Регистрация электрических сигналов. Генератор развертки

Усилители и ослабители входных сигналов.

Назначение электронного осциллографа.

Электронно-лучевой осциллограф можно использовать как быстродействующий вольтметр. Однако, как указано выше, собственно электронно-лучевая трубка обладает малой чувствительностью h. Для увеличения чувствительности осциллографа к слабым сигналам его снабжают усилителями напряжения, усиливающими исследуемые сигналы перед подаче их на отклоняющие пластины. Для каждой пары пластин имеется свой усилитель. Обычно усилитель напряжения, подводимого к горизонтальным пластинам (пластины Х),- усилитель горизонтального отклонения - имеет сравнительно небольшой (до 50) коэффициент усиления, а усилитель вертикального отклонения (пластины У) должен обладать большим (до нескольких тысяч) коэффициентом усиления.

Если к осциллографу подводится большое исследуемое напряжение усилитель его еще больше увеличит и тогда луч будет выходить за пределы экрана электронно-лучевой трубки. Исследовать такое напряжение уже нельзя. В этом случае нужно подавать сигнал непосредственно на отклоняющие пластины. Однако чаще используют так называемые ослабит е ли исследуемых сигналов, представляющие собой потенциометрические делители напряжений. На входе вертикального усилителя устанавливают два делителя напряжения: высокоомный ступенчатый делитель, ослабляющий напряжение в отношении 1:100, 1:10, 1:1, и низкоомный плавный делитель напряжения (плавная регулировка). На входе горизонтального усилителя также устанавливают делители напряжения, ослабляющие подаваемый сигнал. Например, если на вход У подается 10 В, а делитель находится в положении 1:100, то непосредственно на вход усилителя У подается не 10 В, а 10/100=0.1 В.

При отсутствии напряжений V_x и V_y на пластинах Х и У луч будет попадать в центр экрана; на экране будет видна светящаяся точка (рис.1,a).

Если в начальный момент времени к правой пластине 1 (рис.1,б) по отношению к левой пластине 2 приложено отрицательное напряжение -V_x,то электронный луч сместится от центра в направлении пластины 2 в точку О. Изменим величину и знак напряжения V_x. При увеличении потенциала на пластине 1 от - V_x до +V_x луч будет постепенно смещаться вправо в точку О’ (рис.1,в), то есть мы можем управлять ходом луча по горизонтальной оси Х, подавая изменяющийся сигнал V_x(t) на горизонтальные пластины или входной усилитель “вход Х”.

Рис.2.б

Если переменное напряжение V_x(t) приложено только к пластинам 1 и 2 (или на “вход Х”), то на экране будет видна только горизонтальная полоса.

Если на пластины Х напряжение не подается, а на пластинах У имеется разность потенциалов (на пластине 3 - потенциал “+”), то электронный луч сместится по вертикали вверх (рис.2,г).

Рис.2.а

Аналогично, если переменное напряжение V_у(t) приложено только к пластинам 3 и 4 (или на “вход У”), то на экране будет видна только вертикальная полоса.

Если при отсутствии напряжения на горизонтально отклоняющих пластинах на вертикально отклоняющие пластины подать переменное напряжение, например, синусоидальное, то на экране возникнет вертикальная прямая, т.к. электронный луч будет отклоняться в сторону положительно заряженной пластины, заряд на пластинах будет меняться с частотой поданных колебаний.

На экране получится изображение синусоиды или другого периодического сигнала только в том случае, если луч кроме колебательного движения вдоль вертикальной оси будет совершать еще равномерное движение вдоль горизонтальной оси. Это происходит в том случае, когда на горизонтально отклоняющие пластины подается разность потенциалов, линейно зависящая от времени.

Для получения устойчивой картины на экране осциллографа необходимо, чтобы электронный луч, пройдя по горизонтали путь от одного края экрана до другого, быстро возвращаясь в первоначальное положение, повторял свою траекторию на экране, начинаясь все время в одной и той же фазе. Удовлетворяющим такому условию процессом являются пилообразные колебания напряжения (рис.2г), которые подаются на горизонтально отклоняющие пластины от генератора развертки.

Пусть электронный луч движется в горизонтальной плоскости с постоянной скоростью. На экране луч будет описывать прямую линию. Эта траектория носит название временной развертки, или просто развертки. Такое перемещение луча можно осуществить, подавая от специального вспомогательного генератора (генератора напряжения развертки) периодическое напряжение специальной формы (рис.2а,б,в,г) на горизонтальную отклоняющую систему трубки.

Наиболее простым перемещением луча является его прямолинейное равномерное движение от некоторой точки О до точки O’ (рис.2а) с быстрым возвратом в точку О и периодическим повторением этого цикла.

Итак, для создания линейной развертки в электронной трубке необходимо подать в систему горизонтального отклонения луча изменяющееся пилообразное напряжение с линейным нарастанием напряжения в некотором интервале времени и быстрым спадом по истечении этого времени (рис.2г).

Если в начальный момент к правой пластине 1 (рис.2а,г) по отношению к левой пластине 2 приложено отрицательное напряжение -V, то электронный луч будет смещен от центра в направлении пластины 2 в точке О (рис.2а).

Рис.2г

При линейном возрастании напряжения развертки (участок NK, рис.2г) луч будет перемещаться по горизонтали с постоянной скоростью в течение всего времени, пока напряжение V_x линейно возрастает. В момент, когда напряжение на пластинах достигает наибольшей величины +V (рис.2г), луч будет находиться в точке О’, симметрично с точкой О относительно центра экрана (рис.2а). В этот момент скачок напряжения развертки от +V до величины -V перебросит луч в точку О и цикл движения луча будет повторяться.

Рис.2д

У осциллографа предусмотрена специальная система гашения обратного хода луча, так что процесса передвижения луча из точки О’ в точку О экрана не видно.

Периодическая линейная развертка позволяет получить наглядное изображение на экране трубки периодического электрического процесса. С этой целью напряжение изучаемого сигнала подают на систему вертикального отклонения луча. Период напряжения развертки устанавливают кратным периоду сигнала (например, Т_р=2Т, Т_р=3Т и т.д.), тогда электронный луч будет участвовать в двух движениях: по горизонтали он будет перемещаться с постоянной скоростью, определяемой напряжением развертки; закон его движения по вертикали определяется формой сигнала. На экране (рис.2б) показана результирующая траектория луча при воздействии на пластины вертикального отклонения напряжения синусоидальной формы с периодом Т=Т_р/2. В этом случае за время движения луча слева направо он успеет совершить два колебания по вертикали, которые развертываются в отрезок синусоиды. Как только луч достиг точки О’, он мгновенно “перескакивает” в точку О и начинает описывать ту же кривую. Благодаря инерции зрительного восприятия, а также послесвечению экрана кривая, описываемая лучом при больших частотах процесса (более 20-30 Гц), будет видна как сплошная линия, то есть на экране будет видна кривая, называемая осциллограммой исследуемого напряжения.

В случае если период развертки не равен периоду исследуемого сигнала, в моменты возвратов в крайнее левое положение по горизонтали луч окажется смещенным по вертикали, причем различно при каждом новом цикле движения. На экране будет не неподвижное, а “бегущее” изображение процесса, которое в таком виде трудно исследовать. Изображение процесса можно “обновить” изменением периода развертки, если выбрать его кратным периоду процесса.

Для автоматической подстройки частоты развертки и сигнала применяют специальные системы синхронизации.

Дата добавления: 2015-06-04