Краткие теоретические сведения. · изучить методику расчета параметров каналов горизонтального отклонения осциллографов;
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КАНАЛОВ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ ОСЦИЛЛОГРАФОВ
Цель работы:
· изучить методику расчета параметров каналов горизонтального отклонения осциллографов;
· научиться решать задачи по расчету параметров каналов горизонтального отклонения осциллографов.
Краткие теоретические сведения
В состав канала X (рисунок 7.1) входят переключатель входа ПВ, устройство синхронизации и запуска развертки, генератор развертки ГР и усилитель горизонтального отклонения УГО.
Переключатель входа позволяет выбрать вид синхронизации развертки осциллографа. Кроме того, с помощью переключателя входа внешний сигнал может быть подан непосредственно на вход УГО и с него на отклоняющие горизонтальные пластины. ГР при этом отключается. При необходимости переключатель входа может обеспечивать коммутацию режимов входа (открытый или закрытый) и дискретное изменение уровня входного сигнала.
Устройство синхронизации и запуска развертки предназначено для преобразования сигналов синхронизации и запуска в стандартные импульсы, воздействующие на ГР. Устройство обеспечивает также выбор момента запуска развертки, соответствующего определенному уровню исследуемого сигнала
Рисунок 7.1 – Структурная схема канала Х
Синхронизирующий сигнал от собственного генератора (ВНУТР.), внешнего источника (ВНЕШ.) или ОТ СЕТИ через переключатель входа ПВ поступает на компаратор К. На второй вход компаратора поступает сигнал с потенциометра УРОВЕНЬ, которым может регулироваться уровень синхронизации. С компаратора снимается сигнал определенного уровня и поступает на переключатель выбора полярности ПВП. Данный переключатель позволяет установить момент запуска развертки во время растущей или спадающей части сигнала. Формирующее устройство ФУ представляет собой генератор импульсов, предназначенных для запуска генератора развертки.
Генератор развертки представляет собой сложный функциональный узел, в состав которого входят устройство управления УУ и устройство формирования пилообразных импульсов УФПИ.
Синхронизирующий сигнал поступает на формирующее устройство, которое предназначено для преобразования сигналов синхронизации любой формы в импульсы, параметры которых не зависят от параметров входного сигнала. Такие импульсы поступают на устройство управления УУ.
В качестве УУ используется триггер с устройством сравнения и блокировки УСБ. Триггер может быть или с одним или с двумя устойчивыми состояниями. Первый режим соответствует ждущей развертке, а второй – автоколебательной. Триггер меняет свое состояние на противоположное и формирует прямоугольный импульс, который запускает устройство формирования пилообразных импульсов УФПИ. Устройство срабатывает и начинает формировать напряжение, которое возрастает по пилообразному закону до величины, задаваемой устройством сравнения и блокировки УСБ. При достижении амплитуды пилы заданного уровня УСБ переводит триггер в исходное состояние и процесс формирования пилообразного напряжения заканчивается. Т.е. прямой ход развертки заканчивается и начинается резкий спад уровня пилы (обратный ход развертки). Устройство сравнения и блокировки удерживает триггер в исходном состоянии на время обратного хода развертки. После этого снова приходит запускающий импульс от схемы синхронизации и процесс повторяется.
Если в осциллографе предусматриваются специальные виды разверток, он оснащается двумя генераторами развертки.
Усилитель горизонтального отклонения УГО по своим свойствам аналогичен усилителю вертикального отклонения. Он выполняется по балансной схеме усилителя постоянного тока с глубокой отрицательной обратной связью. Но у него имеется дополнительная функция – растяжка развертки, с помощью которой можно увеличить размер изображения по горизонтали. Растяжка может производиться скачкообразно или плавно. Суть растяжки заключается в увеличении коэффициента усиления УГО, а значит и коэффициента развертки, что пропорционально повышению скорости развертки. УГО имеет двухтактный выход, который связан с горизонтально отклоняющими пластинами гальванической связью.
Основные характеристики канала X:
1. Основная погрешность измерений временных интервалов. Она нормируется в соответствии с табл. 7.1 и также определяет класс точности осциллографа.
