27. Э лектронные осциллографы.

Основное назначение – воспроизведение в графическом виде различных электрических колебаний (осциллограмм).

Классификация.

1. Классификация по назначению:

1. С1 – универсальные осциллографы;

2. С7 – скоростные или стробоскопические ос-фы;

3. С8 – запоминающие осциллографы;

4. С9 – осциллографы специального назначения.

Пример:

2. Классификация по числу используемых каналов вертикального отклонения:

1) одноканальные осциллографы; 2) двухканальные осциллографы; 3) многоканальные осциллографы.

3. Классификация по числу одновременно управляемых лучей:

1) однолучевые осциллографы; 2)двулучевые осциллографы; 3)многолучевые осциллографы.

Замечание: Каждый луч в данном осциллографе имеет свой генератор развертки, то есть эти лучи абсолютно независимы.

4. Классификация по виду исследуемого сигнала:

непрерывный сигнал;

одиночный сигнал.

5. Классификация по частотным свойствам:

1)НЧ ос/фы (полоса пропускания до10МГц);2)импульсные ос/фы (п.п.до100МГц); 3)ВЧ ос/фы (п.п.выше100МГц).

Лекция № 10.

Типовая структурная схема электронного осциллографа.

Осциллограф содержит три канала: X, Y и Z.

Канал Y управляет вертикальным отклонением. Он содержит: аттенюатор (Ат), предварительный усилитель (У_предв), линию задержки (ЛЗ) и оконечный усилитель (ОУ). Работает канал Y в режиме усиления сигнала.

Канал X управляет горизонтальным отклонением. Он содержит: переключатель входа (П.Вх), нерегулируемый усилитель Х (У_Х), устройство запуска (УЗ_ап), генератор развертки (ГР) и оконечный усилитель (ОУ). Канал Х работает в двух режимах: 1.Режим линейной развертки 2.Режим усиления сигнала.

Канал Z управляет яркостью луча электроннолучевой трубки. Он содержит: усилитель ограничитель (УО) и устройство управления яркостью луча (УУЯ). Канал Z может работать в двух режимах: 1.С модуляцией яркости луча 2.Без модуляции яркости луча.

Примечание: во всех осциллографах есть встраиваемая мера – это калибратор амплитуды и длительности. С него подается образцовый сигнал на вход канала Y при поверке работоспособности электронного осциллографа.

Режимы работы электронного осциллографа.

Режим работы электронного осциллографа определяется режимами работы его каналов: X, Y, Z.

1) Режим линейной развертки.

Он применяется для временного представления исследуемого сигнала. В этом режиме исследуемое напряжение подается на входной канала Y, а развертывающее пилообразное напряжение вырабатывается генератором развертки в канале Х.. Синхронизация развертки напряжения осуществляется входным сигналом, снимаемого с предварительного усилителя канала Y. Сигнал на экране ЭЛТ представляет собой зависимость напряжения от времени в декартовой системе координат.

2) Режим усиления. Он применяется для не временного представления исследуемого сигнала. В этом режиме исследуется взаимосвязь двух не зависимых сигналов, один из которых подается на вход канала Y, а другой на вход канала Х. Внутренний генератор развертки в канале Х выключен. Сигнал на экране ЭЛТ представляет собой фигуру Лиссажу или параметрическую зависимость.

3) Режим без модуляции яркости. В этом режиме для управления яркостью внешние сигналы не используются. Значение требующей яркости устанавливается органом регулировки канала Z.

4) Режим с модуляцией яркости. В этом режиме на вход канала Z подается внешний сигнал. Этот сигнал управляет напряжением, которое регулирует яркость луча. Сигнал получает необходимую яркостную градацию. Мы видим след от луча в виде совокупности меток.

Функции, выполняемые основными узлами осциллографа.

1. Канал вертикального отклонения (канал Y).

Канал Y всегда работает в одном режиме – в режиме усиления входного сигнала.

1) Входная цепь. Ее функции:1.Служит для согласования входных параметров канала Y с источником исследуемого сигнала. 2.Обеспечивает подключение выносных делителей. 3.Служит для коммутации открытой или закрытой схемы входа.

Для расширения диапазона измерения уровней напряжения во входную цепь включают аттенюатор. Он позволяет устанавливать. удобные для наблюдения размеры изображения по вертикали.

2) Предварительный усилитель. Его функции: 1.Получение требуемой чувствительности ос/фа. 2.Согласование входного аттенюатора с линией задержки. 3.Балансировка смещения нулевого уровня.

