Реферат на тему осциллограф

Обновлено: 02.07.2024

Иркутская Государственная Сельскохозяйственная Академия.

Реферат на тему: “Светолучевые и электроннолучевые осциллографы”.

Список использованной литературы………………………………………….8


Прибор для наблюдения функциональной связи между двумя или несколькими величинами (параметрами и функциями; электрическими или преобразованными в электрические). Для этой цели сигналы параметра и функции подают на взаимно перпендикулярные отклоняющие пластины осциллографической электроннолучевой трубки и наблюдают, измеряют и фотографируют графическое изображение зависимости на экране трубки. Это изображение называют осциллограммой. Чаще всего осциллограмма изображает форму электрического сигнала во времени. По ней можно определить полярность, амплитуду и длительность сигнала.
Осциллограф часто имеет проградуированные в в по вертикали и в сек по горизонтали шкалы на экране трубки. Это обеспечивает возможность одновременного наблюдения и измерения временных и амплитудных характеристик всего сигнала или его части, а также измерения параметров случайных или однократных сигналов. Иногда изображение исследуемого сигнала сравнивают с калибровочным сигналом или применяют компенсационный метод измерений.

Рис1 (Блок-схема электронного осциллографа).

Исследуемый сигнал А (рис. 1) поступает на вход усилителя вертикального отклонения, предназначенного для согласования величины отклонения луча с величиной входного сигнала. Коэффициент усиления регулируется.
Горизонтальное перемещение луча создаётся генератором развёртки, который формирует для этой цели пилообразное напряжение Г (линейно изменяющееся во времени). Пилообразное напряжение поступает на вход усилителя горизонтального отклонения, который обеспечивает на выходе напряжение Е, подаваемое на горизонтально отклоняющие пластины трубки. Электронный луч перемещается по горизонтали с постоянной скоростью, создавая таким образом линейную развертку времени. Скорость развертки регулируется.
Для получения стабильного изображения исследуемого сигнала на экране трубки каждая новая развёртка должна начинаться с одной и той же фазы сигнала. Это обеспечивается подачей исследуемого сигнала с вертикального усилителя на синхронизатор, который формирует импульс В запуска генератора развёртки в момент, соответствующий выбранной точке исследуемого сигнала. Для того чтобы электронный луч был виден только во время прямого хода луча (t2 - t1), генератор вырабатывает импульс Д подсвета луча, который подаётся на управляющую сетку (модулятор) трубки. Он имеет положительную полярность, прямоугольную форму и длительность, равную длительности прямого хода развёртки. Т. к. для запуска генератора развёртки используется исследуемый сигнал, а синхронизатор и генератор развёртки срабатывают не мгновенно, а с некоторым запаздыванием (доли мксек), то для наблюдения начального участка сигнала в тракт вертикального отклонения вводится линия задержки, компенсирующая время срабатывания синхронизатора и генератора развёртки
(время задержки сигнала несколько превышает время срабатывания). При отсутствии линии задержки на экране трубки можно видеть только ту часть исследуемого сигнала, которая следует после момента t1 (кривая Б).
Осциллограф содержит также источники высоковольтного и низковольтного питания. Первый используется только для питания трубки, а второй - для питания электронной схемы остальных узлов и блоков прибора.
Важными характеристиками осциллографа, определяющими его эксплуатационные возможности, являются: 1) коэффициент отклонения - отношение напряжения входного сигнала к отклонению луча, вызванному этим напряжением (в /см или в /дел); 2) полоса пропускания - диапазон частот, в пределах которого коэффициент отклонения осциллографа уменьшается не более чем на 3 дб относительно его значения на средней (опорной) частоте; 3) время нарастания tн, в течение которого переходная характеристика осциллографа нарастает от
0,1 до 0,9 от амплитудного значения (часто употребляется вместо полосы пропускания); верх. граничная частота полосы пропускания f в связана с tн соотношением: ; 4) коэффициент развертки - отношение времени tн к величине отклонения луча, вызванного напряжением развёртки за это время (в сек /см или сек /дел); 5) скорость записи - максимальная скорость перемещения луча по экрану, при которой обеспечивается фотографирование или запоминание (для запоминающего осциллографа) однократного сигнала. Перечисленные параметры определяют амплитудный, временной и частотный диапазоны исследуемых сигналов.
Погрешность измерения сигналов зависит от погрешностей коэффициента отклонения и коэффициента развёртки (обычно ~2-5%). от частоты
(длительности) исследуемого сигнала и полосы пропускания (времени нарастания сигнала tн). Если измеряемый параметр сигнала і 5 tн, то он воспроизводится на экране осциллографа с погрешностью Ј 2%.
Вместо погрешностей коэффициентов отклонения и развёртки для осциллографов часто указывают близкие им погрешность измерения амплитуды стандартного сигнала (синусоидального определённой частоты или прямоугольного импульса достаточно большой длительности) и погрешность измерения временных интервалов.
Для одновременного исследования двух или более сигналов используются многолучевые осциллографы, а также многоканальные электронные коммутаторы, встраиваемые в тракт вертикального отклонения. Электронный коммутатор обеспечивает получение изображения нескольких сигналов на однолучевой трубке при последовательном подключении источников этих сигналов к тракту вертикального отклонения. Электронные коммутаторы используются, как правило, для исследования временных (фазовых) соотношений нескольких синхронных сигналов.
Для изучения части исследуемого сигнала, в том числе отстоящей на значительное время от его начала, применяется растяжка развёртки (часть пилообразного напряжения, подаваемого на вход усилителя горизонтального отклонения, усиливается в несколько раз, что эквивалентно увеличению в несколько раз длины развёртки) или задержка запуска развёртки (задержанная развёртка). Задержанная развёртка эквивалентна растяжке развёртки в несколько тысяч раз.
Наибольшими функциональными возможностями обладают осциллографы со сменными блоками в трактах вертикального и горизонтального отклонения. Перестановкой блоков можно получить осциллографы с различными характеристиками: широкополосный, высокочувствительный, 2- или 4-канальный, дифференциальный и т.д. В зависимости от особенностей схемы осциллографы делятся на универсальные, запоминающие, стробоскопические, скоростные и специальные
(см. табл.).
Некоторые типы осциллографов и их характеристики:


