1.5. Принцип работы осциллографа

Д ля получения осциллограммы исследуемого сигнала необходимо управлять движением светового пятна на экране ЭЛТ в горизонтальном и вертикальном направлениях. Сме-щение пятна в вертикальном направ-лении осуществляется сигналом, а в горизонтальном – напряжением развертки. Генератор развертки вырабатывает колебания пилообразной формы, показанные на рис. 1.4.

На участке графика Ux(t) ас напряжение развертки линейно убывает. Время Тпр, в течение которого Uх изменяется от максимального значения до минимального, называется временем прямого хода развертки. Участок cd, который длится в течении времени Тобр, соответствует обратному ходу развертки. Время Тпр и Тобр составляют период развертки Тр.

Если приложить Uх к горизонтальным отклоняющим пластинам, отключив сигнал от пластин вертикального отклонения, электронный пучок ЭЛТ будет отклоняться только в горизонтальной плоскости. При этом светящееся пятно на экране будет перемещаться в следующей последовательности. При максимальном положительном напряжении Uх (точка а на рис. 1.4) светящееся пятно займет крайнее левое положение (точка а') на экране. При линейном убывании Uх пятно постепенно перемещается в точку b' и после перемены полярности Uх – в точку с'. На участке а'с' скорость движения пятна будет постоянной. Поскольку Uх нарастает по линейному закону, то зависимость между смещением пятна на экране и напряжением, приложенным к пластинам, также линейная. После достижения точки с' светящееся пятно начинает перемещаться по той же траектории в обратном направлении (пунктирная линия). Обратный ход осуществляется за время Тобр<<Тпр, поэтому скорость движения пятна в обратном направлении существенно выше.

Линия с`d` обратного хода луча создает помеху на экране. В идеальном случае, когда Тобр=0, луч мгновенно перемещается из точки е в точку а, и линия обратного хода отсутствует. На практике длительность обратного хода не может быть равна нулю, электронный пучок во время обратного хода перемещается, образуя отчетливо видимую линию обратного хода. Поэтому в осциллографах с генератора развертки на устройство управления яркостью луча ЭЛТ (рис. 1.3) подаются специальные гасящие импульсы, предназначенные для запирания электронного пучка во время обратного хода развертки сd (рис.1.4), чтобы не создавать помеху на экране. Таким образом, при подаче Uх на горизонтальные пластины ось Х является одновременно осью времени.

Образование осциллограммы на экране ЭЛТ при воздействии двух напряжений – развертки (Uх) и сигнала (Uc) – соответственно на пластинах Х и Y показано на рис. 1.5.

Период развертки условно разбит на четыре равных интервала с границами, отмеченными на рис. 1.5 через t₀, t₁, t₂, t₃ и t₄. Каждому моменту времени соответствует свое значение напряжения сигнала и генератора развертки, которые приводят к смещению светового пятна соответственно в направлении Y и X, а значит формированию требуемого изображения на экране ЭЛТ.

Осциллограммы, полученные при первом, втором и т.д. периодах работы генератора развертки накладываются друг на друга. Но образование неподвижного изображения возможно при выполнении условия, принятого при построении рис. 1.5, а именно Tp=Tc. В этом случае любой периодический сигнал делится на временные интервалы, в пределах которых «отрезки» сигнала полностью идентичны и при наложении осциллограмм образуется единое неподвижное изображение.

Аналогично образуется изображение осциллограммы, когда Тр=n×Тс. Если n – целое число, то в одном периоде развертки укладывается ровно n периодов сигнала. Осциллограмма будет отличаться от изображенной на рис. 5 числом периодом сигнала (2, 3 и более), отложенным вдоль оси Х. Условие Тр=n×Тс устанавливает необходимость выбора периода развертки Tp равным кратному периоду сигнала. путем подбора периода генератора развертки и уровня сигнала синхронизации.

Рис. 1.5 Формирование осциллограммы на экране ЭЛТ

Формирование осциллограммы на экране осциллографа при нарушении кратности периодов сигнала и генератора развертки иллюстрирует рис. 1.6.

Период сигнала, представляющего собой колебание синусоидальной формы (рис. 1.6, а), Tc>Tp. При первом цикле развертки Тр1 (рис. 1.6, б) на экране отображается осциллограмма в виде отрезка синусоиды между точками аb (рис. 1.6, в), при втором отрезок bc, при третьем cd и т. д.

Последовательное появление осциллограмм приводит к их наложению со смещением, что создает ощущение движения изображения слева направо (рис. 1.6, г). Скорость движения осциллограммы тем выше, чем больше отличается период развертки от периода сигнала. Можно показать, что при Tc<Тp осциллограмма будет перемещаться в противоположном направлении, т. е. справа налево.

Рис. 1.6. Формирование осциллограммы в случае

неравенства периодов сигнала и генератора развертки