стр.133-187 (1066275), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Упрощенно работу отклоняющих систем ЭЛТ можно пояс­нить следующим образом. Электронный пучок (луч), проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных металлических отклоняющих пластин: вертикально отклоняющих Y и горизон­тально отклоняющих X. Если к отклоняющим пластинам прило­жить напряжение, то между ними будет существовать электриче­ское поле, которое будет вызывать отклонение электронного луча в ту или иную сторону. Когда напряжение приложено к верти­кально отклоняющим пластинам, то пятно будет перемещаться по оси 7; если же напряжение приложено к горизонтально откло­няющим пластинам, то световое пятно на экране трубки будет отклоняться вдоль оси X. Если теперь сфокусировать электрон­ный луч так, чтобы световое пятно расположилось в центре экра­на ЭЛТ, а затем к пластинам Y приложить исследуемый сигнал, а к пластинам X — пилообразное напряжение, то под совместным воздействием двух напряжений луч вычертит на экране трубки осциллограмму, отражающую зависимость входного напряжения от времени.

Канал вертикального отклонения луча (см. рис. 5.1) служит для передачи на пластины Y ЭЛТ исследуемого сигнала u_c(t), под­водимого к входу Y. Канал вертикального отклонения луча со­держит аттенюатор, линию задержки и усилитель Y. Аттенюатор позволяет ослабить сигнал u_c(t) в определенное число раз, а регулируемая линия задержки обеспечивает небольшой временной сдвиг сигнала на пластинах Y ЭЛТ относительно начала развер­тывающего напряжения U_x, что важно для ждущего режима. Уси­литель Y обеспечивает амплитуду сигнала на пластинах Y, доста­точную для значительного отклонения луча на экране даже малым исследуемым сигналом u_c(t). Этот усилитель содержит входной усилитель с изменяемым коэффициентом усиления и парафазный (с противофазными выходными сигналами одинаковой амплитуды) усилитель, обеспечивающий положение светового пятна в центре экрана при отсутствии исследуемых сигналов. В канал вертикального отклонения луча может также входить калиб­ратор амплитуды. Сигнал от калибратора поступает на вход перво­го усилителя для установки заданного коэффициента усиления.

Основные характеристики канала вертикального отклонения:

1. верхняя граничная частота (порядка 100 МГц и более);

2. чувствительность;

3. входные сопротивление (1...3 МОм) и емкость (1...5 пФ);

4. погрешность измерения амплитуды напряжения и интерва­лов времени — около 5...7 %.

Во входную цепь канала вертикального отклонения включа­ют также коммутируемый разделительный конденсатор, позво­ляющий при необходимости исключить подачу на вход осцилло­графа постоянной составляющей исследуемого сигнала (так называемый «закрытый» вход).

Канал горизонтального отклонения луча служит для созда­ния горизонтально отклоняющего — развертывающего — на­пряжения их с помощью напряжения генератора развертки или для передачи (через аттенюатор и усилитель) на пластины X ис­следуемого сигнала, подводимого к входу X.

Схема синхронизации (и запуска развертки) управляет ге­нератором развертки и обеспечивает кратность периодов иссле­дуемого сигнала и развертки. Для получения неподвижного изображения начало развертки должно быть связано с одной и той же характерной точкой сигнала (фронтом, максимумом ам­плитуды и т.д.). Это достигают синхронизацией напряжения развертки с напряжением сигнала, поэтому период развертки должен быть равен или кратен периоду исследуемого сигнала:

T_разв=nT_c, где n = 1, 2, 3, 4, ... .

Развертка — линия, которую прочерчивает луч на экране при отсутствии исследуемого сигнала в результате действия только одного развертывающего напряжения. Процесс привязки развертки к характерным точкам сигнала называют синхрониза­цией в автоколебательном режиме работы генератора и запуском — в ждущем. Синхронизацию и запуск развертки производят специ­альным синхроимпульсом, подаваемым на генератор из устройства синхронизации.

В осциллографе установлены два режима синхронизации: внутренняя (Внут.) и внешняя. При внутренней синхронизации (переключатели П1 и П2 — в положении 1) синхроимпульсы вы­рабатывают из усиленного входного сигнала до его задержки. При внешней синхронизации (переключатели П1 и П2 — в по­ложении 2) сигнал синхронизации подают от внешнего источни­ка на специальный вход X осциллографа. Например, в стандарт­ных генераторах импульсов формируют синхроимпульсы, относительно которых выходной сигнал может быть сдвинут с помощью регулируемой задержки. Схема синхронизации выраба­тывает сигнал синхронизации, поступающий на генератор разверт­ки для получения четкой, неподвижной осциллограммы. Уси­литель X канала горизонтального отклонения усиливает пилообразный сигнал U_р генератора развертки и преобразует его в напряжение развертки U_х.

Канал горизонтального отклонения характеризуют чувстви­тельностью и полосой пропускания, показатели которых практи­чески раза в два меньше, чем в канале вертикального отклонения. Основным блоком в канале горизонтального отклонения является генератор развертки, работающий в непрерывном или ждущем режиме. К форме пилообразного напряжения генератора предъ­являют ряд специфических требований:

1. время обратного хода луча должно быть много меньше вре­мени прямого хода, т.е. Т_обр<<Т_пр; иначе часть изображения сиг­нала будет отсутствовать;

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

Канал управления яркостью (модуляции луча по яркости) предназначен для подсветки прямого хода луча. Подсветку осуществляют передачей с входа Z на управляющий электрод (модулятор М) ЭЛТ сигнала, модулирующего поток луча и, следовательно, яркость свечения люминофора. В схему этого канала входят: аттенюатор, схема изменения полярности и усилитель Z. Для формирования требуемого уровня напряжения модулятора, служит усилитель Z. Усилитель может иметь дополнительный вход, что дает возможность модуляции изображения по яркости внешним сигналом. Канал Z используют и для создания яркостных меток для измерения частоты и фазы.