Универсальными называются осциллографы, построенные по функциональной схеме рис. 1. Запоминающие осциллографы имеют трубку с накоплением заряда. Они сохраняют изображение сигнала длительное время и поэтому удобны для исследования однократных и редко повторяющихся сигналов. Скорость записи запоминающих осциллографов достигает нескольких тыс. км /сек. Время воспроизведения записанного изображения для различных моделей лежит в пределах 1-30 мин. Запоминающие осциллографы, как правило, обладают свойством сохранять изображение при выключении осциллографа и последующем его включении через несколько суток, функциональная схема запоминающих осциллографов отличается от рис. 1 дополнительным блоком, управляющим режимом работы запоминающей трубки (запись, воспроизведение изображения и его стирание).
В стробоскопическом осциллографе используется принцип последовательного стробирования мгновенных значений сигнала для преобразования (сжатия) его спектра; при каждом повторении сигнала определяется (отбирается) мгновенное значение сигнала в одной точке. К приходу следующего сигнала точка отбора перемещается по сигналу, и так до тех пор, пока он не будет весь простробирован. Преобразованный сигнал, представляющий собой огибающую мгновенных значений входного сигнала, повторяет его форму. Длительность преобразованного сигнала во много раз превышает длительность исследуемого, и, следовательно, имеет место сжатие спектра, что эквивалентно соответствующему расширению полосы пропускания осциллографа .
Стробоскопический осциллограф наиболее широкополосны и позволяют исследовать периодические сигналы длительностью ~ 10-11 сек.
Скоростные осциллографы имеют трубки с вертикально отклоняющей системой типа "бегущей волны". Они характеризуются широкополосностью (1-5Ч109 Мгц) и большой скоростью записи. Скоростные осциллографы не имеют усилителя в тракте вертикального отклонения и, в отличие от стробоскопических, позволяют исследовать не только периодические, но и однократные быстропротекающие сигналы. Специальные осциллографы служат для исследования телевизионных или высоковольтных сигналов и т.п.

