения напряжений и интервалов времени, поскольку

0

непосредственно оператору доступно считывание только расстояний (сантиметры, деления) по масштабной сетке на экране. В некоторых современных осциллографах измерение осуществляется автоматически при помощи цифрового устройства. Результат отображается на экране в цифровой форме.

Основные характеристики и виды электронных осциллографов. Электронные осциллографы характеризуются рядом технических и метрологических параметров. К наиболее важным относятся сле­дующие:

калиброванные значения коэффициента отклонения;

полоса пропускания, т.е. диапазон частот, в пределах которого коэф­фициент усиления канала Y уменьшается на 3 дБ по отношению к некоторой опорной частоте;

диапазон изменения длительности развертки;

входное сопротивление и входная емкость канала Y;

точностные параметры, характеризующие погрешности измерения напряжения и интервалов времени.

При выборе осциллографа следует исходить из характера измеряе­мого сигнала (гармонический или импульсный) и его вероятных пара­метров (ширина спектра, граничные частоты, частота следования, скваж­ность, амплитуда напряжения и т.д.).

Осциллографы подразделяются на универсальные, скоростные, стро­боскопические, запоминающие, специальные. Наиболее употребитель­ными являются универсальные осциллографы (в ГОСТ обозначение С1). Они позволяют проводить исследования электрических сигналов в ши­роком диапазоне частот, амплитуд и длительностей сигналов. Поло­са пропускания достигает 200—350 МГц, даиапазон амплитуд от единиц милливольт до сотен вольт. Возможно измерение длительностей им­пульсов от нескольких наносекунд до секунд.

Скоростные осциллографы (обозначение С7) служат для исследова­ния гармонических и импульсных сигналов (включая однократные импульсы) с характерными временами, составляющими доли и единицы наносекунд в реальном масштабе времени. Быстродействие достигается благодаря использованию ЭЛТ с бегущей волной. Полоса пропускания скоростных осциллографов достигает 5 ГГц.

Стробоскопические осциллографы (обозначение С7) используют стробоскопическое преобразование масштаба времени. Их полоса про­пускания достигает 10 ГГц. При помощи осциллографов этого вида можно исследовать повторяющиеся сигналы с амплитудой несколько милливольт и длительностью несколько пикосекунд.

Запоминающие осциллографы (обозначение С8) применяются для исследования медленных процессов и однократных импульсов. За­поминание осуществляется при помощи специальных ЭЛТ. Длитель­ность измеряемых интервалов- времени достигает десятков секунд. Время сохранения — от нескольких часов до нескольких суток. 88

Специальные осциллографы (С9) в основном предназначены для ис­следования телевизионных и радиолокационных сигналов.

Для одновременного исследования нескольких сигналов используют многолучевые осциллографы. Обычно они имеют два канала вертикаль­ного отклонения, однако выпускаются также осциллографы с большим числом каналов (до пяти).

В последнее время все большее распространение получают электрон­ные осциллографы с цифровой обработкой сигнала. В таких приборах аналоговый блок, представляющий собой обычный (аналоговый) осциллограф, дополнен блоком дискретизации аналогового сигнала и цифровым блоком. В состав последнего входят микропроцессор, кото­рый управляет процессами преобразования сигналов и процедурой изме­рения, а также клавиатура, позволяющая вводить необходимые програм­мы. Введение цифровой обработки значительно расширило возможно­сти осциллографа. Появилась возможность автоматизации управления его работой, увеличения производительности. Измеряемая информа­ция может быть подвергнута необходимой обработке, упорядочению и запоминанию. Параметры сигнала в цифровой форме отображаются на экране ЭЛТ, Массивы информации могут быть представлены на эк­ране в виде гистограмм, графиков, таблиц и т.д. По желанию оператора можно изменить масштаб, вычленить и растянуть какую-либо часть ос­циллограммы, наложить друг на друга или одновременно представить на экране несколько зависимостей. Автоматическая калибровка в ходе измерения, коррекция погрешностей, уменьшение влияния помех благодаря усреднению сигнала за большое число периодов приводит к существенному повышению точности измерений. Возможность вычис­ления и отображения на экране преобразования Фурье исследуемого сигнала, дифференцирования, интегрирования и других операций ка­чественно меняют характер получаемой информации.

Светолучевые осциллографы. Светолучевые осциллографы исполь­зуются для исследования электрических сигналов с верхней частотой, не превышающей 30 кГц. Достоинством этих приборов является про­стота устройства, возможность одновременной регистрации большого числа (обычно 12 или 24) процессов.

Характеристики

Список файлов книги