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

Виды разверток в универсальном осциллографе

Одним из основных блоков осциллографа является ЭЛТ, выходными элементами которой являются две пары пластин, отклоняющие луч горизонтально и вертикально. Если развертывающее напряжение приложено к одной паре отклоняющих пластин (обычно к пластинам X), то развертку называют по форме развертывающего напряжения (например, линейной или синусоидальной). Если развертывающие напряжения приложены к отклоняющим пластинам X и Y трубки одновременно, то название развертке дают по ее форме (например, круговая или эллиптическая).

Наиболее широко используют линейную развертку, создаваемую пилообразным напряжением U_р генератора развертки. При линейной развертке луч, двигаясь равномерно по экрану, прочерчивает прямую горизонтальную линию, как бы нанося на экран ось абсцисс декартовой системы координат — ось времени. В зависимости от режима работы генератора развертки такую развертку делят на автоколебательную, ждущую и однократную.

Автоколебательная развертка — развертка, при которой генератор развертки периодически запускают (автоматически) и при отсутствии сигнала запуска на его входе.

Ждущая развертка — развертка, при которой генератор развертки запускают только с помощью сигнала запуска.

Однократная развертка — развертка, с помощью которой генератор развертки запускают один раз с последующей блоки­ровкой. Такую развертку применяют для наблюдения одиночных и непериодических процессов и при фотографировании с экрана осциллографа неповторяющихся сигналов.

При подаче на горизонтально отклоняющие пластины на­пряжения u_х=u_р пилообразной формы (рис. 5.2), электронный сфокусированный луч под воздействием этого напряжения пере­мещается слева направо на интервале Т_пр (точки 0-1-2 — длительность прямого хода луча) и справа налево на интервале Т_обр (точки 2-3 — длительность обратного хода луча). Причем ско­рость движения луча в обратном направлении много больше (обычно луч при этом гасится), чем в прямом. С помощью напряжения развертки, подаваемого на горизонтальные пластины ЭЛТ (пластины Х) осциллографа, на его экране можно наблюдать исследуемый сигнал, поступающий на пластины Y и изменяю­щийся во времени (развернутый во времени).

Автоколебательную (непрерывную) развертку применяют для исследования периодических сигналов, а также импульсных с небольшой скважностью q= Т_с/τ. Ее включают при внутренней синхронизации. На рис 5.3 представлены исследуемые импульсы u_с длительностью τ каждый, развертывающее синхронное напряжение uх наблюдаемая осциллограмма (в рамке). Периоды повторения импульсов и развертывающего напряжения равны между собой: Т_с=Т_р.

С помощь автоколебательной развертки почти невозможно наблюдать непериодические сигналы и она фактически бесполезна при наблюдении периодических коротких импульсных сигналов с большой скважностью q (это связано с тем, что передний и задний фронты импульса почти сливаются). В этих случаях используют развертку.

Характерный пример ждущей развертки показан на рис. 5.4. Генератор развертки запускают только при поступлении импульсов uс. Если длительность развертки t₂-t₁ сопоставима с длительностью исследуемого импульса, то его изображение на экране достаточно детально. В осциллографе в силу инерционности генератора начало ждущей развертки может быть несколько задержано относительно фронта импульса u_с. Поэтому, если фронт импульса очень короткий, то он может не отобразиться на осциллограмме. Для наблюдения короткого фронта сигнала u_с задерживают на τ_з во времени в канале Y с помощью линии задержки (штриховые импульсы u_с на рис. 5.4). Наблюдаемая осциллограмма дана вместе с не задержанным импульсом на рис. 5.4 штриховой линией (в рамке).

Синусоидальная развертка. В ряде измерительных задач, на­пример при измерении частоты или разности фаз, вместо пилооб­разного напряжения развертки (линейной развертки) используют синусоидальную развертку. Для получения синусоидальной развертки на пластины X подают напряжение, изменяющееся по гармоническому закону u_х(t)=U_мхsinωt. При этом генератор ли­нейной развертки осциллографа отключают. Положительный по­лупериод напряжения синусоидальной развертки вызывает перемещение луча от центра экрана до его правой границы и обратно; отрицательный полупериод — от центра экрана до его левой гра­ницы и обратно к центру. Скорость перемещения луча изменяется по синусоидальному закону, хотя линия развертки представляет собой горизонтальную линию.

Круговая развертка. Для получения на экране ЭЛТ круго­вой развертки на пластины Y подают синусоидальный сигнал u_y=Usinωt=U, а на пластины X — аналогичный по форме и амплитуде сигнал, но задержанный на четверть периода (по фазе на φ=90°), т.е. u_х=Usin[ω(t-T/4)]=-cosωt. Осцилло­грамма круговой развертки показана на рис. 5.5. Под действием напряжений разверток u_у и u_х луч прочерчивает на экране ЭЛТ окружность за период Т. Положение луча на экране в момент вре­мени t=0 отмечено точкой 0, в момент t₁ — точкой 1 и т.д.

Эллиптическая развертка. Если при использовании круговой развертки амплитуды сигналов u_у и u_х не равны, то круг искажается

и на экране наблюдают эллипс, т.е. возникает эллиптическая раз­вертка. Например, при u_у<u_х большая ось эллипса расположена по горизонтали, а малая по вертикали. При фазовых сдвигах, не рав­ных 90°, получается эллипс с наклонными осями, вырождающими­ся в прямую при нулевом фазовом сдвиге.

Характеристики

Список файлов учебной работы