Светолучевой осциллограф
Шлейфовый осциллограф, светолучевой, вибраторный осциллограф, прибор для визуального наблюдения и автоматической регистрации фотографическим методом физических процессов (например, деформации, изменений температуры, давления, скорости), периодических (с частотой повторения от долей гц до 10-
15 кгц), апериодических и одиночных. На входе Ш. о. изменение физической величины, характеризующей исследуемый процесс, преобразуется соответствующими датчиками в пропорциональное изменение электрического напряжения или тока.

Рис2 Шлейфовый осциллограф (схема устройства)
Ш. о. состоит (см. рис 2.) из одного или нескольких магнитоэлектрических зеркальных гальванометров (шлейфов) светооптической системы, блока протяжки
(на рис. не показан), носителя записи (светочувствительной бумаги или фотоплёнки) и устройства визуального наблюдения. Светооптическая система формирует световой луч, фокусирует его и направляет на зеркало шлейфа.
Отразившись от зеркала, луч попадает на светочувствительную плёнку (бумагу) и оставляет на ней след в виде кривой, отображающей изменение исследуемой физической величины во времени. Развёртка кривой во времени обеспечивается равномерным перемещением носителя записи в направлении, перпендикулярном отклонению светового луча. Скорость движения носителя записи у различных Ш. о. регулируется в пределах от 1 до 10 000 мм/сек. Для визуального наблюдения записываемой кривой служит сферический матовый экран, на который попадает часть светового луча, отражённого зеркалом шлейфа. Развёртка во времени визуально наблюдаемой кривой осуществляется с помощью равномерно вращающегося многогранного зеркального барабана. При вращении барабана луч света, отражаясь от его зеркальных граней, периодически пробегает по экрану. Регулируя частоту вращения барабана, можно добиться неподвижного изображения кривой.
Для одновременной регистрации нескольких физических величин используют т. н. многоканальные Ш. о., содержащие от 4 до 60 шлейфов, обеспечивающих одновременную запись соответствующего числа кривых. Ш. о. широко применяются при научных исследованиях, лабораторных и производств. испытаниях

Список использованной литературы:

1. Вишенчук И. М., Соголовский Е. П., Швецкий Б. И., Электроннолучевой осциллограф и его применение в измерительной технике, М., 1957;
2. Новопольский В. А., Электроннолучевой осциллограф, М., 1969;
3. Чех И., Осциллографы в измерительной технике, пер. с нем. М., 1965;
4. Выражение свойств электроннолучевых осциллографов. Рекомендации по стандартизации Международной электротехнической комиссии. Публикация Ї

Иркутская Государственная Сельскохозяйственная Академия.

на тему : “Светолучевые и электроннолучевые осциллографы”.

Список использованной литературы………………………………………….8

Электроннолучевой осциллограф

Прибор для наблюдения функциональной связи между двумя или несколькими величинами (параметрами и функциями; электрическими или преобразованными в электрические). Для этой цели сигналы параметра и функции подают на взаимно перпендикулярные отклоняющие пластины осциллографической электроннолучевой трубки и наблюдают, измеряют и фотографируют графическое изображение зависимости на экране трубки. Это изображение называют осциллограммой. Чаще всего осциллограмма изображает форму электрического сигнала во времени. По ней можно определить полярность, амплитуду и длительность сигнала. Осциллограф часто имеет проградуированные в в по вертикали и в сек по горизонтали шкалы на экране трубки. Это обеспечивает возможность одновременного наблюдения и измерения временных и амплитудных характеристик всего сигнала или его части, а также измерения параметров случайных или однократных сигналов. Иногда изображение исследуемого сигнала сравнивают с калибровочным сигналом или применяют компенсационный метод измерений.

Рис1 (Блок-схема электронного осциллографа).

Исследуемый сигнал А (рис. 1 ) поступает на вход усилителя вертикального отклонения, предназначенного для согласования величины отклонения луча с величиной входного сигнала. Коэффициент усиления регулируется. Горизонтальное перемещение луча создаётся генератором развёртки, который формирует для этой цели пилообразное напряжение Г (линейно изменяющееся во времени). Пилообразное напряжение поступает на вход усилителя горизонтального отклонения, который обеспечивает на выходе напряжение Е, подаваемое на горизонтально отклоняющие пластины трубки. Электронный луч перемещается по горизонтали с постоянной скоростью, создавая таким образом линейную развертку времени. Скорость развертки регулируется.

Для получения стабильного изображения исследуемого сигнала на экране трубки каждая новая развёртка должна начинаться с одной и той же фазы сигнала. Это обеспечивается подачей исследуемого сигнала с вертикального усилителя на синхронизатор, который формирует импульс В запуска генератора развёртки в момент, соответствующий выбранной точке исследуемого сигнала. Для того чтобы электронный луч был виден только во время прямого хода луча (t2 - t1 ), генератор вырабатывает импульс Д подсвета луча, который подаётся на управляющую сетку (модулятор) трубки. Он имеет положительную полярность, прямоугольную форму и длительность, равную длительности прямого хода развёртки. Т. к. для запуска генератора развёртки используется исследуемый сигнал, а синхронизатор и генератор развёртки срабатывают не мгновенно, а с некоторым запаздыванием (доли мксек ), то для наблюдения начального участка сигнала в тракт вертикального отклонения вводится линия задержки, компенсирующая время срабатывания синхронизатора и генератора развёртки (время задержки сигнала несколько превышает время срабатывания). При отсутствии линии задержки на экране трубки можно видеть только ту часть исследуемого сигнала, которая следует после момента t1 (кривая Б).

Осциллограф содержит также источники высоковольтного и низковольтного питания. Первый используется только для питания трубки, а второй - для питания электронной схемы остальных узлов и блоков прибора.

Важными характеристиками осциллографа, определяющими его эксплуатационные возможности, являются: 1) коэффициент отклонения - отношение напряжения входного сигнала к отклонению луча, вызванному этим напряжением (в /см или в /дел ); 2) полоса пропускания - диапазон частот, в пределах которого коэффициент отклонения осциллографа уменьшается не более чем на 3 дб относительно его значения на средней (опорной) частоте; 3) время нарастания tн , в течение которого переходная характеристика осциллографа нарастает от 0,1 до 0,9 от амплитудного значения (часто употребляется вместо полосы пропускания); верх. граничная частота полосы пропускания f в связана с tн соотношением: ; 4) коэффициент развертки - отношение времени tн к величине отклонения луча, вызванного напряжением развёртки за это время (в сек /см или сек /дел ); 5) скорость записи - максимальная скорость перемещения луча по экрану, при которой обеспечивается фотографирование или запоминание (для запоминающего осциллографа) однократного сигнала. Перечисленные параметры определяют амплитудный, временной и частотный диапазоны исследуемых сигналов.

Погрешность измерения сигналов зависит от погрешностей коэффициента отклонения и коэффициента развёртки (обычно ~2-5%). от частоты (длительности) исследуемого сигнала и полосы пропускания (времени нарастания сигнала tн ). Если измеряемый параметр сигнала ³ 5 tн , то он воспроизводится на экране осциллографа с погрешностью £ 2%.

Вместо погрешностей коэффициентов отклонения и развёртки для осциллографов часто указывают близкие им погрешность измерения амплитуды стандартного сигнала (синусоидального определённой частоты или прямоугольного импульса достаточно большой длительности) и погрешность измерения временных интервалов.

Для одновременного исследования двух или более сигналов используются многолучевые осциллографы, а также многоканальные электронные коммутаторы, встраиваемые в тракт вертикального отклонения. Электронный коммутатор обеспечивает получение изображения нескольких сигналов на однолучевой трубке при последовательном подключении источников этих сигналов к тракту вертикального отклонения. Электронные коммутаторы используются, как правило, для исследования временных (фазовых) соотношений нескольких синхронных сигналов.

Для изучения части исследуемого сигнала, в том числе отстоящей на значительное время от его начала, применяется растяжка развёртки (часть пилообразного напряжения, подаваемого на вход усилителя горизонтального отклонения, усиливается в несколько раз, что эквивалентно увеличению в несколько раз длины развёртки) или задержка запуска развёртки (задержанная развёртка). Задержанная развёртка эквивалентна растяжке развёртки в несколько тысяч раз.

Наибольшими функциональными возможностями обладают осциллографы со сменными блоками в трактах вертикального и горизонтального отклонения. Перестановкой блоков можно получить осциллографы с различными характеристиками: широкополосный, высокочувствительный, 2- или 4-канальный, дифференциальный и т.д. В зависимости от особенностей схемы осциллографы делятся на универсальные, запоминающие, стробоскопические, скоростные и специальные (см. табл.).


Осциллограф – электронный прибор для измерения электрических сигналов в цепи и наблюдения за ними. Определение формы и параметров колебаний необходимо для отслеживания корректности работы оборудования.

Первые попытки создать прибор для определения электрических колебаний относятся ещё к 1880 году. Их делали французские и русские физики. Первые осциллографы были аналоговыми. С 1980-х годов сигналы стали фиксироваться с помощью цифрового оборудования.

Устройство и принцип действия прибора

  • лучевая трубка;
  • блок питания;
  • канал вертикального / горизонтального отклонения;
  • канал модуляции луча;
  • устройство синхронизации и запуска развёртки.


Для управления параметрами сигнала и его отображения на экране есть регуляторы. У старых моделей экрана не было. Изображение фиксировалось на фотоленте.

Принцип работы

При запуске прибора сигнал подаётся на вход канала вертикального отклонения. Он имеет высокое входное сопротивление. По тому же принципу работает вольтметр, измеряющий напряжение. Однако вольтметр не показывает временного графика колебаний напряжения.

Сигнал усиливается до необходимого уровня после подачи на вход. Он отображается на экране по вертикальной оси. Усиление требуется для работы отклоняющей системы лучевой трубки или преобразователя сигнала из аналогового в цифровой. Оно позволяет менять масштаб отображения колебаний на экране от крупного до мелкого.

Устройство

Лучевая трубка чувствительна к электрическим импульсам. Чем ниже их частота, тем выше чувствительность. В нынешних трубках количество лучей может составлять от одного до 16. Их количеству соответствует число сигнальных входов и отображающихся одновременно графиков.


Особенность цифрового осциллографа в том, что он имеет экран и преобразователь аналогового сигнала. У него есть память для сохранения данных о полученном графике колебаний. Часть информации анализируется в автоматическом режиме и отображается в обработанном виде. Аналоговый осциллограф не запоминает данные, а только показывает их в реальном времени.

Разверткой называется траектория движения луча, который улавливает колебания и выводит изображение на экран. Она бывает разной формы — эллиптической, круговой. Значение развёртки регулируется в зависимости от исследуемого сигнала по горизонтальной оси (временнóй).

Блок питания подаёт напряжение от сети 220 В на электронные схемы. Есть и аккумуляторные модели, способные работать автономно.

Виды осциллографов

По принципу действия осциллографы бывают цифровыми и аналоговыми. Существуют смешанные аналого-цифровые приборы. Всё чаще выпускают виртуальные. Там в качестве экрана используется другой прибор – монитор компьютера, телевизора.

Работа некоторых моделей основана на электромеханическом принципе:

  • электродинамический;
  • электростатический;
  • выпрямительный;
  • электромагнитный;
  • магнитоэлектрический;
  • термоэлектрический.



Прибор может работать самостоятельно или являться приставкой к другому оборудованию (например, компьютеру). Во втором случае цена ниже, но сам прибор зависим от внешнего устройства.

Виды развёрток

В разных режимах работы осциллографа линейные (создаваемых пилообразным напряжением) развёртки могут различаться:

  • Однократная. Генератор запускается один раз, затем блокируется. Такая развёртка нужна для фиксирования неповторяющихся сигналов.
  • Ждущая. Запуск происходит сразу после сигнала. Нужна для наблюдения за редкими колебаниями.
  • Автоколебательная. Генератор периодически включается при отсутствии сигнала. Удобна для отображения частых периодических импульсов.


Измеряемые процессы


По принципу работы приборы делят на:

  • Специальные. Имеют блоки для целевого использования (например, телевизионные осциллографы).
  • Стробоскопические. Чувствительные приборы для исследования кратковременных повторяющихся процессов.
  • Скоростные. Используют для фиксации процессов с высокой скоростью (с точностью до нано- и пикосекунд).
  • Запоминающие. Сохраняют полученное изображение. Обычно применяют для изучения редких однократных действий.
  • Универсальные. Исследуют разные процессы.


Где применяют осциллографы?

Информация, которую даёт осциллограф:

  • значения напряжения, временные параметры колебаний;
  • сдвиг фаз, искажение импульса на разных участках цепи;
  • частота (определяется путем фиксирования его временных характеристик);
  • переменная и постоянная составляющие колебаний;
  • процессы в цепи.


Осциллографы используют как в практических, так и в научно-исследовательских целях. Для простых измерений можно воспользоваться мультиметром, но в большинстве случаев осциллограф незаменим.

Приборы для измерения колебаний применяют при настройке электронного оборудования. К примеру, для регулировки телевизионного сигнала необходимо получить его осциллографическое изображение. Приборы также используются при ремонте блоков питания, диагностике печатных плат.

При ремонте автомобилей устройство поможет получить данные о положении коленчатого и распределительного валов, датчиков положения. Данные осциллограммы расскажут о наличии импульса на катушке, укажут на неисправность свечей и проводов, диодного моста генератора.


Медицинское оборудование (кардиографы, энцефалографы) тоже работает по принципу осциллографирования. Только электрические колебания, измеряемые ими, происходят в живых организмах.

Методика измерений

Осциллограф измеряет электрическое напряжение и формирует амплитудный график электрических колебаний. Цифровые приборы могут запоминать полученный график, возвращаться к нему.

Колебания отображаются на экране в двухмерной системе координат (напряжение – вертикальная ось, время – горизонтальная ось), формируя график — осциллограмму. Есть ещё третий компонент исследований – интенсивность сигнала (или яркость).


График электрических колебаний по форме может представлять собой:

  • синусоиду;
  • затухающую синусоиду;
  • прямоугольник;
  • меандр;
  • треугольники;
  • пилообразные колебания;
  • импульс;
  • перепад;
  • комплексный сигнал.

Как выбрать

Нужно представлять, в каких целях и как часто будет использоваться прибор, для изучения каких сигналов он предназначен. Учитывайте количество точек для одновременного измерения, одиночность или периодичность колебаний. Иногда используются устройства советского производства. Но получить точную настройку с их помощью трудно.

Количество каналов

По количеству каналов осциллографы могут быть одноканальными, простыми (2-4 канала), продвинутыми (до 16 каналов). Несколько каналов позволяют одновременно анализировать поступающие сигналы.


Тип питания

Прибор с аккумулятором можно брать с собой на выезд. Это удобно для мастеров, которые проверяют оборудование по месту его нахождения. Если выезды не производятся, лучше брать работающий от сети осциллограф, поскольку он стабильнее и надёжнее.

Частота дискретизации

Частота дискретизации важна для измерения однократных и переходных процессов. Чем выше этот параметр, тем более точное изображение сигнала на экране удастся получить.

Полоса пропускания

Для простых исследований цифровых схем и усилителей оптимальная звуковая частота — 25 МГц. Для профессионального измерения нужен прибор, у которого этот параметр — до 200 или даже до 500 МГц. Современные линии связи работают на очень высоких частотах. Частота исследуемых сигналов должна быть в 3-5 раз меньше величины полосы пропускания.

Настройка осциллографа

Сейчас осциллографы регулярно используют в сфере электроники. Есть большой выбор устройств, позволяющих наблюдать за параметрами электрических колебаний. Без осциллографа не обойтись ни инженеру-профи, ни рядовому любителю радиоэлектроники.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.




Электронный осциллограф (ЭО) предназначен для изучения

электрических напряжений в цепях постоянного и переменного тока

визуально или путем фотографирования. На экране осциллографа можно

наблюдать форму исследуемого сигнала, измерить его частоту,

амплитуду, фазу и другие параметры. Осциллографы выпускаются с

индикацией сигнала на жидкокристаллическом экране или на экране

электронно-лучевой трубки. Принцип действия осциллографа с

электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) основан на отклонении потока

электронов в электрическом или магнитном поле.

Функциональными блоками осциллографа с ЭЛТ (рис. 1) являются

усилители вертикального и горизонтального отклонения (УВО и УГО),

генератор развертки (ГР) и блок питания (БП). ЭЛТ с электростатической

фокусировкой луча и последующим отклонением его в электрическом

поле состоит из хорошо откачанной стеклянной колбы, внутри которой

находятся электронная пушка (ЭП), отклоняющая система (ОС) и

люминесцентный экран (ЛЭ). Электронная пушка предназначена для

формирования узкого пучка электронов и его фокусировки на экран.

Источником электронов является катод косвенного накала (2) с подогре-

вателем (1). Интенсивность электронного пучка и, следовательно, яркость

пятна на экране регулируется отрицательным относительно катода

смещением на управляющем электроде (3). Первый анод (4) служит для

фокусировки, второй анод (5) - для ускорения электронов. Напряжение на

втором аноде в несколько раз больше, чем на первом, и в некоторых ЭЛТ

оно составляет 30 кВ и более. Управляющий электрод (3) и система

анодов (4) – (5) образуют фокусирующую систему, действие которой

основано на изменении траектории электронов в неоднородном

электростатическом поле анодов и эквивалентно действию на световой

луч двух выпукло-вогнутых линз с преобладанием собирающего эффекта.

Отклоняющая система состоит из горизонтально и вертикально

отклоняющих плоскопараллельных пластин XX и YY и расположена

между вторым анодом и экраном. Она предназначена для смещения

электронного луча в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Пластины YY установлены горизонтально, и на них подается напряжение

сигнала. Пластины XX установлены вертикально. На них подается

напряжение развертки. Под действием однородного электрического поля,

возникающего между одноименными пластинами (XX и YY), электроны

отклоняются от первоначального направления, и светящееся пятно

смещается по экрану ЭЛТ пропорционально приложенным напряжениям.

В ЭЛТ с магнитной фокусировкой и отклонением вместо пластин

установлены катушки индуктивности специальной формы. Такие ЭЛТ

используются в телевизорах и редко в осциллографах.

Основной характеристикой ЭЛТ с отклонением луча в электрическом

поле является чувствительность пластин. Чувствительность X-пластин sx

определяется отношением смещения пятна на экране по горизонтали lx к

напряжению Ux, приложенному на эти пластины:

Аналогично определяется чувствительность Y-пластин по значениям

вертикального смещения ly и напряжения Uy:

Если на пластины подается переменное синусоидальное напряжение,

то пятно на экране имеет вид прямой линии, длина которой для

синусоидального напряжения равна:

где U и Uэф – соответственно амплитудное и эффективное значения

Чувствительность электронно-лучевых трубок невелика и составляет

обычно несколько сантиметров на вольт. При исследовании слабых

напряжений сигнал приходится предварительно усиливать с помощью

УВО. И наоборот, если напряжение сигнала превышает десятки вольт, то

его ослабляют с помощью входного делителя напряжения. Качество

осциллографа во многом определяется характеристиками усилителей – их

линейностью и полосой пропускаемых частот.

используют обе пары отклоняющих пластин. Обычно на Y-пластины

подается напряжение, пропорциональное исследуемому сигналу, а на X-

пластины подается напряжение, линейно изменяющееся во времени –

пилообразное напряжение развертки (рис. 2, а), которое вырабатывается

генератором развертки (ГР). Под действием такого напряжения световое

пятно перемещается периодически с постоянной скоростью

горизонтально по экрану и почти мгновенно возвращается в исходное

В современных осциллографах в качестве ГР используются

достаточно сложные полупроводниковые генераторы пилообразного

напряжения. Способ получения пилообразного напряжения, основанный

на заряде конденсатора через резистор и его разряде через управляемый

вентиль, рассмотрим на примере лампового тиратронного генератора

развертки (рис. 3). Тиратроном называется трехэлектродная лампа,

заполненная инертным газом (неоном, криптоном или ксеноном). При

отрицательном напряжении на сетке и не слишком большом напряжении

анодного питания Еа анодного тока через тиратрон "Л" нет, так как газ,

заполняющий тиратрон, является диэлектриком. При увеличении

напряжения на аноде до определенной величины – напряжения зажигания

U заж в тиратроне возникает газовый тлеющий разряд. При этом анодный

ток резко возрастает, сопротивление тиратрона падает, и тиратрон

Пусть Еа достаточно велико ( Ea > U заж ). При замыкании ключа K

конденсатор С начнет заряжаться через большое сопротивление R при

отсутствии тока через тиратрон. Напряжение на конденсаторе, тиратроне

и, следовательно, на Х-пластинах возрастает со временем t по закону:

В момент времени, когда напряжение на конденсаторе становится равным

напряжению зажигания лампы UC = U заж , конденсатор шунтируется

малым сопротивлением зажженного тиратрона. Напряжение на С быстро

спадает до напряжения, при котором тиратрон гаснет. Это напряжение

называется напряжением гашения тиратрона Uгаш U заж .

