Функциональная схема осциллографа

Блок управления лучом включает канал Y для управления положением луча по вертикали исследуемым сигналом, поданным в гнездо «Вход Y»; канал X – для формирования линейно-изменяющегося («пилообразного») напряжения, под действием которого луч в ЭЛТ перемещается по горизонтали; канал Z служитдля формирования прямоугольного импульса, открывающего луч на время прямого хода луча.

Канал Y включает масштабный преобразователь МП1 амплитуды сигнала U(t) с коэффициентом масштабного преобразования К_МП1 (К_МП1>1 (усиление) или К_МП1 <1 (ослабление)); линию задержки ЛЗ для задержки во времени сигнала без искажения его формы, оконечный масштабный преобразователь МП_у с коэффициентом масштабирования К_МПу>1 и парафазным выходом.

Таким образом, некоторое мгновенное значение U_i входного сигнала на выходе канала Y будет таким:

U_yi = K _МП1·К_МПу·U_i

Отклоняющие пластины Y осуществляют функцию измерительного преобразователя (ИП) – преобразуют значения напряжения, поданного на пластины Y в длину следа на экране ЭЛТ по вертикали, соответствующего этому напряжению с коэффициентом h_y:

l_y = h_y·U_yi = h_y· K _МП1·К_МПу·U_i

Из формулы видно, что для определения значения напряжения U_i необходимо определить длину следа l_y, соответствующего напряжению U_i

или

Значение h_у и K_МПу не изменяются.

Значение К_у считывается по положению переключателя «Вольт/см» (или «Вольт/дел.»).

Переключатель П1, находящийся в канале Y, предназначен для установки режимов «вход открыт» (переключатель П1 замкнут, обозначение «~») или «вход закрыт» (переключатель П1 разомкнут, обозначение «~»). В положении «~» входной сигнал U(t) поступает на МП1, а в положении «~» на вход МП1 поступает напряжение U₁(t). Для последовательности прямоугольных импульсов (рис. 1.6) имеем:

,

где U₀ (t) –постоянная составляющая или среднее значение периодического сигнала U(t), – длительность импульса, U_m – амплитуда импульса.

Канал X содержит селектор синхронизации (СС) – для выбора момента t₀ формирования пилообразного напряжения в зависимости от установленного оператором уровня (регулировка «Уровень») по отношению к входному сигналу

Рисунок 1.6 – Смещение луча на экране при переключении П1

синхронизации (сигналу, запускающему канал X), измерительный преобразователь (ИП), формирующий линейно нарастающее (пилообразное) напряжение c момента времени t₀ с установленной оператором скоростью нарастания напряжения U_х(t) (рис. 1.7).

На участке прямого хода (t₀ – t₁) напряжение U_х(t)увеличивается с выбранной оператором скоростью υ_x, .

Рисунок 1.7 – Формирование линейно-нарастающего напряжения с различной скоростью нарастания

, .

Пилообразное напряжение через парафазный масштабный преобразователь МП_Х поступает на пластины X Пластины X выполняют функцию измерительного преобразователя, преобразующего напряжение U_x(t)в длину следа l_x на экране c коэффициентом преобразования h_х.

, .

Параметр h_x не изменяется в ЭЛТ. Поэтому значение интервала времени t_i, соответствующее длине следа луча вдоль оси х, определяется по формуле:

, или .

Значение Кх определяется по положению переключателя «Время/деление» или «Время/см».

Переключатель П2 предназначен для выбора источника синхронизации канала X. Переключатель ПЗ – для выбора режима «~» или «~» по отношению к сигналу источника синхронизации. Переключатель П4 – для выбора момента синхронизации t₀ при заданном «Уровне» при положительном или при отрицательном значении производной сигнала выбранного источника синхронизации (рис. 1.8).

Регулировка «Стабильность» в канале X необходима для установления кратности в целое число раз периода повторения пилообразного напряжения Т_р и периода повторения входного сигнала Т в канале Y.

МП_z в канале Z служит для усиления прямоугольного сигнала, длительность которого соответствует длительности прямого хода пилообразного напряжения U_x в канале X.

Рисунок 1.8 – Выбор полярности синхронизации

Калибровка осциллографа. Проводить измерения амплитудных и времен-ных характеристик, отображаемых на экране ЭЛТ сигналов, можно после проверки правильности установки коэффициентов К_у «В/дел.» и К_х

«Время/дел.». Этот процесс проверки называют калибровкой.

Для проведения калибровки в осциллографе имеются встроенная нерегулируемая мера напряжения и времени с заданными значениями U_M = const и T_M = const (рис. 1.9).

