Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Будова осцилографа

Призначення осцилографа

Тема 3.2 Електронні осцилографи

План

1. Призначення осцилографа.

2. Будова осцилографа.

3. Параметри осцилографа.

Електронно-променеві (електронні) осцилографи призначені для візуального спостереження, вимірювання та реєстрації електричних сигналів. Осцилограми сигналів мають велику інформативність і дають можливість під час аналізу сигналів виявляти складні закономірності, розпізнавати природу досліджуваних явищ, вимірювати параметри неперервних, імпульсних, періодичних і неперіодичних сигналів у широкому діапазоні частот.

Сучасні осцилографи, оснащені пристроями для керування й автоматизації процесу вимірювання (контролерами) на базі мікропроцесорів, аналого-цифровими й цифро-аналоговими перетворювачами, являють собою багатофункціональні вимірювальні комплекси, здатні вимірювати характеристики і параметри складних електрорадіотехнічних пристроїв.

Для візуалізації, аналізу, вимірювання й порівняння характеристик і параметрів одночасно кількох сигналів призначені багатопроменеві (здебільшого двопроменеві) осцилографи.

Останнім часом у деяких сучасних осцилографах передбачено, крім традиційних функцій зображення сигналів, функції вимірювання частоти, струму, напруги, опору (осцилограф - мультиметр).

Принцип дії осцилографа полягає у перетворенні досліджуваних електричних сигналів у видиме зображення (осцилограму) на екрані електронно-променевої трубки.

Рис. 1

Основними структурами осцилографа (рис. 1) є:

електронно-променева трубка(ЕПТ) зі схемами фокусування променя, керування променем та високовольтного живлення;

канал вертикального відхилення (канал У);

канал горизонтального відхилення (канал X);

канал керування яскравістю променя (канал Z).

До складу осцилографа входять також калібратор амплітуди і тривалості та синхронізатор.

Електронно-променева трубка. Скляний балон електронно-променевої трубки виготовляється у формі колби, у якій утворено високий вакуум.

Екран електронно-променевої трубки покритий спеціальною сумішшю (люмінофором), яка світиться під дією ударів електронів (тобто коли сфокусований промінь потрапляє у певну точку екрана, ця точка починає світитися).

Для виготовлення люмінофорів використовують оксиди цинку, берилійового цинку, суміш сульфату цинку із сульфатом кадмію тощо. Ці матеріали мають післясвітіння — вони продовжують світитися певний час після припинення дії електронного променя.

Частина енергії електронного променя перетворюється у світлову у вигляді світної плями діаметром менше за 1 мм. Решта енергії передається електронам екрана, зумовлюючи вторинну емісію. Вторинні електрони вловлюються провідним графітним шаром (аквадагом), який частково покриває внутрішню циліндричну й конічну частини колби і з'єднаний з другим анодом.

До основних характеристик електронно-променевих трубок належать чутливість, смуга пропускання, тривалість післясвітіння, робоча площа екрана та інші характеристики.

Канал вертикального відхилення (канал Y). Канал вертикального відхилення складається з вхідного подільника напруги, вхідного підсилювача, лінії затримки, вихідного підсилювача.

Вхідний подільник напруги забезпечує високий вхідний опір осцилографа в широкому діапазоні частот і служить для узгодження вихідного опору джерела вимірюваного сигналу і вхідного опору підсилювача.

Вхідну напругу підводять до осцилографа за допомогою коаксіального кабелю, ємність якого залежно від довжини становить 50...150 пФ і додається до вхідної ємності осцилографа. Це призводить до збільшення спотворень сигналу і до зменшення смуги пропускання осцилографа. Щоб зменшити негативний вплив ємності кабелю, застосовують додатковий подільник напруги (атенюатор), розміщений у виносному пробнику, який через зонд довжиною кілька сантиметрів вмикається безпосередньо у потрібну точку електричного кола (рис. 2).

