Вход на пластины Y

Канал Y

Внутренняя £

Внешняя От сети

Вход X

Вход на пластины X

Канал X

Рис. 3.8. Структурная схема осциллографа

Осциллограф состоит из электроннолучевой трубки, трех электрических каналов управления лучом, измерительных устройств и блока питания.

Канал Y - канал вертикального отклонения луча осциллографа. По нему подается исследуемое напряжение. Канал X - канал горизонтального отклонения.

Одновременное воздействие напряжений Ux и Uy по двум каналам вызывает появление осциллограммы. Напряжение Ux называется развертывающим напряжением, а канал X - каналом развертки. Канал Z - предназначен для управления яркостью луча.

Основными техническими характеристиками осциллографа являются:

-полоса пропускания усилителей X и Y;

-время установления в канале Y;

-чувствительность или величина обратная чувствительности - коэффициент отклонения;

-частота и длительность развертки;

-погрешности амплитудных и временных измерений;

-входные сопротивления и емкости;

-максимально допустимое входное напряжение.

Виды разверток, применяемых в осциллографах

Непрерывная развертка

Наиболее распространенным видом развертки является линейная периодическая развертка. Напряжение этой развертки имеет форму пилообразного импульса, аналогичную телевизионному.

Частота развертки определяет количество перемещений луча по экрану трубки в течение одной секунды. Применяется частота развертки от единиц герц до десятков мегагерц.

Скоростью развертки называется путь прямого хода луча в единицу времени.

На практике используют обратную величину, т. е. время, необходимое для перемещения луча единицы длины экрана.

Универсальные осциллографы характеризуются временем пробега от 10 с/см до 10 нс/см, высокочастотные - от 10 мкс/см до 0,1 нс/см.

Линейная непрерывная развертка пригодна для наблюдения периодических непрерывных сигналов и последовательностью импульсов с малой скважностью, т. е. с большим коэффициентом заполнения.

0

Рис. 3.9. Задержка сигналов в режиме ждущей развертки

Ждущая развертка

При исследовании импульсов с большой скважностью, при непрерывной развертке, когда период следования много больше длительности импульса, может быть два случая:

-период развертки установлен равным периоду следования;

-период развертки близок к длительности импульса.

В обоих случаях непрерывная развертка не пригодна для исследования импульсов. В первом

-изображение импульса будет слишком коротким, во втором - бледным и неустойчивым.

Причина малой яркости и неустойчивости заключается в том, что из многих пробегов луча за интервал времени между соседними импульсами только один пробег луча отображает исследуемый импульс.

При исследовании телевизионных сигналов пользоваться периодической разверткой так же не удобно. Это связано с тем, что при исследовании отдельных фрагментов телевизионного сигнала нет уровня для привязки синхронизации осциллографа в исследуемом фрагменте.

Осциллографирование импульсов большой скважности, а также непериодических и однократных процессов осуществляют, применяя линейную ждущую развертку.

При ждущей развертке исследуемый сигнал и напряжение развертки, в виде одиночного пилообразного импульса, синхронно поступают на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины соответственно (рис. 3.9).

Длительность и скорость развертки должна соответствовать аналогичным параметрам сигнала.

Для того, чтобы на экране осциллографа воспроизводился передний фронт исследуемого сигнала, импульс развертки необходимо подать несколько раньше, чем исследуемый сигнал.

Если генератор ждущей развертки запускается исследуемым сигналом, то последний нужно задержать на некоторое время t з (рис. 3.9).

Задержка осуществляется при помощи линии задержки, включенной в канал Y. Из рис. 3.9 видно, что длительность развертки следует устанавливать несколько большей длительности исследуемого импульса.

В режиме ждущей развертки, при отсутствии сигнала, на экране осциллографа видна яркая точка. Луч гасится ручкой регулировки яркости, а при развертке - на управляющий электрод трубки, по каналу Z, подается положительный импульс. При этом, увеличивается интенсивность луча и на экране появляется яркое изображение. Такой импульс называется подсветкой.

Канал вертикального отклонения луча

Канал вертикального отклонения луча состоит из входного делителя напряжения, входного каскада, линии задержки, предварительного и оконечного усилителей.

