3.7 Електронний осцилограф
Осцилограф – це прилад, призначений для спостереження, реєстрації та вимірювання параметрів досліджуваного сигналу (напруги), який залежить від часу.
В електронному осцилографі реєстрація здійснюється шляхом фотографування зображення з екрана.
Крім електронних осцилографів існують електромеханічні. Їх називають світлопроменевими. В них використовуються електромеханічні (переважно магнітоелектричні) механізми з малим моментом інерції, які перетворюють досліджуваний сигнал в переміщення променя світла.
В електронних осцилографах досліджуваний сигнал перетворюється у відхилення потоку електронів (електронного променя), який, потрапивши на люмінесцентний екран електронно-променевої трубки (ЕПТ), створює лінію, яка світиться. Форма цієї лінії відповідає сигналу, який змінюється в часі.
Для спостереження сигналів у вигляді поодиноких (що не повторюються періодично) імпульсів використовуються осцилографи з тривалим світінням ЕПТ. В осцилографах, призначених для спостереження періодичних сигналів, післясвітіння невелике. Тому в таких осцилографах для одержання нерухомого чітко видимого зображення необхідно, щоб електронний промінь періодично прокреслював на екрані ЕПТ лінію, що є графіком досліджуваного сигналу.
На рис.3.32 показаний принцип одержання нерухомого зображення періодичного сигналу.
Рисунок 3.32
На вертикально-відхиляльні пластини Y‑Y подається досліджувана напруга uc, а на горизонтально-відхиляльні пластини X‑X – напруга розгортки uр, яка змінюється у часі лінійно. Штриховими лініями на рисунку показано одержання точок 0, 1, 2, 3 на екрані осцилографа в моменти t0, t1, t2 та t3. У даному випадку періоди повторення напруг сигналу та розгортки однакові: Tp = Tc.
Для управління променем, установлення потрібних розмірів зображення, установлення масштабів на осях осцилограми та виконання інших операцій осцилограф має комплекс функціональних вузлів. Структурна схема з набором найбільш вживаних вузлів (блоків) в осцилографах приведена на рис.3.33.
Якщо період напруги розгортки Тр дорівнював би 2Tc, напруга розгортки змінювалась би по штрих-пунктирній лінії. На екрані осцилографа вмістилося б дві хвилі досліджуваної синусоїдної напруги. Для одержання нерухомого зображення на екрані осцилографа потрібно, щоб період Tр був в ціле число n разів більший за період Tc: Tp = nTc. Крім того, необхідно, щоб розгортка починалась кожного разу в момент часу, який відповідає одній і тій самій фазі сигналу, наприклад, в момент t0 на рис.3.32. Це означає, що напруги сигналу та розгортки повинні змінюватись у часі синхронно, тобто ці напруги повинні бути синхронізовані між собою.
Рисунок 3.33
І ще потрібно, щоб за час зміни напруги uр від максимального додатного до максимального від’ємного значення пучок електронів (електронний промінь) не потрапляв на екран, інакше буде видна на екрані горизонтальна лінія (під час зворотного ходу променя).
Досліджувана напруга подається на вхід Y каналу вертикального відхилення. За допомогою вхідного атенюатора вхідна напруга зменшується до такого значення, щоб вона могла бути без спотворень підсилена підсилювачем вертикального відхилення, напруга з виходу якого потрапляє на вертикально-відхиляльні пластини. З підсилювача вертикального відхилення в моменти (t0+n2), де n = 0, 1, 2… (див. рис.3.33) в положенні 1 перемикача S1 подається короткий імпульс, який запускає схему синхронізації. Сигнал зі схеми синхронізації надходить на вхід схеми управління розгорткою і далі на генератор пилкоподібної напруги, через перемикач S2 в положенні 1 на підсилювач горизонтального відхилення і, нарешті, на горизонтально-відхиляльні пластини ВПТ.
Якщо для запуску схеми синхронізації використовується досліджуваний сигнал (ключ S1 в положенні 1), то така синхронізація називається внутрішньою, при положенні 2 ключа S1 синхронізація може бути здійснена зовнішнім сигналом, а в положенні 3 ключа S1 – напругою мережі живлення.
В положенні 1 перемикача S2 напруга з генератора, яка змінюється лінійно, надходить на вхід підсилювача горизонтальної напруги і далі на горизонтально-відхиляльні пластини для розгортки у часі досліджуваної напруги. У положенні 2 перемикача S2 на вхід підсилювача горизонтального відхилення можна подати напругу від іншого джерела, наприклад, для вимірювання частоти за допомогою фігур Ліссажу.
Для контролю за коефіцієнтами вертикального та горизонтального відхилення та їх коректування у багатьох осцилографах є калібратор – генератор, який виробляє стабільну за амплітудою та частотою напругу.
На вхід Z подаються сигнали, за допомогою яких можна промодулювати досліджувану напругу за яскравістю світіння, тобто накласти “мітки” на досліджуваний сигнал.
Промисловістю випускається велика кількість осцилографів різного призначення та з різноманітними характеристиками. Осцилографи поділяються на універсальні, швидкісні, стробоскопічні, запам’ятовувальні, багатопроменеві, спеціальні. Найбільш розповсюдженими є універсальні.