Рис. 2

Основне підсилення досліджуваного сигналу здійснюється попереднім підсилювачем каналу вертикального відхилення. Крім основної функції — підсилення, підсилювач виконує ще деякі допоміжні функції: плавну зміну коефіцієнта підсилення, балансування постійної складової, перетворення сигналу із несиметричного відносно землі у симетричний.

Лінія затримки забезпечує затримку досліджуваного сигналу відносно початку розгортки, що дає змогу спостерігати передній фронт імпульсу.

Вихідний підсилювач каналу забезпечує підсилення сигналу до значення, необхідного для відхилення променя в межах екрана.

Канал горизонтального відхилення (канал X). До складу каналу входить генератор розгортки, вихідний підсилювач, пристрій синхронізації і запускання розгортки.

Генератор розгортки призначений для формування пилкоподібних імпульсів, необхідних для відхилення електронного променя по горизонталі, пропорційно часу. Генератор розгортки має три режими роботи: автоколивальний, очікувальний і одноразової розгортки.

Автоколивальний режим призначений для відображення періодичних імпульсних і синусоїдних сигналів. Сигнали зовнішньої або внутрішньої синхронізації надходять на генератор і забезпечують кратність частоти розгортки частоті сигналу.

Очікувальний режим використовується для відображення короткотривалих імпульсів низької частоти. Генератор у цьому режимі знаходиться у стані готовності до робочого ходу розгортки. Як тільки імпульс запуску є на вході, починається робочий хід розгортки. Після закінчення робочого ходу генератор знову переходить на режим очікування нового робочого ходу. Яскравість зображення імпульсу на екрані пропорційна частоті імпульсів.

Режим одноразової розгортки призначений для запам'ятовування чи фотографування окремих поодиноких імпульсів. Генератор розгортки знаходиться у стані готовності до запуску. Натискуванням кнопки «Пуск» генератор запускається черговим імпульсом.

Щоб отримати зображення більшого масштабу, у багатьох осцилографах передбачений режим «розтягування» у часі. Це досягається збільшенням коефіцієнта підсилення вихідного підсилювача каналу Х у певну кількість разів. Яскравість зображення у такому разі зменшується.

Часто необхідно спостерігати частину імпульсу, яка з'являється значно пізніше за початок розгортки. Для цього використовують дві розгортки: повільну, яка дає змогу спостерігати весь імпульс і вибирати на ньому за допомогою спеціальної позначки потрібну ділянку сигналу, і швидку, яка запускається дещо раніше вибраної ділянки і тим самим забезпечує зображення більшого масштабу.

У більшості осцилографів поряд з режимом розгортки у часі використовується режим відхилення (режим X-Y) досліджуваного сигналу по горизонталі, аналогічно тому, як це виконується у каналі У. Цей режим використовується для дослідження залежності одного сигналу від іншого, наприклад для дослідження вольт-амперних характеристик пристроїв.

Вихідний підсилювач каналу Х за призначенням і будовою аналогічний вихідному підсилювачу каналу У.

Пристрій синхронізації і запускання розгортки призначений для забезпечення стійкого зображення на екрані осцилографа.

Для цього початок робочого ходу має точно збігатися з однією і тією самою характерною течкою досліджуваного сигналу. У автоколивальному режимові цей процес прив'язування початку розгортки до початку сигналу називаєтьсясинхронізацією, а при очікувальному та разовому запуску —запуском розгортки. Для забезпечення синхронізації і запуску розгортки пристрій синхронізації генерує імпульс з крутим фронтом в момент часу, коли вхідний сигнал досягає заданого рівня. Цим імпульсом коригується тривалість зворотного ходу розгортки або її запуск.

Канал керування яскравістю променя (канал Z), або керування струмом електронного променя, служить для встановлення яскравості зображення на екрані трубки.

Регулювання виконується як вручну (змінюючи напругу на модуляторі), так і за допомогою підсилювача, на вхід якого подають зовнішній або внутрішній сигнали і підсвічують важливі їх ділянки. Основне призначення каналу Z полягає у підсвічуванні робочого ходу розгортки, для чого під час робочого ходу на вхід підсилювача подається прямокутний імпульс підсвічування, що створюється генератором розгортки і після підсилення подається на модулятор трубки.