Таблица 7.1
| Параметр | Норма для осциллографа класса точности | |||
| 1. Основная погрешность измерения напряжения, %, не более | ||||
| 2. Основная погрешность коэффициента отклонения, %, не более | 2,5 | |||
| 3. Неравномерность переходной характеристики, %, не более | 1,5 | |||
| 4. Основная погрешность измерения временных интервалов, %, не более | ||||
| 5. Основная погрешность коэффициента развертки, %, не более | 2,5 |
2. Коэффициент развертки Kр, под которым понимается отношение времени прямого хода развертки Тп к длине перемещения луча l на экране в течение Тп:
Kр = Тп/ l, (7.1)
которое имеет размерность время/дел. или время/см. Коэффициент развертки характеризуется диапазоном калибровочных значений и основной погрешностью. Калибровочные значения должны соответствовать ряду 7.2, а основная погрешность нормируется в соответствии с таблицей 7.1.
Кр= [1,2,5]*10n, (7.2)
3. Параметры синхронизации – это диапазон частот, в котором обеспечивается внутренняя или внешняя синхронизация (минимальное значение напряжения сигнала синхронизации, необходимое для получения стабильного изображения) и нестабильность синхронизации (размыв изображения в направлении, параллельном развертке).
Методика решения задач
Приведенные в задании примеры задач можно решить, изучив учебный материал на тему «Осциллографические развертки». Необходимо усвоить, что скоростью развертки называют путь прямого хода луча в единицу времени:
v = l/Tпр, (1)
где Tпр– время прямого хода развертки (длительность или период развертки);
l – отрезок пути луча, пройденный за время Tпр, обычно принимаемый равным ширине экрана.
Вместо скорости удобно пользоваться коэффициентом развертки (формула 7.1).
Таким образом, при любой длительности развертки число периодов исследуемого сигнала на длине шкалы будет зависеть от частоты этого сигнала (рисунок 7.2).
Рисунок 7.2 – Примерный вид экрана ЭЛТ при различных сигналах
Например, если длина шкалы на экране ЭЛТ равна l = 10 см, а коэффициент развертки Кр = 0,1 мкс/см, что соответствует длительности развертки Tпр = 1 мкс(или ее частоте, равной1 МГц), то при подаче на вход осциллографа колебаний с частотами 6 МГц,
5 МГц, 4 МГц и т.д., на всей длине шкалы (10 см) получится:
6 периодов колебаний частоты 6 МГц;
5 периодов колебаний частоты 5 МГц;
4 периода колебаний частоты 4 МГц;
и т.д.
Это объясняется тем, что отношения периодов исследуемых сигналов и развертки равны 1:6; 1:5; 1:4 и т.д.
Используя вышеуказанные соображения, на примерах поясним методику решения задач.
Пример решения задач
Пример 1.
На экране осциллографа с длиной шкалы 9 см получена осциллограмма с n = 5 периодами исследуемых колебаний на длине
l = 8,55 см при коэффициенте развертки Кр = 2 мкс/см. Определить период Т и частоту f исследуемого сигнала.
Решение:
· Зная формулу по вычислению коэффициента развертки
Кр = Tпр/l, определим время Tпр, за которое луч пройдет расстояние l.
Tпр = Кр l.
· Поскольку на длине l укладывается n периодов исследуемого сигнала, то его период определим по формуле Т = 
, а частоту
f = 
. Подставив в полученные выражения числовые значения, получим
Т = 8,55 2 10-6/5 = 3,42 мкс. f =5/8,55 2 10-6 = 292 кГц.
Аналогичным образом вычисляются частота и период исследуемого сигнала при подстановке данных в делениях шкалы.
Пример 2.
На экране осциллографа с длиной шкалы 10 делений получена осциллограмма с n = 5 периодами исследуемых колебаний на длине
l = 8,55 делений при коэффициенте развертки Кр = 2 мкс/дел. Определить период Т и частоту f исследуемого сигнала.
Решение:
· Зная формулу по вычислению коэффициента развертки
Кр = Tпр/l, определим время Tпр, за которое луч пройдет расстояние l.
Tпр = Кр l
· Поскольку на длине l укладывается n периодов исследуемого сигнала, то его период определим по формуле Т = , а частоту
f = . Подставив в полученные выражения числовые значения, получим
Т = 8,55 2 10-6/5 = 3,42 мкс. f =5/8,55 2 10-6 = 292 кГц.
