5.2.Матричная индикаторная панель.
Новейшим типом отображающего устройства, применяемого в современных осциллографах с аналого-цифровым и цифровым преобразованием исследуемого сигнала, является матричная индикаторная панель. Она представляет собой совокупность расположенных определенным образом отдельных дискретных излучателей (газоразрядных, жидкокристаллических, твердотельных и т.д.). На рис. 4.3 изображена конструкция матричной газоразрядной панели.
Рис. 4.8 Матричная индикаторная панель: 1– аноды, 2- стеклянные панели, 3- катоды, 4 – матрица.
Данное матричное устройство содержит две стеклянные пластины 1, на внешних поверхностях которых напылены тонкие проводящие полоски — аноды 2 и катоды 3. Аноды располагаются на лицевой пластине, через которую проходит световое излучение, поэтому их делают прозрачными. Между пластинами помещается диэлектрическая матрица 4 с отверстиями, образующими газоразрядные (или другие) ячейки в точках перекрестия электродов. Панель заполняют гелий-неоновой смесью и герметизируют. Изображение исследуемого сигнала воспроизводится поочередным свечением газоразрядных ячеек. Для этого со схемы управления панелью в каждый момент времени на аноды и катоды пластин подают соответственно положительный и отрицательный импульсы напряжений поджига. Номер анода, на который подается импульс напряжения поджига, определяет строку развертки, а номер катода — столбец; на их перекрестии располагается светящаяся ячейка панели. Такой принцип управления лучом развертки называют матричным, на практике его реализуют цифровыми методами и устройствами.
Преимуществами матричных индикаторных панелей являются малые габариты и вес, низкие напряжения питания. В них отсутствуют геометрические искажения, светящаяся точка стабильна. Разработаны панели с внутренней памятью, способные не только воспроизводить, но и запоминать изображение сигнала. Цифровой принцип управления позволяет достаточно просто совместить изображение сигнала с цифробуквенной индикацией его параметров на одном экране. К недостаткам матричных индикаторных панелей следует отнести сложность схемы управления, сравнительно невысокую разрешающую способность и низкое быстродействие.
5.3. Типы осциллографов
5.3.1Универсальный осциллограф
Универсальным осциллографом называется измерительный прибор, в котором исследуемый сигнал через канал вертикального отклонения подается на вертикальную отклоняющую систему ЭЛТ, а горизонтальное отклонение электронного луча трубки осуществляется напряжением горизонтальной развертки. Упрощенная схема универсального осциллографа изображена на рис. 4.3
Рис. 4.9. Упрощенная структурная схема универсального осциллографа
5.3.2Цифровые осциллографы
Цифровой осциллограф позволяет одновременно наблюдать на экране сигнал и получать численные значения его ряда параметров с большей точностью, чем это возможно путем считывания количественных величин непосредственно с экрана обычного осциллографа. Это возможно потому, что параметры сигнала измеряются непосредственно на входе цифрового осциллографа, тогда как сигнал, прошедший через канал вертикального отклонения, может быть измерен с существенными ошибками. Эти ошибки могут достигать 10 %.
Параметры, измеряемые современными цифровыми осциллографами, являются: амплитуда сигнала, его частота или длительность. Однако этим не ограничиваются возможности цифровых осциллографов. Сопряжение цифровых осциллографов с микропроцессорами позволяет определять действующее значение напряжения сигнала и даже вычислять и отображать на экране преобразования Фурье для любого вида сигнала.
В устройствах цифровых осциллографов осуществляется полная цифровая обработка сигнала, поэтому в них, как правило, используется отображение на новейших индикаторных панелях.
В цифровых осциллографах отображение результата измерения производится тремя способами:
Параллельно с наблюдением динамического изображения сигнала на экране, его численные параметры высвечиваются на световом табло.
Оператор подводит к изображению сигнала на экране световые метки так, чтобы отметить измеряемый параметр, и по цифре на соответствующей регулировке определяет величину интересующего параметра.
Используются специальные кинескопы (например, матричные индикаторы) и растровый метод формирования изображения исследуемых сигналов и цифровой информации.
В большинстве современных цифровых осциллографов производится автоматическая установка оптимальных размеров изображения на экране трубки. Ниже приводятся упрощенная структурная схема (рис. 4.4) и параметры современного цифрового автоматизированного осциллографа, который является характерным представителем этого класса приборов.
Структурная схема цифрового осциллографа содержит: аттенюатор входного сигнала; усилители вертикального, и горизонтального отклонения; измерители амплитуды и временных интервалов; интерфейсы сигнала и измерителей; (микропроцессорный) контроллер; генератор развертки; схему синхронизации и электронно-лучевую трубку.
Технические характеристики типового цифрового осциллографа:
полоса пропускания 0...50 МГц;
коэффициенты отклонения 0,002... 10 В/дел;
коэффициенты развертки 20 нс/дел...20 мс/дел;
погрешность коэффициентов отклонения и развертки 2...4 %;
погрешность цифровых измерений 2…3 %;
размер экрана 80х100мм.
Рис. 4.10. Упрощенная структурная схема цифрового осциллографа
Функциональные возможности:
автоматическая установка размеров изображения;
автоматическая синхронизация;
разностные измерения между двумя метками;
автоматическое измерение размаха, максимума и минимума сигналов, периода, длительности, паузы, фронта и спада импульсов;
вход в канал общего пользования.
Как видно из структурной схемы амплитудные и временные параметры исследуемого сигнала определяются с помощью встроенных в прибор измерителей. На основании данных измерений микропроцессорный контроллер производит вычисление требуемых коэффициентов отклонения и развертки и через интерфейс устанавливает эти коэффициенты в аппаратной части каналов вертикального и горизонтального отклонения. Это обеспечивает неизменные размеры изображения по вертикали и горизонтали, а также автоматическую синхронизацию сигнала.
Микропроцессорный контроллер также опрашивает положение органов управления на передней панели, и данные опроса после кодирования снова поступают в контроллер, который через интерфейс включает соответствующий режим автоматического измерения. Результаты измерений индицируются на отдельном световом табло (оно может быть встроено в экран трубки), причем амплитудные и временные параметры сигнала отображаются одновременно.