Корганова, лекции

			D	П1	E
			В		В
A	В	С			F	G
		В			В	В
			м	А1
	H	K		1		2
+	-	вх z
				A2
						+ uП
		яркость	фокус

A – Входной каскад;

B – Усилитель напряжения; С – Парафазный усилитель; D – Узел синхронизации;

Е – Генератор;

F - Парафазный усилитель;

G - Усилитель напряжения; Н - узел питания.

Электронная пушка состоит из катода «К», модулятора яркости М, фокусирующее – ускоряющие аноды A1 A2 . Все электроды выполняются в виде цилиндров, оси которые совпадают с осью трубки. Внутри цилиндров расположены перегородки – диафрагмы с отверстиями в центре.

Катод создаёт электронный луч, М – концентрирует луч в узкий пучок и позволяет регулировать яркость путём подачи отрицательного относительно катода напряжения.

На первый анод A1 и второй A2 подаётся высокое положительное напряжение (несколько киловольт). A1 фокусирует электронный луч, а A2 - сообщает лучу необходимую энергию.

Экран покрыт слоем люминесцирующего вещества. Внутреннюю поверхность трубки покрывают проводящим слоем металла или графита (акводач), который соединяют со вторым анодом.

Это уменьшает влияние электрических полей на работу прибора. Для защиты от магнитных полей трубку помещают в кожух из пермаллоя.

111

Измерительный механизм – отклоняющее устройство ЭЛТ состоит из двух пар 1 и 2 отклоняющих пластин.

Если на пластины подать переменное напряжение, то отклонение светового пятна будет практически без инерционно следовать за мгновенными значениями U y вплоть до сотен МГц, и

на экране будет наблюдаться светящаяся полоска, длина которой соответствует двойной амплитуде U y . В таком режиме ЭО может

использоваться для измерения амплитуд ~ напряжений и в нулевых указателях.

	Uy
	h
2a
1	L

U y

l

l

h

L

.

2U a

a

2

Чувствительность:

h

1

l

l

Su

L

U y

2U a

a

2

где - напряжение 2-го анода. Т.е. для увеличения Su

необходимо уменьшить U a , но

это приводит к уменьшению яркости, которая зависит от кинетической энергии электронов, т.е. от U a . Поэтому

U a уменьшают, а после

отклоняющих пластин применяют дополнительные ускорения с помощью дополнительной секции аквадага, на которую относительно второго анода подается напряжение U n . Это

мероприятие позволяет значительно увеличить яркость. Чувствительность ЭЛТ мала, она составляет 0,1 0,5 мм/в.

Поэтому во всех осциллографах входной сигнал U y предварительно

усиливается. Для согласования ЭЛТ с усилителем служит выходной парафазный усилитель, применение которого необходимо для уменьшения специфических искажений сигнала, появляющихся в связи с наличием ёмкости отклоняющих пластин.

Для наблюдения исследуемого напряжения на экране необходимо движение луча в горизонтальном направлении. Для этого напряжение от генератора развёртки Е подаётся на пластины

«Х».

U pas должно линейно нарастать во времени. Наилучшей

формой такого напряжения является пилообразное напряжение. Если период развертки равен периоду напряжение.

112

Если период развертки равен периоду напряжения U y , то на экране будет наблюдаться одна волна U y . Та ее часть, которая приходится на обратный ход луча, видна, не будет.

u pas

	t
tпр	tотбор

U pas

U y

Поэтому обычно Tpaзв=(3÷4)Ту. Благодаря этому, потеря даже значительной части последнего периода U y уже не играет роли.

Tpaзв должно быть равно целому числу Ту, чтобы каждый новый период развертки начинался с одной и той же точкиU y . Только в

113

этом случае изображение на экране будет неподвижным, в противном случае будет наблюдаться мелькание полос.

Это соотношение должно поддерживаться с большой степенью точности в течении длительного времени. Однако, регулировка частоты Гр с необходимой точностью затруднительна. Поэтому Гр снабжен устройством синхронизации. Синхронизация может идти как от исследуемого напряжения (переключатель t1 в положении 1), так и от любого внешнего источника (положения 2). Продифференцированное напряжение с Гр обычно подается на «М», что позволяет исключить засветку экрана при обратном ходе луча (вход Z).

Вряде случае, например, при измерении сдвига фаз, частоты

ит. п. На пластины «Х» следует подавать не пилообразное напряжение, а например, синусоидальное.

Вэтом случае Гр отключается с помощью П2, и пластины 2

присоединяют к выходу усилителя

Yx , на которое подано

напряжение от любого внешнего источника U x .

Обобщенная структура осциллографа, предназначенного для наблюдения импульсных однократных или многократных сигналов, показано на рисунке.

Вход Y

1

Вх

Уу

Параф.

Л.З.

какск.

усил.

2

1

Узел

B

Гр

С

синхр

2

D

Внешн.

синхр.

E

Вход х

Yx		Параф.
		усилит.

A

Вход Z

114

А-узел питания и регулирования, В-калибратор напряжения, С-генератор импульсной подсветки, D-калибратор меток в рем., Е- формирование импульсного запуска.

Здесь появились дополнительные узлы.

Линия задержки в канале «Y», генератор ждущей развёртки, генератор импульсов подсветки и вспомогательные элементы – калибратор меток времени и калибратор напряжения. С помощью генератора непрерывной развёртки можно получить устойчивое изображение лишь в случае периодических сигналов в основном с малой скважностью. А при большой скважности возникают затруднения, так как устойчивая синхронизация бывает лишь в том случае, когда частота генератора развёртки меньше частоты, так как генератор работает в режиме деления частоты.

Труднее с непериодической последовательностью импульсов. Здесь синхронность означает, что генератор должен быть подготовлен к началу процесса развёртки, пока импульса нет, и должен выдать единичный сигнал развёртки, когда импульс поступает на вход осциллографа. Поэтому должно быть два режима работы Гр – «непрерывный» и «ждущий», когда Гр ждет импульс.

Для того, чтобы начало ждущей развёртки не запаздывало относительно момента поступления импульса, т. к. в этом случае на экране будет не полное изображение импульса, при исследовании в микросекундах и наносекундных импульсов необходима задержка сигнала в канале вертикального отклонения луча на время задержки Гр. Это достигается включение линии задержки, которая выполняется в виде цепной схемы из L и C элементов.

При большой скорости движения луча изображение сигнала будет неярким. Для устранения этого явления формируют режим работы ЭЛТ введением генератора подсветки, который резко увеличивает энергию луча при прямом ходе.

Для улучшения метрологических характеристик ЭО вводится калибратор меток времени и калибратор напряжения. Калибратор меток времени – это стабильный генератор, дающий сигнал на «М», который периодически запирает трубку, вызывает чередование тёмных и светлых участков на изображении сигнала, по количеству которых можно судить о его временных характеристиках.

Калибратор напряжения выдает периодический сигнал определённой частоты, амплитуда которого постоянна и известна, что позволяет отградуировать ось «Y» в единицах напряжения.

115

Основные узлы ЭО

Основными узлами ЭО кроме ЭЛТ, являются генераторы развёртки.

Генераторы развёртки. Гр должны давать напряжение, линейно изменяющееся во времени.

U

Um

t

t в

tпр

tобр

Это напряжение должно иметь tпр tобр . tв - время

восстановления амплитуды. Гр должен генерировать напряжение с высокой линейностью прямого хода, должен иметь малое время восстановления, допускать возможность синхронизации. Гр ЭО делятся на ГЛИН медленной развертки (Тр 10с 20мс) ; средней

скорости развертки Тр 0,1с 1мкс и быстрой развертки	Тр 1мкс .
Гр может быть построены по двум блок схемам.
Е	Е

Заряд-я цепь

Коммут-й элмент

Выход

Выход

Коммут-й

с

Заряд-я

с

элемент

цепь

116

В первой схеме «С» заряжается во время прямого хода от источника «Е», а в течение обратного хода разряжается через коммутирующую цепь.

В второй схеме «С» во время прямого хода разряжается через разрядную цепь, а во время обратного хода быстро заряжается через коммутирующий элемент.

Характерным для этих схем является наличие ёмкостной интегрирующей цепи.

t

uмин t u0 k idt

0

i- ток заряда емкости

Если i=const, то uмин t u0 k t .

Для обеспечения постоянства тока пользуются разными способами.

1) Применением высокого по сравнению с um напряжения заряда

емкости, т.е.

используется только начальный участок экспоненциального напряжения заряда ёмкости.

2)Применением токостабилизирующих устройств (диоды в режиме насыщения, пентоды).

3)Применением компенсационных схем с положительной и отрицательной обратной связью.

Синхронизация Гр. Как указывалось, для получения неподвижной кривой на экране, нужно, чтобы частоты исследуемого напряжения и напряжения развёртки относились как простые целые числа m:n. Практически и U y и U pas непостоянны во времени.

Поэтому необходимо синхронизировать Гр исследуемым напряжением.

В ждущем режиме Гр запускается исследуемым напряжением. Гр делает одно колебание и ожидает нового импульса. В этом случае автоматически решается вопрос синхронизации.

Если же Гр выдаётU p непрерывно, то и синхронизация должна

осуществляться.

Одновременное наблюдение двух процессов

Часто возникает необходимость одновременно наблюдать два или несколько процессов. Для этой цели выпускаются двух лучевые осциллографы, имеющие две электронные пушки и две отклоняющие системы. Оба луча попадают на один и тот же экран. На каждую из отклоняющих систем подаётся один из исследуемых процессов. В результате на экране можно наблюдать оба процесса.

117

Это же можно получить при помощи однолучевого осциллографа в том случае, если применяется специальная приставка, называемая электронным коммутатором или переключателем.

Измерения с помощью осциллографа.

Осциллограф нашёл широкое применение, так как обладает универсальными свойствами и позволяет получить комплексную информацию, содержащую несколько измеряемых параметров.

Так, с помощью осциллографа одновременно может быть измерена амплитуда и длительность импульса. Амплитуда и степень искажения, амплитуда и фаза и т. п. осциллограф может быть использован для анализа спектра, измерения мощности, исследования и измерения фазовых сдвигов (по фигурам Лиссажу), частот и т. п.

Осциллограф позволяет найти мгновенные значения в любой точке исследуемого напряжения, чего нельзя сделать с помощью других приборов.

Характеристики ЭО таковы: входное сопротивление ЭЛТ равно нескольким мОм, входная емкость 2-20мФ, верхняя граница рабочих частот достигает 200 МГц. Для удобного расположения осциллограммы на экране предусмотрена её возможность её смещения вверх и вниз по оси Y, а также вправо и влево по оси Х масштабной сетки.

Различают следующие разновидности ЭО:

1.Универсальные применяются для исследования гармонических и импульсных сигналов. Их полоса пропускания от 0 до сотен МГц, диапазон исследуемых сигналов от десятков мкВ, до сотен вольт.

2.Скоростные) применяются для измерения и регистрации однократных и повторяющихся импульсов и периодических колебаний в полосе частот порядка единиц гигагерц. имеет рабочий диапазон частот и диапазон амплитуд.

3.Стробоскопические осциллографы применяются для регистрации периодических сигналов в полосе частот 0---несколько гигагерц. Динамический диапазон от единиц м.в до единиц В при одновременной регистрации до двух сигналов.

4.Запоминающие осциллографы применяются для регистрации однократных и редко повторяющихся сигналов. Полоса пропускания до 100 МГц, уровень исследуемых сигналов от десятков м в до сотен вольт при одновременной регистрации до двух сигналов.

5.Специальные осциллографы применяются для исследования телевизионных сигналов.

118

Частомеры

Для измерения частот с помощью электронных приборов обычно используются два метода: метод заряда и разряда конденсатора (до 100 КГц) и метод настройки резонансного контура – волномерный или гетеродинный (свыше 20 КГц).

	Fx					Конденсаторный метод измерения
						частоты	поясняется	с	помощью
				P		следующей	схемы.		Переброской
1		2				контакта	поляризованного реле			Р
						управляет	измеряемая	частота Fx.		В
U
			C	ук		положении	1 конденсатор		получает	от
						источника	U заряд .

Q = UC.

В положение 2 этот заряд в виде импульса тока проходит через указатель УК. В результате через указатель потечёт ток.

IC u f х

ишкала указателя может быть отградуирована в герцах, если С =

const и U = const.

Приборы для измерения частот больше 20 Кгц называются волномерами. Они могут быть резонансными и гетеродинными. В резонансных измеряемая частота определяется как резонансная частота пассивного колебательного контура, а при использовании гетеродинного метода f х сравнивается с частотой гетеродина,

определяемой настройкой его резонансного контура. Конденсаторные частомеры.

В этих приборах для исключения погрешности, обусловленной непостоянством величины исследуемого напряжения U, конденсатор заряжается прямоугольными импульсами заданной амплитуды, сформированными из исследуемого напряжения. Длительность импульсов должна быть достаточной, чтобы показания выходного прибора были пропорциональны f х . В паузе между импульсами

конденсатор успевает полностью разрядиться.

119

U кп

					c
f	х	КП
				Д1						Д 2

	U
С1	t
ук

КП – каскад формирования прямоугольных импульсов, который из синусоидального напряжения частоты f х формирует

прямоугольные импульсы той же частоты.

При появлении прямоугольного импульса «С» заряжается через « Д1 » до амплитуды этого импульса. При этом « Д 2 » заперт и ток через «УК» не проходит. В течение паузы «С» разряжается через « Д 2 », «УК» и выходное сопротивление «КП». При этом

	0		1
			LC

При измерении частоты переменным образцовым параметром является ёмкость.

		Изменяя		ёмкость,
		контур	настраивают		в
f х	L0 c	резонанс			по
	и	индикатору		резонанса	U.

Отсчёт производится по шкале конденсатора. Пределы измерения изменяются при помощи сменных катушек.

Такие схемы применяются для частот выше 100 КГц, так как при более низких частотах сильно возрастает индуктивность и ёмкость контура, что приводит к увеличению габаритов прибора. При помощи резонансных частомеров может быть достигнута погрешность 0.1 0.3% .

«Uнд» – ламповые вольтметры. Чем больше их входное сопротивление, тем больше острота настройки, так как выше добротность контура

120