Электронно-лучевые осциллографы

2.1 Общие сведения

Электронно-лучевой осциллограф – это универсальный измерительный прибор, предназначенный для наблюдения на экране электрических сигналов и измерения их параметров.

ЭЛО применяют для измерения амплитуды и мгновенных значений электрического сигнала (напряжения, тока); временных параметров сигнала (длительности фронта, среза, частоты, следования, скважности, задержки); частоты гармонического сигнала; сдвига фаз между двумя сигналами; мощности; характеристик транзисторов, диодов, интегральных микросхем и т.д.

Основная функция осциллографа заключается в воспроизведении в графическом виде электрических колебаний (осциллограмм) в прямоугольной системе координат. Например, зависимость U от t.

Основным элементом ЭЛО является электронно-лучевая трубка ЭЛТ.

Для преобразования сигнала в видимое изображение на экране вертикально и горизонтально отклоняющиеся пластины ЭЛТ перемещают электронный луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях, которое можно рассматривать как координатные оси. Поэтому для получения на экране ЭО изображения мгновенных значений сигнала, т.е. осциллограммы изменения сигнала во времени, исследуемый сигнал подается на вертикально отклоняющиеся пластины и одновременно электронный луч отклоняется с постоянной скоростью в горизонтальном направлении с помощью линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения, приложенного к горизонтально отклоняющимся пластинам. Напряжение, отклоняющее луч в горизонтальном направлении, называется развертывающим. По окончании цикла развертки развертывающее напряжение принимает первоначальное значение, при этом луч возвращается в исходное положение и цикл повторяется. Чувствительность ЭЛТ мала и для отклонения луча на весь экран требуется напряжение 3-200 В. Напряжения исследуемого сигнала и развертки могут быть малыми, поэтому в каналах вертикального (ВО) и горизонтального (ГО) отклонений ЭО предусматриваются усилители.

По точности электронно-лучевые осциллографы делятся на 4 класса. При этом основная погрешность измерения напряжения и временных интервалов для осциллографов 1 класса точности не превышает 3%, а 4 класса точности – 12%.

2.2. Классификация электронно-лучевых осциллографов

По назначению и принципу действия различают универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные ЭО.

Универсальный осциллограф – это ЭО, в котором исследуемый сигнал подается через канал ВО (аттенюаторы, усилители) на вертикально отклоняющуюся систему ЭЛТ, а горизонтальное отклонение осуществляется генератором развертки.

Скоростной ЭО применяется для наблюдения и регистрации однократных и повторяющихся импульсов и периодических колебаний в полосе частот порядка единиц гигаГц. Выпускаемый промышленностью скоростной осциллограф С7-10А имеет рабочий диапазон частот 0-200 МГГц и диапазон амплитуд исследуемых сигналов 0,05-1 В.

Стробоскопический – это ЭО, использующий для изображения формы сигнала упорядоченный (или случайный) отбор мгновенных значений исследуемого сигнала и осуществляющий временное преобразование сигнала. Полоса частот – от 0 до нескольких гигаГц.

Запоминающий – это ЭО, который при помощи специального устройства, например, ЭЛТ с памятью или электронного ЗУ, позволяет сохранять на определенное время исследуемый сигнал и при необходимости представлять его для однократного или многократного визуального наблюдения или для дальнейшей обработки.

Специальный – это ЭО, который содержит специфические узлы и предназначен для целевого применения (вычислительный, цифровой с АЦП), скоростной, для телевизионных измерений и т.д.).

По числу одновременно наблюдаемых сигналов ЭО делят на многолучевые и многоканальные.

Многолучевой осциллограф – это ЭО, в котором ЭЛТ имеет два или более электронных лучей, управляемых отдельно или совместно.

Многоканальный – это ЭО, в котором специальным устройством достигается полученное изображение двух или более сигналов, поступающих по нескольким каналам, на экране однолучевой трубки.

По назначению, принципу действия и числу одновременно наблюдаемых сигналов особое место занимает многофункциональный осциллограф со сменными блоками.

