ПОЯСНЕНИЕ К РАБОТЕ. Электронный осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), трех электрических каналов управления лучом

Электронный осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), трех электрических каналов управления лучом, блока питания. Структурная схема универсального электронного осциллографа показана на рис. 3. ЭЛТ преобразует напряжение измерительного сигнала в перемещение луча на экране. Для отклонения луча используется электростатическое управление. В состав ЭЛТ входят следующие устройства:

– электронная пушка (катод с нагревателем К, управляющий электрод-модулятор М, фокусирующий анод А₁, ускоряющий анод А₂);

– горизонтальные пластины канала Y для создания электрического поля, отклоняющего луч по вертикальной координате экрана;

– вертикальные пластины канала Х для создания электрического поля, отклоняющего луч по горизонтальной координате экрана;

– один или нескольких электродов А₃ для создания поля, ускоряющего электроны луча после отклонения;

– экран Э с люминесцентным покрытием, который преобразует кинетическую энергию электронов луча в световое излучение;

– стеклянный баллон Б, обеспечивающий вакуум внутри ЭЛТ и жесткое крепление электродов.

Рис. 3

Большинство ЭЛТ имеют экран прямоугольной или квадратной формы со шкалой, нанесенной на внутреннюю поверхность стекла.

Основной параметр ЭЛТ для универсальных осциллографов – это чувствительность S_ЭЛТ, лежащая в пределах 1-4 мм/В. По каналу вертикального отклонения луча поступает исследуемый сигнал U_у, вызывающий вертикальное отклонение луча в ЭЛТ. Исследуемый сигнал подается на входной делитель (ВД), при помощи которого устанавливается необходимое ослабление сигнала. Это позволяет обеспечить работу усилителя вертикального отклонения (УВО) в режиме минимальных нелинейных искажений. С выхода ВД исследуемый сигнал через предварительный усилитель (ПУ) подается на линию задержки (ЛЗ). Задержка сигнала необходима для срабатывания канала горизонтального отклонения, т.е. блока синхронизации (БС), генератора развертки (ГР) и усилителя горизонтального отклонения (УГО). Движение луча по горизонтали должно начинаться раньше, чем усиленный сигнал поступит на вертикально отклоняющие пластины.

На горизонтально отклоняющие пластины канала X поступает напряжение U_х, вызывающее горизонтальное отклонение луча. Одновременное воздействие двух напряжений U_х и U_у на электронный луч трубки вызывает появление осциллограммы. Напряжение U_х называется развертывающим напряжением. Главным узлом канала Х является ГР, вырабатывающий напряжение, пропорциональное времени: U_x=U_р=mt, где m – некоторый коэффициент пропорциональности. Для управления частотой развертывающего напряжения используется напряжение синхронизации, поступающее из канала Y (внутренняя синхронизация) или от внешнего источника (внешняя синхронизация) через БС. ГР формирует пилообразное линейное напряжение для временной развертки луча ЭЛТ. Время прямого хода луча t_пр много больше времени обратного хода t_обр

(рис. 4), поэтому период развертки Т_р»t_пр. Выходной сигнал ГР поступает на УГО, который выполняет преобразование пилообразного напряжения, поступающего с ГР в два противофазных сигнала.

Рис. 4

В осциллографе предусмотрена возможность поступления внешнего сигнала на горизонтально отклоняющие пластины (внешний сигнал должен быть подан на вход Х). В этом режиме УГО отключен от ГР и присоединен ко входу X.

Генератор развертки имеет три режима работы: автоколебательный, ждущий и одиночной развертки. Автоколебательный режим используется для наблюдения синусоидальных сигналов и импульсов небольшой скважности. Для наблюдения импульсных сигналов большой скважности используется ждущий режим (режим ждущей развертки). Для наблюдения одиночных импульсов применяется режим одиночной развертки.

Для получения устойчивого изображения применяют три вида синхронизации: внешним сигналом, исследуемым сигналом (внутренняя синхронизация) и сигналом от сети.

Частота напряжения ГР обычно синхронизирована с частотой напряжения исследуемого сигнала с помощью схемы синхронизации и запуска. Данная схема служит для выработки импульса синхронизации постоянной амплитуды в тот момент, когда входной сигнал произвольной формы достигает определенного уровня.

При автоколебательном режиме работы ГР импульс синхронизации корректирует длительность обратного хода луча, а при ждущем режиме осуществляет запуск генератора развертки.

По каналу управления яркостью луча (вход Z) подается напряжение от внешнего источника для увеличения яркости электронного луча. Управление яркостью также возможно с использованием ГР.

Для повышения точности измерений в состав осциллографа входит калибратор амплитуды (КА) и калибратор длительности (КД), которые представляют собой генераторы сигналов с точно известными параметрами (амплитудой и периодом).

Измерительные генераторы (ИГ) – это источники стабильных испытательных сигналов с известными параметрами (частотой, напряжением, формой и т. д.). Они применяются для исследований и испытаний радиоэлектронной аппаратуры. ИГ обладают возможностью точной установки и регулировки вы­ходных параметров колебаний (частоты, формы и уровня напряжения или мощности) в широких диапазонах. Параметры ИГ имеют высокую стабильность.

С помощью измерительных генераторов снимают амплитудные, амплитудно-частотные и переходные характеристики четырехполюсников, определяют их пороговую чувствительность и измеряют нелинейные искажения.

Измерительные генераторы различают по диапазону частот генерируемых сигналов, по форме генерируемых сигналов, по виду модуляции.

Низкочастотные измерительные генераторы (звуковых и ультразвуковых частот) вырабатывают гармонические колебания с плавно и ступенчато регулируемыми частотами (20Гц – 200 кГц), амплитудой (от долей милливольта до 150В) при нескольких фиксированных значениях сопротивления нагрузки. Максимальная мощность – от 1 мВт до 10 Вт.

Измерительный генератор состоит из задающего генератора (ЗГ), выходного усилителя (ВУ), аттенюатора, согласующего трансформатора (СТ), электронного вольтметра V (рис. 5)

Рис. 2.3

Рис. 5

ЗГ (возбудитель) создает стабильные по частоте и амплитуде гармонические колебания в требуемом диапазоне частот. Он во многом определяет характеристики ИГ (форму и периодичность выходного сигнала).

В зависимости от схемного решения ЗГ измерительные генераторы делятся на LC-генераторы, генераторы на биениях и RC-генераторы.

Выходное устройство обеспечивает развязку между задающим генератором и нагрузкой, усиливает напряжение (мощность) генерируемых колебаний на заданной нагрузке, т.е. выполняет функции согласования.

Электронный вольтметр V служит для контроля уровня выходного напряжения, подводимого к нагрузке. Согласующий трансформатор (СТ) предназначен для уравнивания выходного сопротивления генератора с сопротивлением нагрузки, что обеспечивает получение максимальной выходной мощности и минимальных нелинейных искажений.