Посредством входного делителя устанавливается допустимое входное напряжение, не перегружающее входной каскад.

Основным требованием, предъявляемым к входному делителю, является независимость коэффициента деления от частоты в заданной полосе частот. Этому требованию отвечает ре-зистивно-емкостной делитель напряжения, показанный на рис. 3.10.

ивых

Рис. 3.10. Делитель напряжения

0

В осциллографах используется декадное деление входного напряжения, деление в отношениях: 1:2, 1:3, 1:5 и др. Максимальный применяемый коэффициент деления равен 1:1000.

Осциллограф может иметь дополнительный выносной делитель. При включении внешнего делителя, входное сопротивление осциллографа увеличивается, а входная емкость уменьшается.

Высокочастотные и широкополосные импульсные сигналы подаются на вход осциллографа по коаксиальному кабелю, волновое сопротивление которого равно 50 или 75 Ом.

Вход канала вертикального отклонения может быть открытым и закрытым. При открытом входе возможно прохождение как постоянного тока, так и переменного. При закрытом - только переменного.

Величина коэффициента усиления определяется чувствительностью осциллографа.

В осциллографах с низким коэффициентом отклонения, например с K 0 = 1 В/см, коэффициент усиления равен 25...30, с высоким - достигает (30...50) • 103.

Полоса пропускания усилителя Л f определяет спектр частот, составляющие которого ослабляются не более чем на 3 дБ.

С полосой частот связано время установления изображения осциллографа t Y:

0,35 ,

t Y = -- ,

которое определяет степень пригодности данного осциллографа для исследования импульсных процессов.

В универсальных и запоминающих осциллографах полоса пропускания колеблется от 1 до 80 МГц, а время установления от 350 до 4 нс.

В высокочастотных осциллографах:

Л f = 0,35...5 ГГц, а t y = 1,2...0,07 нс.

Усилители универсальных осциллографов предназначены для работы в полосе частот от единиц герц до 15 МГц.

В большинстве современных универсальных осциллографов применяют усилители постоянного тока. Полоса пропускания таких усилителей составляет 0... 5 МГц.

В высокочастотных осциллографах с полосой пропускания более 500 МГц усилители вертикального отклонения не применяются.

Делители напряжения

Для уменьшения влияния осциллографа на исследуемую цепь используют делители напряжения. В этом случае влияние входной емкости осциллографа уменьшается.

В комплект осциллографов входят выносные делители - коаксиальный кабель с пробником на конце, в который вмонтирован делитель входного напряжения от 1:10 до 1:1000. Эти делители предназначены для подключения осциллографа к высоковольтным цепям.

Делителем 1:10 можно воспользоваться и для подключения к низковольтным исследуемым цепям для уменьшения влияния входной цепи осциллографа.

При отсутствии делителя последовательно со входом осциллографа включают резистор сопротивлением 40...50 кОм.

Применение делителя предпочтительнее, чем подключение осциллографа к исследуемой цепи через резистор, так как делитель частотно-компенсирован: на входе делителя включена RC-цепочка, емкостью конденсатора которой можно устранить частотные искажения исследуемого сигнала (рис. 3.10).

В случае применения делителя входное напряжение уменьшается. Поскольку осциллограф обладает большим запасом усиления в канале вертикального отклонения луча, то даже ослабленное в 10 раз, исследуемого напряжения оказывается достаточно для развертывания осциллограммы на весь экран и ее синхронизации.

При слишком большой амплитуде входного напряжения происходит ограничение сигнала в каскадах вертикального отклонения луча.

Если такое ограничение происходит в первом каскаде усилителя, то осциллограмма будет искажена даже при очень малой амплитуде исследуемого сигнала.

Поэтому, измеряя амплитуду входного напряжения, следует выбирать положение переключателя входного и выносного делителей такими, чтобы необходимая высота осциллограммы на экране была при среднем положении ручки регулировки усиления канала вертикального отклонения луча.

Канал управления яркостью луча

Канал Z предназначен для формирования прямоугольных импульсов, регулируемых по амплитуде и положению, а также для подачи их в цепь модулятор - катод ЭЛТ.