3) Линия задержки. Ее функция: Она обеспечивает задержку исследуемого сигнала на время запаздывания формирования развертки в канале Х. Наличие этой линии позволяет наблюдать начало исследования сигнала, которым запускается развертка.

4) Оконечный усилитель. Его функции: Он обеспечивает необходимое усиление исследуемого сигнала. Оконечный усилитель строится по двухтактовой симметричной схеме. Это позволяет осуществить центрирование луча и смещение его по вертикале.

2. Канал горизонтального отклонения (канал Х).

Данный канал может работать в двух режимах: 1) Режим линейной развертки.2) Режим усиления сигнала.

Функции блоков канала Х зависят от того, в каком режиме работает канал Х.

Функции блоков в режиме линейной развертки.

1) Генератор развертки. Он формирует пилообразное напряжение, с помощью которого осуществляется отклонение электронного луча по горизонтали. Изменяя параметры в схеме генератора, мы меняем скорость развертки, а, следовательно, и временный масштаб представления сигнала по горизонтали.

2) Оконечный усилитель. В режиме линейной развертки он обеспечивает усиление, необходимое для развертки сигнала на весь геометрический размер трубки по горизонтали.

3) Устройство запуска и синхронизации. В режиме линейной развертки используют три режима синхронизации: автоколебательный, ждущий и режим одиночного запуска.

В автоколебательном режиме генератора развертки работает непрерывно. Период колебаний синхронизуется, при внутренней синхронизации, с сигналом поступающим с предварительного усилителя, при внешней синхронизации, с сигнала поступающим на вход канала Х.

Ждущий режим используется при наблюдении импульсных сигналов. В этом режиме генератор развертки находится в ждущем состоянии и запускается импульсами, которые формируются из исследуемого сигнала.

В режиме одиночного запуска в осциллографе имеется устройство, вырабатывающее одиночный импульс. Под действием этого импульса формируется однократное пилообразное напряжение.

Функции блоков в режиме усиления внешнего сигнала.

В этом режиме генератор разверток отключен. Сигнал подводится к входу Х. Данный сигнал через переключатель входа и нерегулируемый усилитель Х поступает на оконечный усилитель. Перемещение луча на экране осциллографа по горизонтали будет осуществляться под действием указанного сигнала. Данный сигнал в канале Х не регулируется.

3. Канал управления яркостью луча (канал Z). Служит для установки яркости изображения на экране ЭЛТ.

Выполняемые им функции:

1) Регулировка яркости луча. Осуществляется блоком управления яркостью, путем изменения напряжения, подаваемого на модулятор трубки.

2) Модуляция яркости луча для получения временных меток. Данная функция реализуется с помощью внешнего управляющего напряжения. Данный сигнал подается на вход канала Z, он усиливается усилителем – ограничителем и модулирует в блоке управления яркостью луча напряжение, которое подается на модулятор ЭЛТ.

3) Открывание трубки на время прямого хода луча и запирание ее во время обратного хода луча.

Осуществляется это с помощью модулирующего сигнала поступающего с генератора развертки.

Калибратор.

Калибратор представляет собой генератор, вырабатывающий образцовый сигнал. Амплитуда сигнала используется для калибровки осциллографа по вертикали, в единицах напряжения, а период сигнала используется для калибровки по горизонтали, в единицах времени.

Амплитудные и временные измерения с помощью электронного осциллографа.

Существует очень много методов осциллографических измерений, однако самым перспективным и наиболее распространенным является метод калиброванного отклонения. В этом методе горизонтальная ось является осью времени, а вертикальная ось – осью напряжения. Временной интервал в этом методе определяется умножением размеров измеренной части осциллограммы по горизонтали на коэффициент развертки.

К оэффициент развертки устанавливается двумя ручками: большой – ступенчато, маленькой – плавно, в пределах одной ступени.

Аналогично, измеряемое напряжение определяется умножением размера измеренной части осциллограммы по вертикали на коэффициент отклонения.

Коэф-т отклонения также регул-ся двумя ручками: большой – ступенчато, маленькой – плавно, в пределах одной ступени.

Точность измерения по данному методу определяется точностью калибровки коэффициентов отклонения и развертки.

Калибровка коэффициента отклонения.

С игнал с калибратора подаем на вход канала Y. На экране осциллографа имеем сигнал:

Находим амплитуду данного сигнала U_x и сравниваем с амплитудой образцового сигнала U_o:

Получаем точность калибровки:

Аналогично для коэффициента развертки – измеряем период Т_х и сравниваем с образцовым Т_о.

Получаем точность калибровки: