Общие сведения. Общие сведения, структурная схема и основные параметры электронно-лучевых осциллографов

Общие сведения, структурная схема и основные параметры электронно-лучевых осциллографов

ТЕМА 6 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ

Электронные осциллографы относятся к подгруппе
С – приборы для исследования формы, спектра и нелинейных искажений сигналов. Внутри этой подгруппы они подразделяются на осциллографы универсальные С1, скоростные и стробоскопические С7, запоминающие С8 и специальные С9.

Электронно-лучевой осциллограф – это прибор для наблюдения и измерения параметров электрических сигналов, использующий отклонение одного или нескольких лучей для получения изображения мгновенных значений функционально зависимых величин, одной из которых обычно является время.

Из определения следует, что основным узлом любого электронно-лучевого осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), с помощью которой можно наблюдать форму исследуемых сигналов и осуществлять измерение их параметров (рисунок 6.1). Наблюдаемое на экране ЭЛТ изображение называется осциллограммой.

ЭЛТ представляет собой стеклянный баллон с высоким вакуумом. Внутри баллона находятся электронный прожектор и две пары отклоняющих пластин X и Y (5 и 6 соответственно). Электронный прожектор состоит из подогревного катода 10, управляющего электрода (модулятора) 9 и двух анодов 7 и 8.

Рисунок 6.1 – Электронно-лучевая трубка

Он служит для формирования узкого луча. Изменяя отрицательный потенциал модулятора можно регулировать яркость изображения на экране. При подаче на модулятор напряжения порядка 100 В, трубка запирается полностью. Аноды ЭЛТ выполняются в виде цилиндров и предназначены для создания ускоряющего электрического поля и фокусировки электронного луча. На второй анод подается высокое напряжение порядка 1 – 5 кВ, а на первый – в несколько раз меньше. Между анодами создается неоднородное электрическое поле, фокусирующее электронный пучок. Регулировка диаметра пучка осуществляется изменением напряжения на первом аноде. При этом добиваются получения диаметра светящейся точки 0,5 – 1,0 мм. Второй анод обычно имеет нулевой потенциал относительно земли, а катод – низкий потенциал. Такой способ подключения питающих напряжений обеспечивает возможность уравнять потенциал второго анода и потенциалы отклоняющих пластин.

Для уменьшения влияния потенциала пластин на скорость движения электронов применяется послеускоряющий или третий анод 4. Он повышает четкость и яркость изображения, а также чувствительность трубки.

Для смещения электронного луча по экрану применяют две пары отклоняющих пластин, имеющих емкость в несколько пикофарад (3 – 6 пФ). Пластины расположены перпендикулярно и могут отклонять луч по горизонтали 5 и вертикали 6. Установка луча по центру осуществляется путем подачи на пластины постоянного отклоняющего напряжения. Переменное напряжение подается на пластины через разделительные емкости. В качестве экрана ЭЛТ применяется люминофор 2, который светится при подаче на него электронного луча. Наиболее распространенным цветом свечения экрана является зеленый (для наблюдения) или синий (для фотографирования). Цифрой 1 обозначен подогреватель катода (накал).

Обобщенная структурная схема

Несмотря на большое многообразие видов, и типов современных осциллографов, все они могут быть охарактеризованы некоторой обобщенной структурной схемой (рисунок 6.2).

Как видно из рисунка 6.2, в состав обобщенной структурной схемы входят ЭЛТ VL 1, канал вертикального отклонения (канал Y), канал горизонтального отклонения (канал X) и калибраторы амплитуды и длительности. Существует также канал управления яркостью (канал Z). На вход канала вертикального отклонения
(вход Y) поступает исследуемый сигнал. Для согласования параметров цепи исследуемого сигнала со входом усилителя А 1 канала Y используется входное устройство. Оно может содержать коммутируемую разделительную емкость, предназначенную для обеспечения возможности исследования переменных сигналов с малой амплитудой при наличии большой постоянной составляющей. Кроме того, входное устройство имеет делитель напряжения со ступенчато изменяющимся коэффициентом деления для расширения пределов измерения. Усилитель А 1 – предварительный. Он обеспечивает усиление исследуемого сигнала и его согласование с параметрами линии задержки. Линия задержки ET 1 обеспечивает задержку поступления сигнала на пластины вертикального отклонения до поступления напряжения развертки на пластины горизонтального отклонения. Это позволяет наблюдать фронт исследуемого сигнала. После линии задержки сигнал поступает на оконечный усилитель канала А 2, который обеспечивает усиление его до величины, достаточной для отклонения луча по вертикали.

Рисунок 6.2 – Обобщенная структурная схема осциллографа

Канал горизонтального отклонения луча (канал X) включает в себя генератор развертки G, оконечный усилитель А 3 и устройство синхронизации. Генератор развертки формирует напряжение, вызывающее отклонение луча по горизонтали. Он имеет три режима работы: автоколебательный, ждущий и однократный. Автоколебательный режим применяется для наблюдения синусоидальных и импульсных сигналов с небольшой скважностью. Ждущий режим используется для исследования импульсных сигналов с большой скважностью. Режим однократной развертки предназначен для фотографирования одиночных сигналов или для их запоминания. Оконечный усилитель А 3 аналогичен оконечному усилителю А 2. Он предназначен для усиления напряжения развертки до значения, достаточного для отклонения луча по вертикали. Устройство синхронизации предназначено для получения устойчивого изображения на экране ЭЛТ. Это достигается привязкой начала исследуемого сигнала к началу горизонтальной развертки в автоколебательном режиме (это называется синхронизацией) или привязкой развертки к моменту прихода исследуемого сигнала – в ждущем режиме или в режиме однократной развертки.

Канал управления током луча (канал Z) служит для установки яркости изображения сигнала на экране ЭЛТ, удобной для его наблюдения. Основное назначение канала состоит в подсвечивании рабочего хода развертки. Это обеспечивается тем, что во время рабочего хода развертки на вход усилителя канала Z от генератора развертки поступает прямоугольный импульс, который усиливается усилителем А 4 и подается на модулятор или катод ЭЛТ.

Калибратор представляет собой генератор меандра с точно известными параметрами (амплитудой и фазой). Он используется для проверки параметров осциллографа и его настройки. Калибровочное напряжение подается на вход осциллографа, его параметры устанавливаются в соответствии с инструкцией по его эксплуатации и на экране ЭЛТ наблюдается совмещение полученного изображения сигнала с заданными рисками шкалы.

Дата добавления: 2014-01-03