Осциллограф со сменными блоками – ЭО, у которого заменой сменных блоков можно изменить его параметры, например, полосу пропускания, коэффициенты отклонения и развертки, и (или) расширить функциональные возможности, например, многоканальные усилители, задерживающие развертки, стробоскопические преобразователи, и (или) получить специфические функции, например, анализатор спектра, характериограф.

При всем многообразии выпускаемых ЭО их структурные схемы в основном одинаковы.

2.2. Устройство и принцип работы электронно-лучевого осциллографа

У_х

ГР

КА

У_Z

КД

ОУ

ЛЗ

У_у

А

Наибольшее распространение получили универсальные осциллографы. Они позволяют исследовать электрические сигналы в полосе частот до 350 МГц и измерять параметры таких сигналов с приемлемой для практики погрешностью (5…10%). Упрощенная структурная схема универсального ЭО приведена на рис.14.2.

Канал У

Вход У

Х

Канал Z ЭЛТ

Вход Z

У

Канал Х

Вход

синхронизации

Рис.14.2. Структурная схема электронно-лучевого осциллографа

Основным узлом ЭО является электронно-лучевая трубка ЭЛТ, представляющая собой стеклянную вакуумную колбу, внутри которой размещена электронная пушка, отклоняющая пластины и люминесцентный экран. Назначением электронной пушки является формирование узкого электронного пучка, при попадании которого на люминесцентный экран на экране возникает светящееся пятно. Электронный пучок (луч) проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных металлических отклоняющих пластин: вертикально отклоняющих Y и горизонтально отклоняющих Х. Если к отклоняющим пластинам приложить электрическое напряжение, то между ними будет существовать электрическое поле, которое будет вызывать отклонение луча в ту или иную сторону. Если электрическое напряжение приложено к ГО пластинам, то световое пятно на экране трубки будет отклоняться вдоль оси Х; если же напряжение приложено к ВО пластинам, то пятно будет перемещаться по оси Y. Если теперь сфокусировать электронный луч так, чтобы световое пятно расположилось в точке 0 (рис.14.3), а затем к пластинам Y приложить исследуемое напряжение, например, синусоидальное, а к пластинам Х пилообразное напряжение, то под совместным воздействие двух напряжений луч трубки вычертит на экране осциллограмму. После спадания пилообразного напряжения до нуля световое пятно возвратится в точку 0.

Y

Х

Рис.14.3. Получение изображения на экране ЭЛТ

Кроме ЭЛТ структурная схема ЭО содержит канал ВО луча (канал Y), канал ГО луча (канал Х), канал управления яркостью луча (канал Z), калибраторы амплитуды КА и длительности КД.

По каналу Y поступает исследуемый сигнал u(t), вызывающий вертикальное отклонение луча в ЭЛТ. В этот канал входят: аттенюатор А для ослабления больших сигналов; предварительный усилитель У_у для усиления слабых сигналов; линия задержки ЛЗ для небольшой временной задержки сигнала; оконечный усилитель ОУ, на выходе которого вырабатывается симметричный противофазный сигнал, поступающий на ВО пластины.

По каналу Х на ГО пластины ЭЛТ поступает напряжение развертки. Основным узлом этого канала является генератор развертки ГР, вырабатывающий пилообразное напряжение. В канале Х имеется усилитель горизонтального отклонения У_х, вход которого подключен к выходу ГР. Выходное напряжение с выхода усилителя поступает на ГО пластины.

Для того, чтобы обеспечить возможность измерения параметров исследуемых сигналов, в структуре осциллографа имеются калибраторы длительности и амплитуды. Калибраторы представляют собой генераторы напряжений с точными значениями амплитуды и частоты. Эти напряжения подаются с выхода калибратора амплитуды на вход Y для установки и контроля масштабов отклонений по оси Y, с выхода КД – на вход Х для контроля масштаба по оси Х.

В схеме осциллографа предусмотрены также устройства и органы регулировки и настройки, обеспечивающие удобство работы с прибором (смещение луча по осям Х и Y, регулировка яркости, фокусировка светового пятна и др.).

Дата добавления: 2015-07-14