Електронний осцилограф

Мета роботи:

1) Ознайомлення з принципом роботи електронного осцилографа.

2) Отримання навичок вимірювань за допомогою електронного осцилографа.

Теоретичні відомості:

Узагальнена структурна схема універсального електронного осцилографа показана на рис. 6.1.

Рис.6.1. Структурна схема електронного осцилографа

Головний принцип функціонування універсального електронного осцилографа зрозуміла з структурної схеми. Розглянемо деякі особливості схеми та керування електронним осцилографом, які необхідно враховувати при проведенні вимірювань.

Екран електронно-променевої трубки (ЕПТ) є робочим полем виходом осцилографа як вимірювального приладу. На екрані в певній координатній системі зображується часова залежність сигналу - напруги, що діє на сигнальному вході.

Найчастіше сигнал, що виміряється, подається на вхід «Y». Біля розніму вказується вхідний опір та ємність, наприклад «1 MΩ. 25F». Вхідний рознім сполучається з атенюатором через перемикач «~ ┴ ~» в стані перемикача «~» постійна напруга разом із змінною напругою передається від входу «Y» провідником до атенюатора. Цей стан перемикача відповідає так званому «відкритому входу». В стані «~ » напруга до атенюатора передається через конденсатор. Цей стан перемикача відповідає так званому «закритому входу». В стані «┴» - на вхід атенюатора і далі на вхід підсилювача передається нульовий потенціал від корпусу осцилографа. Це так званий «заземлений вхід» або «замкнений вхід».

Вхідний атенюатор виконують дискретним і плавним. Покажчик шкали дискретного атенюатора визначає чутливість осцилографа. Він справедливий, коли вимкнено плавний регулятор.

З атенюатора сигнал подається на підсилювач попередній, зазвичай це підсилювач постійного струму, якому придатний недолік - «дрейф нуля». Тобто напруга на виході виникає і з часом змінюється навіть коли вхід підсилювача коротко замкнутий. Тому перед початком роботи з осцилографом його треба балансувати, тобто досягти на виході підсилювача «нульової напруги» у стані замкненого входу.

З підсилювача попереднього сигнал надходить на лінію затримки, в якій він затримується на певний час аби прийти до відхиляючих пластин разом з напругою розгортки, вироблення якої з моменту приходу сигналу до входу осцилографа потребує певного часу. Підсилювач вихідний піднімає напругу сигналу до рівня, що відхиляє промінь ЕПТ на весь вертикальний розмір екрану за найменшого номінального рівня напруги сигналу на вході.

Серцевиною блоку розгорнення є генератор розгорнення, який виробляє пилкоподібну напругу (рис.6.2).

Рис.6.2. Напруга генератора розгортки

Період коливань генератора розгорнення змінюється дискретно і плавно. Шкала перемикача дискретної розгортки справедлива, коли вимкнено регулятор плавної розгортки.

Генератор розгорнення починає діяти - «запускається розгорнення» залежно від встановленого режиму розгорнення. Зазвичай є три режими розгорнення: авто коливний, чекаючий одноразовий.

В автоколивному режимі генератор розгорнення запускається сам по собі без дії зовнішніх напруг, що мають надходити з блоку синхронізації. Тому на екрані спостерігається яскрава «лінія розгортки», коли на вході «Y» відсутній сигнал.

В чекаючому режимі розгорнення генератор розгортання запускається лише від сигналу, що має поступати з блоку синхронізації. Цей режим є вигідним тоді, коли треба щоб за відсутністю сигналу на вході «Y» не було видно «лінії розгортай». Перевага цього режиму ще й в тому, що можна виконати синхронізацію сигналу, що діє на вході «Y», з частотою менше 30 Гц.

Одноразовий режим є також чекаючий, але розгорнення здійснюється лише за один період і лише з моменту подання сигналу дозволу на розгорнення. Цей режим є зручним для дослідження неперіодичних сигналів, або коли звичайне періодичне розгорнення дає нестійке зображення, або кили треба сфотографувати зображення сигналу.

Ідеальні умови досягнення нерухомості зображення періодичного сигналу є такі: період пилкоподібної напруги, що діє між пластинами горизонтального відхилення, повинен точно дорівнювати (або бути цілократним) періоду сигналу, що діє між пластинами вертикального відхилення.

Але ці умови принципово фізично не можуть виконуватися, тому що застосовуються найчастіше різні (некогерентні) джерела напруг. Аби запобігти пересуванню по екрану розгортки сигналу виконують синхронізацію коливань. При цьому пилкоподібна напруга генератора розгорнення з'являється з тої митті, коли напруга сигналу досягне певного значення (рівня), а його похідна певного знаку. Так само і зникає.

Режими запуску розгорнення може бути також відкритим і закритим з відповідними позначками «~» і «~», залежати від полярності запуску розгорнення (тобто з залежності від знаку похідної досліджуваного сигналу) з позначками «+» і «-».

При закритому запуску розгорнення в блок синхронізації не проходить постійна складова «сигналу синхронізації». Синхронізація діє, коли частота коливань сигналу синхронізації перевищує 30 Гц. «Сигнал синхронізації» осереднюється і якщо він містить випадкові складові, що час від часу змінюють середнє значення напруги запуску синхронізації, то виникає просмикування розгортки.

При відкритому запуску розгорнення синхронізація здійснюється за частот, що менші 30 Гц. На синхронізацію впливає постійна складова, що може бути в «сигналі синхронізації». Осереднення «сигналу синхронізації» йде в тривалий час, це забезпечує нечутливість синхронізації до випадкових завад.

Потреба вибору полярності запуску синхронізації постає тоді, коли на екрані поміщається не більше одного періоду сигналу.

Регулятор рівня запуску розгорнення при високій частоті (має напис «ВЧ» або «стабільність») застосовують, якщо розгортання йде з великою швидкістю, а саме 20 або 10 нс/под., тоді ним налагоджують нерухомість зображення.

Джерела синхронізації можуть бути внутрішніми, від мережі і зовнішніми. При внутрішній синхронізації «сигнал синхронізації» отримують від підсилювача вертикального відхилення через допоміжний підсилювач синхронізації, тобто від сигналу, що діє на вході «Y».

При синхронізації від мережі - від мережі електроживлення з частотою 50 Гц. Це може бути вигідно, коли сигнал на вході «Y» має період коливань кратний періоду коливань напруги у мережі (наприклад при налагодженні схем джерел живлення).

При зовнішній синхронізації - від джерела, що діє на вході «X». Цей стан вигідний для спостереження електричних величин (або перетворених в них інших величин) залежних від певного джерела напруги (генератора). Також коли внутрішній сигнал дуже слабкий, аби досягти синхронізації, або коли досліджуваний сигнал містить компоненти завад, що заважають досягти синхронізації.