Сопротивление тиратрона скачком возрастает, и конденсатор С начинает

вновь заряжаться. Этот процесс многократно повторяется, пока ключ K

замкнут. Если Ea >> Uзаж, что соответствует неравенству t

возрастает со временем (рис. 2, б):

напряжение на конденсаторе имеет пилообразную форму, частота

которого зависит от постоянной времени заряда конденсатора –

произведения RC. Частоту ГР в измерительных целях изменяют в

диапазоне от долей Гц до нескольких МГц ступенчато переключателем

емкости П (С на С1, С2, С3 и т.д.) и плавно реостатом R (рис. 3).

Если частота исследуемого периодического сигнала ν равна или

кратна частоте пилообразного напряжения развертки νразв, то на экране

наблюдается устойчивое изображение графика зависимости сигнала от

времени в течение одного или нескольких периодов сигнала. Осью

времени является горизонтальная ось Х экрана. Кратное соотношение

между частотами сигнала и напряжения развертки нарушается во время

эксперимента, если генераторы сигнала и развертки взаимно независимы.

Это вызывает передвижение и качание наблюдаемого графика.

Стабильность графика достигается синхронизацией – “захватом” частоты

напряжения развертки частотой сигнала. Выделяют два рода

синхронизации развертки: внутреннюю и внешнюю. Внутренняя

синхронизация осуществляется исследуемым сигналом, внешняя –

подачей синхронизирующего напряжения от дополнительного генератора

на клеммы "Внеш. синхр." (переключатель П1 на рис. 1).

В зависимости от периодичности работы генератора развертки

выделяют два режима работы осциллографа: непрерывный и ждущий. В

режиме непрерывной развертки частота ГР равна или кратна частоте

исследуемого сигнала. В ждущем режиме пилообразное напряжение

вырабатывается однократно при поступлении на ГР возбуждающего

напряжения от исследуемого сигнала (в режиме внутренней

синхронизации) или от дополнительного генератора (в режиме внешней

синхронизации). Выбор непрерывного или ждущего режима

осуществляется при помощи переключателя П2 (рис. 1). Непрерывный

режим развертки применяется, как правило, при изучении периодических

процессов, а ждущий – при исследовании переходных процессов,

импульсных и одиночных сигналов.

Осциллограф можно использовать также для получения графика

зависимости сигнала от другого параметра, например, для снятия вольт-

амперной характеристики диодов, наблюдения петли гистерезиса

ферромагнетика, определения частоты сигнала и фазовых соотношений

методом фигур Лиссажу и т.д. В этом случае ГР отключают, и УГО

переключателя П3 (рис. 1) в положение "усил". Для наблюдения графика

осциллографа расположены на лицевой панели. Изображение лицевой

панели осциллографа С1-68 показано на рис. 4.

Если на обе пары отклоняющих пластин XX и YY подать

синусоидальное напряжение, то электронный луч будет участвовать в

двух взаимно перпендикулярных колебаниях и на экране появится одна

из так называемых фигур Лиссажу. Вид этих фигур зависит от

соотношения частот, амплитуд и фаз, подведенных к пластинам

напряжений (рис. 5). Если отношение частот колебаний равно отношению

целых чисел, например, 1:1, 1:2, 1:3, 2:1, 2:3 и т.д., то фигуры будут

неподвижными. По фигурам Лиссажу можно судить о частоте и фазе

одного из подведенных к пластинам напряжений, если известны частота и

Кривая Лиссажу пересекает горизонтальную прямую, не проходящую

через узловые точки фигур, ежесекундно nx = 2νx раз, а вертикальную – ny

= 2νy раз. Следовательно, отношение чисел пересечения прямых,

параллельных осям Х и Y, с фигурой Лиссажу равно отношению пе-

риодов колебаний подведенных напряжений:

Примеры графического построения фигур Лиссажу в результате

сложения двух взаимно перпендикулярных синусоидальных колебаний

напряжения с одинаковыми амплитудами и частотами показаны на рис. 6.

Фигуры Лиссажу имеют вид прямой линии при сдвиге фаз, равном 00

(рис. 6, а), и окружности при сдвиге фаз, равном 900 (рис. 6, б).

Читайте также: