Электронный осциллограф

Краткое описание

Осциллограф предназначен для наблюдения и сравнения периодических напряжений. Его показания практически не зависят от мощности сигнала.

а

б

Рис. П.1. Электронно-лучевая трубка:

а – конструкция и б – оптическая аналогия трубки

На рис. П.1, а изображена конструкция главного элемента осциллографа – электронно-лучевой трубки. Цифрами на рисунке отмечены следующие элементы:

1 – подогреватель; 6 – отклоняющие пластины;

2 – катод; 7 – электронный пучок;

3 – управляющий электрод; 8 – колба трубки;

4 – первый анод; 9 – люминесцирующий экран.

5 – второй анод;

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) представляет собой стеклянный баллон, из которого выкачан воздух до давления порядка 10^–6 мм рт. ст.

Образование и фокусировка электронного пучка осуществляется
с помощью «электронной пушки», состоящей из подогреваемого катода 2, управляющего электрода 3 и двух анодов 4, 5.

Электростатическое поле между катодом и управляющим электродом регулирует число электронов в электронном пучке, а следователь-но, и яркость пятна на экране.

Электростатическое поле между катодом и анодом фокусирует и ускоряет электроны.

Процесс фокусировки электронного пучка с помощью электро-статических полей во многом напоминает действие оптических линз на лучи света (рис. П.1, б).

Отклоняющие пластины 6 представляют собой плоские конден-саторы. Причем одна пара пластин располагается горизонтально и, следовательно, отклоняет электронный пучок вверх-вниз, а вторая пара – вертикально, эта пара отклоняет пучок вправо-влево. Электронный пучок, попадая между ними, испытывает отклонение, зависящее от величины приложенного к пластинам напряжения, причем если напряжение на пластинах отсутствует, то пучок падает в центр экрана.

Для исследования напряжений, изменяющихся во времени, используют обе пары отклоняющих пластин. На горизонтально отклоняющие пластины (вход Y осциллографа) обычно подается исследуемое напряжение, а на вертикально отклоняющие пластины (вход X осциллографа) подается вырабатывающееся в самом осциллографе напряжение, изменяющееся пропорционально времени, – так называемое напряжение развертки. Это напряжение вырабатывает генератор развертки.

Генератор развертки

Если на вертикально отклоняющие пластины подано переменное напряжение U(t), то световое пятно на экране будет совершать вертикальные колебания. Поскольку обычно эти колебания происходят с большой частотой и люминофор, нанесенный на экран, имеет послесвечение (инерционность), то на экране будет видна неподвижная вертикальная линия. Пусть одновременно напряжение на горизонтально отклоняющих пластинах возрастает по линейному закону U =U₀ + kt. Под действием этого напряжения пятно на экране осциллографа будет равномерно перемещаться слева направо. Результирующая траектория луча представит зависимость исследуемого напряжения U(t) от времени.

Если по истечении времени, равного или кратного периоду исследуемого колебания, напряжение на горизонтально отклоняющих пластинах мгновенно падает до первоначального значения U₀, то световое пятно мгновенно возвращается в исходное положение. Напряжение U(x) при этом является пилообразным. Повторив развертку с постоянной скоростью, мы увидим на экране второй период изменения величины U(t). Смещая луч от точки А до В вдоль горизонтальной оси с постоянной скоростью, а потом мгновенно возвращая его от В до А и повторяя такую развертку многократно, на экране мы видим неподвижную картину величины U(t) (рис. П.2).

Некоторые осциллографы (например, С1-83) позволяют наблюдать на экране одновременно два сигнала (двухканальная схема подключения). Для этого сигналы первого и второго каналов с помощью специального переключателя поочередно подаются на вертикально отклоняющие пластины.

Описание органов управления осциллографом С1–83

Схема осциллографа приведена на рис. П.3.

Рис. П.3. Схема осциллографа

1. Органы управления трактом вертикального отклонения:

– переключатели V/дел 1, 2, устанавливающие калиброванные коэффициенты отклонения каналов I и II;

– потенциометры 3, 4, обеспечивающие плавную регулировку коэффициентов отклонения обоих каналов с перекрытием не менее чем
в 2,5 раза в каждом положении переключателей V/дел. Для достижения соответствия масштабной сетке пределов, установленных переключателями 1, 2, необходимо повернуть потенциометры по часовой стреле до предела;

– потенциометры 5, 6, регулирующие положение лучей обоих каналов по вертикали;

– 7, 8 – гнезда для подачи исследуемых сигналов (канал I, канал II);

– 9, 10 – переключатели режима работы входов усилителя в положениях:

«~» – на вход усилителя исследуемый сигнал поступает через разделительный конденсатор (закрытый вход);

«~» – на вход усилителя исследуемый сигнал поступает с постоянной составляющей (открытый вход);

«^» – вход усилителя подключен к корпусу;

– переключатели режима работы усилителей в положениях:

«I» – на экране ЭЛТ наблюдается сигнал канала I;

«I I», «Х-Y» – на экране ЭЛТ наблюдается сигнал канала II;

«I±II» – на экране ЭЛТ наблюдается алгебраическая сумма сигналов каналов I и II;

« ... » – на экране ЭЛТ наблюдаются изображения сигналов обоих каналов, их переключение осуществляется с частотой 100 кГц;

« ®® » – на экране ЭЛТ наблюдаются изображения сигналов обоих каналов, их переключение осуществляется в конце каждого прямого хода развертки;

– переключатели инвертирования сигнала во II канале в положениях:

« » – фаза сигнала не меняется;

« » – фаза сигнала меняется на 180°;

– переключатели изменения усиления каналов в 10 раз, совмещенные с ручками 5, 6, в положениях:

«х1» – коэффициент отклонения канала соответствует коэффициенту, выставленному переключателем 1 или 2;

«х10» – коэффициент отклонения канала соответствует коэффициенту, выставленному переключателем 1 или 2, умноженному на 10.

2. Органы управления синхронизацией:

– потенциометр 11 («Уровень»), выбирающий уровень исследуемого сигнала, при котором происходит запуск развертки;

– переключатель источника синхронизации в положениях:

«Внутр. I» – развертка синхронизируется сигналом первого канала;

«Внутр. I, II» – развертка синхронизируется сигналами обоих каналов (или одного);

«0,5-5 Внеш.» – развертка синхронизируется внешним сигналом амплитудой 0,5-5 В;

«5-50 Внеш.» – развертка синхронизируется внешним сигналом амплитудой 5-50 В;

«X-Y» – вход усилителя Х отключается от генератора развертки и подключается к I каналу усилителя Y, работа генератора развертки прекращается.

3. Органы управления разверткой:

– переключатель 12 («ВРЕМЯ/ДЕЛ»), устанавливающий калиброванный коэффициент развертки, когда ручка плавной регулировки 13 установлена в крайнее правое положение;

– потенциометр 14, обеспечивающий перемещение луча по горизонтали;

– переключатель « х1, х0,2 », связанный с ручкой 14 и увеличивающий скорость развертки в положении « х0,2 » в 5 раз;

– «АВТ» – режим, вырабатывающий пилообразное напряжение независимо от запускающего сигнала;

– «ЖДУЩ» – запуск развертки (осуществляется только при наличии синхронизирующего сигнала).