Задание на практическую работу
Задача 1
На экране осциллографа получена осциллограмма с n периодами исследуемых колебаний на длине l при коэффициенте развертки КрНарисовать осциллограмму и определить период Т и частоту f исследуемого сигнала. Исходные данные для решения задачи в таблице 7.1.
Таблица 7.1 – Исходные данные для решения задачи 1
| Вариант | l, см | n | Кр, мкс/см | Т, мкс | f, кГц |
| 1. | 8,10 | 2,00 | 2,00 | ||
| 2. | 8,20 | 3,00 | 5,00 | ||
| 3. | 8,30 | 4,00 | 10,00 | ||
| 4. | 8,40 | 5,00 | 20,00 | ||
| 5. | 8,50 | 6,00 | 50,00 | ||
| 6. | 8,55 | 7,00 | 100,00 | ||
| 7. | 8,60 | 8,00 | 200,00 | ||
| 8. | 8,65 | 9,00 | 500,00 | ||
| 9. | 8,70 | 10,00 | 100,00 | ||
| 10. | 8,75 | 11,00 | 200,00 | ||
| 11. | 8,80 | 12,00 | 300,00 | ||
| 12. | 8,85 | 13,00 | 400,00 | ||
| 13. | 9,00 | 14,00 | 500,00 | ||
| 14. | 9,10 | 15,00 | 600,00 | ||
| 15. | 9,20 | 16,00 | 700,00 | 201,25 | 4,97 |
Задача 2
На экране осциллографа получена осциллограмма с n периодами исследуемых колебаний на длине l при коэффициенте развертки Кр. Определить период Т и частоту f исследуемого сигнала.
Таблица 7.2 – Исходные данные для решения задачи 2
| Вариант | l, дел. | n | Кр, мкс/дел. | Т, мкс | f, кГц |
| 1. | 10,00 | 9,00 | 0,20 | ||
| 2. | 9,90 | 9,00 | 0,50 | ||
| 3. | 9,80 | 8,00 | 0,50 | ||
| 4. | 9,70 | 8,00 | 1,00 | ||
| 5. | 9,60 | 7,00 | 2,00 | ||
| 6. | 9,50 | 7,00 | 5,00 | ||
| 7. | 9,40 | 6,00 | 4,00 | ||
| 8. | 9,30 | 6,00 | 3,00 | ||
| 9. | 9,20 | 5,00 | 3,00 | ||
| 10. | 9,10 | 5,00 | 2,00 | ||
| 11. | 9,00 | 4,00 | 20,00 | ||
| 12. | 8,90 | 4,00 | 50,00 | ||
| 13. | 8,80 | 3,00 | 100,00 | ||
| 14. | 8,70 | 2,00 | 200,00 | ||
| 15. | 8,60 | 2,00 | 500,00 |
Контрольные вопросы
1 Для чего предназначен электронно-лучевой осциллограф.
2 Конструкция электронно-лучевой трубки.
3 Основные параметры электронно-лучевой трубки.
4 Обобщенная структурная схема осциллографа.
5 Работа канала вертикального отклонения (канал Y).
6 Работа канала горизонтального отклонения луча (канал X).
7 Канал управления током луча (канал Z)
8 Калибратор.
9 Основные характеристики канала Y.
10 Основные характеристики канала X.
11 Универсальные одноканальные осциллографы.
12 Генератор развертки.
13 Устройство синхронизации и запуска развертки.
14 Усилитель горизонтального отклонения.
15 Канал управления яркостью.
16 Калибраторы амплитуды и длительности.
17 Многоканальные осциллографы.
18 Структурная схема двухканального осциллографа.
19 Порядок формирования развертки.
20 Линейная непрерывная развертка.
21 Основные характеристики линейной развертки.
22 Линейная ждущая развертка.
23 Синусоидальная развертка.
24 Формирование фигур Лиссажу.
25 Круговая (эллиптическая) развертка.
26 Специальные типы электронно-лучевых осциллографов.
27 Скоростные осциллографы.
28 Стробоскопические осциллографы.