Выходной сигнал меры подают на вход Y осциллографа и получают изображение одного периода на экране, измеряя значения U_{М изм} и Т_Мизм. Если измеренные значения не равны заданным мерой, то производят регулировку амплитуды и времени ручками плавной регулировки,

Uм

Uм

U0=0

t

Tм

Рисунок 1.9 – Выходной сигнал меры (калибратора)

расположенными в центре переключателей «В/дел.» и «Время/дел». После проведения калибровки в процессе работы с осциллографом плавные регулировки амплитуды и времени смещать нельзя.

Режим внутренней синхронизации. В этом режиме сигналом синхронизации канала X является исследуемый сигнал U(t), поданный в канал Y. Переключатель П2 ставится в положение «Внутр.».

Входной сигнал U(t) (рис. 1.10 а) подают в гнездо «Вход Y». Переключатель «В/дел.» ставят в такое положение, чтобы на экране получить изображение на весь экран (по априорным знаниям об амплитуде входного сигнала). Вращая регулировку «Уровень», добиваются появления изображения на экране. Если изображение сигнала на экране неустойчивое, то регулировкой «Стабильность» добиваются неподвижного изображения.

В моменты равенства установленного «уровня» и величины входного сигнала U(t) возникают синхроимпульсы в моменты «-», соответствующие отрицательной производной U(t) , или в моменты «+», соответствующие положительной производной U(t). Переключателем П4 выбираем полярность синхронизации (на рис. 1.10, в выбрана полярность «+»). С момента t₀₁ начнется формирование пилообразного напряжения с выбранной оператором скоростью нарастания «Время/дел.». На экране ЭЛТ будет виден участок входного сигнала с момента t₀₁ до момента t₁. Запуск генератора пилообразного напряжения (ГПН) вторым и третьим синхроимпульсами не происходит до момента t₁окончания его работы. Затем генератор развертки (ГПН) запускается синхроимпульсом в момент t₀₂ и т.д.

Выбирая соответствующий уровень синхронизации, сигналы синхронизации «+» или «-», скорость движения луча «Время/дел.» и размера изображения по вертикали «Вольт/дел.», получают изображение на экране нужного участка исследуемого сигнала.

Рисунок 1.10 – Временные диаграммы при внутренней синхронизации.

Уровень синхронизации положительный

Выбирая соответствующий уровень синхронизации, сигналы синхронизации «+» или «–», скорость движения луча «Время/дел.» и размера изображения по вертикали «Вольт/дел.», получают изображение на экране нужного участка исследуемого сигнала.

Если при переключении «Вольт/дел.» пропадает изображение, то это означает, что амплитуда сигнала U(t) меньше установленного «уровня» синхронизации и восстановить изображение можно ручкой «Уровень».

Если при переключении «Время/дел.» изображение стало неустойчивым, то есть нарушилось соотношение кратности частот, тогда регулировкой «Стабильность» кратность нужно восстановить.

На рис. 1.11 показаны временные диаграммы напряжений при отрицательном напряжении уровня синхронизации.

Рисунок 1.11 – Временные диаграммы при внутренней синхронизации.

Уровень синхронизации отрицательный.

В электронном осциллографе имеется задержка начала горизонтальной развертки из-за инерционности блоков синхронизации, усиления, генератора развертки. Эта задержка составляет десятки наносекунд. Для согласования исследуемого сигнала с началом горизонтальной развертки в канале Y предусмотрена линия задержки ЛЗ. Она задерживает входной сигнал на время t_з и компенсирует, таким образом, задержку появления развертки в канале Х (рис. 1.12, рис. 1.13). При отсутствии линии задержки на осциллограмме нельзя будет наблюдать начало входного сигнала (например, передний фронт импульсного сигнала).

Рисунок 1.12 – Временные диаграммы, поясняющие действие линии задержки в режиме внутренней синхронизации

Режим внешней синхронизации. Переключатель П2 устанавливают в положение «Внешн.». Сигнал внешней синхронизации подают на вход «Внешн. синхрониз.».

Если амплитуда сигнала внешней синхронизации больше установленного уровня синхронизации (регулировка «Уровень»), то на экране будет отображаться линия, соответствующая движению луча вдоль x с установленной оператором скоростью «Время/дел.».

Поданный на «Вход Y» сигнал будет отображаться на экране ЭЛТ только в том случае, если он синхронизирован с сигналом внешней синхронизации и его временное положение соответствует прямому ходу луча слева направо.

Режим синхронизации от сети (положение переключателя П2 «Сеть») используется для проверки функционирования осциллографа. В этом случае на вход канала X поступает переменное напряжение частотой 50 Гц, синхронизация осуществляется аналогично внутренней синхронизации.