Калібратор амплітуди і тривалості — це спеціальний генератор, як правило, прямокутних коливань у формі меандру, амплітуда і тривалість яких відомі із заданою точністю. Маючи на екрані зображення такого еталонного сигналу, можна за допомогою регулювальних пристроїв встановлювати необхідні параметри осцилографа.

Синхронізатор.Щоб отримати на екрані зображення сигналу, розгорнутого за часом, на горизонтальні пластини електронно променевої трубки потрібно подавати напругу, яка лінійно зростає з плином часу. Така пилкоподібна напруга формується генератором розгортки, підсилюється підсилювачем каналу Х і подається на горизонтальні пластини.

Зображення періодичного сигналу на екрані осцилографа буде стійким у тому разі, коли тривалість розгортки кратна періоду сигналу. Для досягнення цієї кратності служить синхронізатор, за допомогою якого можна змінювати тривалість розгортки.

3. Параметри осцилографа

Коефіцієнт відхилення (т_и) — це відношення напруги вхідного сигналу U_x до відхилення променя l_х, спричинене цією напругою, тобто: m_u=U_x/l_x. У найбільш поширених осцилографах коефіцієнт відхилення знаходиться у діапазоні 50 мкВ/поділку... 10 В/поділку.

Смуга пропускання — це діапазон частот, в межах якого коефіцієнт відхилення зменшується не більше, ніж 3 дБ (у 0,707 рази) порівняно з коефіцієнтом відхилення на деякій середній (опорній) частоті. Для низькочастотних осцилографів смуга пропускання знаходиться в межах від нуля до 5 МГц; для універсальних осцилографів верхня частота діапазону досягає десятків мегагерц, для високочастотних — сотень мегагерц.

Час наростання перехідної характеристики (t) — час, упродовж якого промінь проходить від 0,1 до 0,9 усталеного значення, якщо на вхід осцилографа діє стрибок напруги.

Коефіцієнт розгортки (m_t) — відношення інтервалу часу Dt до відхилення променя І під дією напруги розгортки за цей час: m_t=Dt/l_x. Сучасні осцилографи мають широкий діапазон коефіцієнтів розгортки від сотих часток мікросекунд на поділку до одиниць секунд на поділку.

Вхідний опір осцилографа визначається опором вхідного подільника напруги. Для зменшення похибки взаємодії вхідний опір має бути якомога більший.

Вхідний опір і вхідна ємність осцилографа характеризують ступінь впливу осцилографа на режим роботи досліджуваного електричного кола і визначають похибку взаємодії. Щоб зменшити цю похибку, необхідно збільшувати вхідний опір і зменшувати вхідну ємність.

Підсилювачі каналу У вносять амплітудну і фазову динамічні похибки, зумовлені обмеженістю смуги пропускання підсилювачів. Нелінійність амплітудних характеристик підсилювачів також спотворює форму сигналу.

Візуальний відлік параметрів сигналів за осцилограмами призводить до похибок, зумовлених паралаксом, кінцевою шириною променя і дискретністю відліку за шкалою. Паралакс може виникнути у процесі відліку за шкалою, розміщеною на деякій відстані від екрана трубки. У сучасних осцилографах застосовуються безпаралаксні екрани зі шкалою, нанесеною на внутрішній поверхні екрана трубки. Похибка зумовлена шириною променя оцінюється половиною його ширини, а похибка дискретності — половиною ціни поділки шкали.

Контрольні запитання:

1. Яке призначення осцилографа?

2. З яких основних вузлів складається електронний осцилограф?

3. Яке призначення і будова каналу вертикального відхилення (канал Y)?

4. Яке призначення і будова каналу горизонтального відхилення (канал Х)?

5. Яке призначення і будова каналу синхронізації (каналS)?

6. Яке призначення каналу керування яскравістю променя (канал Z)?

7. Якими основними параметрами характеризується робота осцилографа?

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Універсальні генератори	\|	Принцип роботи

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.