Рисунок 3.6.1 – Обобщенная структурная схема типового одноканального универсального осциллографа.
Схема ЭО состоит из ЭЛТ, канала вертикального отклонения Y, канала горизонтального отклонения Х, канала яркости Z, калибраторов амплитуды и длительности, блока питания.
В современных осциллографах применяются ЭЛТ с электростатическим управлением лучом, имеющие достаточную широкополосность. На экране ЭЛТ воспроизводится изображение исследуемого процесса. Для этой цели необходимо, чтобы луч отклонялся по горизонтальной оси пропорционально времени, а по вертикальной оси – пропорционально исследуемому напряжению. Следовательно, ЭЛТ в основном влияет на такие важные технические характеристики ЭО, как погрешность измерений амплитудных и временных параметров, возможность наблюдения импульсов различной длительности, яркость свечения и продолжительность изображения на экране. Важными электрическими параметрами ЭЛТ являются чувствительность по вертикали и горизонтали, полоса пропускания и другие. К световым параметрам относятся ширина линии, скорость записи отдельных сигналов, яркость свечения экрана и времени послесвечения.
Для отсчета измеряемых величин перед экраном помещается сетка (шкала), которая наносится на прозрачный материал. Эта шкала имеет подсветку с использованием эффекта полного внутреннего отражения в толще материала. В некоторых ЭЛТ шкала наносится непосредственно на внутреннюю поверхность экрана, что позволяет уменьшить ошибки отсчета из-за параллакса. Площадь, ограниченная шкалой, определяет рабочую площадь экрана, в пределах которой гарантируются соответствующие технические характеристики ЭО.
Канал вертикального отклонения Y (канал сигнала) предназначен для согласования входа ЭО с исследуемым устройством, усиления исследуемых сигналов и преобразования их в два противофазных напряжения, которые подаются на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Канал состоит из входного устройства (ВУ), предварительного усилителя (ПУ), линии задержки (ЛЗ) и оконечного усилителя вертикального отклонения (УВО). ВУ предназначено для согласования входного сопротивления канала с исследуемым устройством и ослабления исследуемого сигнала для предотвращения перегрузки усилителя при больших значениях входного напряжения. В ПУ сосредоточены основные регулировки канала: плавная и ступенчатая регулировка усиления, балансировка усилителя постоянного тока и др. ЛЗ обеспечивает подачу исследуемого сигнала на вертикально отклоняющие пластины с задержкой относительно начала развертки, что дает возможность наблюдать фронт импульса и исключить нелинейность начального участка развертки. УВО необходим для получения осциллограммы слабых сигналов, т.е. для повышения чувствительности осциллографа.
1Канал горизонтального отклонения Х (канал развертки и синхронизации) предназначен для создания напряжения развертки горизонтали, усиления сигналов синхронизации и преобразования импульсов синхронизации (в импульсных осциллографах) любой полярности в импульсы определенной полярности, необходимые для запуска развертки. Канал содержит устройство синхронизации и запуска развертки, генератор развертки (ГР), усилитель горизонтального отклонения (УГО) и переключатель. Устройство запуска развертки служит для усиления и регулировки амплитуды, а также для изменения полярности синхронизирующих напряжений. С помощью ГР обеспечивается получение напряжения развертки. В общем случае ГР вырабатывает напряжение пилообразной формы (линейная непрерывная развертка). Это напряжение характеризуется длительностями прямого хода ТП, обратного хода ТОБР и блокировки и блокировки ТБЛ (рис.2.2) ТР = ТП + ТОБР + ТБЛ.
|
Рисунок 3.6.2 |
Рабочим интервалом является время прямого хода, в течение которого напряжение на пластинах Х линейно во времени:
,
где Um – амплитуда напряжения развертки; t – текущее время.
В течение ТП луч будет описывать на экране такую же функциональную зависимость, какую имеет исследуемый сигнал во времени. В течение времени обратного хода и блокировки ГР формирует импульс, поступающий в канал управления яркостью и гасящий луч ЭЛТ на время ТО + ТБЛ.
Чтобы получить на экране ЭЛТ хотя бы один полный период исследуемого напряжения, период напряжения развертки ТР должен быть кратным периоду исследуемого напряжения ТС, т.е. должно выполняться условие синхронизации
ТР = n×TC,
где n = 2, 3, … - целые числа.
На практике n > 3 брать нецелесообразно, т.к. ухудшается детальность наблюдения сигнала. Если условие синхронизации не выполняется (n – дробное число), то на экране ЭЛТ получается неустойчивое бегущее изображение.
Для соблюдения данного условия и непрерывного поддержания устойчивого изображения необходимо синхронизировать развертку с исследуемым напряжением. Сущность синхронизации состоит в том, что вместе с изменением периода исследуемых колебаний Т автоматически (синхронно) в осциллографе изменяется на такую же величину период развертки ТР. При этом начало периода развертки совпадает с началом периода сигнала.
Существенным недостатком непрерывной развертки является то, что она не обеспечивает наблюдение однократных импульсов малой длительности, а при исследовании процессов с большой скважностью этот режим неэффективен. Поэтому при исследовании указанных процессов используются другие виды разверток (задержанная, задерживающая, ждущая, однократная). Выбор вида развертки зависит от характера исследуемого сигнала.
Назначение усилителя горизонтального отклонения УГО аналогично УВО.
Канал управления яркостью луча Z используется при измерении временных параметров периодических процессов.
Калибраторы амплитуды и длительности являются встроенными в осциллограф источниками сигналов с точно известными параметрами. Благодаря им обеспечивается возможность измерений амплитудных и временных параметров исследуемых сигналов.
Для расширения функциональных возможностей осциллографа канал Y может дополняться электронным коммутатором, с помощью которого на экране однолучевой ЭЛТ можно наблюдать осциллограммы нескольких сигналов. В этом случае ЭО становится многоканальным. Структурная схема цепей двухканального ЭО изображена на рисунке 3.6.3.
Рисунок 3.6.3 – структурная схема двухканального осциллографа
Как видно на рисунка 3.6.3, с помощью электронного коммутатора (ЭК) осуществляется поочередная или одновременная подача сигналов с входов Y1 и Y2 на пластины Y ЭЛТ, чем и достигается эффект многоканальности.
При использовании осциллографа параметры сигналов определяются по их осциллограммам. Достоверность результатов измерений зависит от точности воспроизведения осциллограмм. Погрешности измерений зависят от правильного выбора осциллографа, установки оптимальных размеров осциллограммы, установки оптимальных размеров осциллограммы, выбора вида синхронизации и других факторов. При этом погрешность воспроизведения осциллограммы зависит от линейных (частотных) и нелинейных искажений сигналов.
С помощью ЭО можно измерять как постоянное напряжение, так и мгновенное, максимальное, минимальное значения и размеры сигнала.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему