54. Структурная схема универсального осциллографа и краткая характеристика ее основных функциональных узлов.

Универсальным называется осциллограф, в котором исследуемый сигнал подается через канал вертикального отклонения на вертикально отклоняющую систему ЭЛТ, а горизонтальное отклонение осуществляется генератором развертки.. Структурная схема одноканального универсального осциллографа имеет следующий вид (рисунок 6.2):

Рисунок 6.2 – Структурная схема одноканального универсального осциллографа

Основные функциональные узлыУО: ЭЛТ, канал вертикального отклонения (канал Y), канал горизонтального отклонения (канал X), канал управления яркостью луча (канал Z), калибраторы амплитуды и длительности.

1.ЭЛТ в значительной степени определяет технические возможности и параметры осциллографа в целом. В современных осциллографах применяются ЭЛТ с электростатическим управлением лучом, как наиболее широкополосные. Они могут иметь один или несколько лучей. С помощью ЭЛТ можно визуально наблюдать форму и осуществлять измерение параметров сигналов.

Для воспроизведения формы исследуемого сигнала на экране ЭЛТ необходимо чтобы луч отклонялся по горизонтальной оси X пропорционально времени, а по вертикальной оси Y – пропорционально амплитуде исследуемого сигнала. С этой целью на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ (пластины Х) подается развертывающее, линейное пилообразное напряжение (напряжение развертки), а на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ (пластины Y) – напряжение исследуемого сигнала. В результате под действием напряжения развертки луч на экране ЭЛТ будет перемещаться по горизонтали (оси X) в одном направлении, слева направо, с постоянной скоростью, а под действием напряжения исследуемого сигнала луч будет отклоняться по вертикали (оси Y), пропорционально его амплитуде в соответствующий момент времени. Таким образом, луч на экране ЭЛТ будет воспроизводить форму исследуемого сигнала. Наблюдаемое на экране ЭЛТ изображение называется осциллограммой

Канал вертикального отклонения (канал Y)определяет область применения всего осциллографа. Он предназначен для согласования входа осциллографа с источником исследуемого сигнала, усиления этого сигнала и преобразование его в два противофазных напряжения, подаваемых на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Т.е. канал Y должен обеспечить неискаженную передачу исследуемого сигнала от входа осциллографа до пластин Y ЭЛТ.

Входные устройства осциллографов содержат входные цепи и аттенюатор. C помощью входных цепей осуществляется коммутация режима входа Y, (открытый или закрытый), благодаря чему в зависимости от условий измерительной задачи постоянная составляющая сигнала может учитываться, либо исключаться. Аттенюатор обеспечивает изменение коэффициента отклонения в требуемых пределах. Основная погрешность нормируется в зависимости от класса точности осциллографа. Кроме того, входное устройство обеспечивает согласование входного сопротивления осциллографа с выходным сопротивлением источника сигнала. Усилитель вертикального отклонения усиливает исследуемые сигналы и преобразует их в симметричные (противофазные) напряжения, подаваемые на пластины Y ЭЛТ. Преобразование входного сигнала в два противофазных напряжения позволяет устранить явление астигматизма (расфокусировка луча на краях экрана ЭЛТ), оптимизировать условия работы самого усилителя, уменьшить искажения формы сигнала и погрешности измерения его параметров.

В связи с необходимостью включения в канал Y линии задержки (ЛЗ) УВО разбивается на предварительный (ПУ) и оконечный усилители. Такая разбивка УВО позволяет сосредоточить в ПУ все необходимые регулировки: плавная регулировка усиления с точной установкой требуемого значения и регулировки перемещения луча по вертикали. Кроме того, с ПУ снимается сигнал, управляющий при внутренней синхронизации запуском генератора развертки (ГР).

Линия задержки позволяет задержать подачу сигнала на пластины Y ЭЛТ по отношению к моменту начала развертки. Время задержки . Это необходимо при исследовании импульсных сигналов, чтобы воспроизвести без искажений передний фронт сигнала. В остальных случаях ЛЗ в принципе не нужна и может выключаться из канала.

К дополнительным параметрам канала Y можно отнести: параметры АЧХ (полоса пропускания, нормальный и расширенный диапазоны АЧХ и опорная частота), задержка изображения сигнала ; нелинейность отклонения (изменение значения в пределах рабочей части экрана ЭЛТ относительно центральной части, характеризующая фактические нелинейные искажения в тракте УВО); фазовый сдвиг между каналами Y и X и нестабильность положения луча на экране ЭЛТ (смещение луча с течением времени).

Для расширения функциональных возможностей осциллографа в канал Y может включаться электронный коммутатор. С его помощью на экране однолучевой ЭЛТ могут быть получены осциллограммы двух или более сигналов, поступающих по соответствующим каналам (входы Y1, Y2, … т.д.). Такой осциллограф называется многоканальным.

Канал горизонтального отклонения (канал Х) предназначен для создания напряжения развертки, усиления и преобразования сигналов развертки и синхронизации.С помощью генератора развертки (ГР) обеспечивается получение линейного напряжения развертки. ГР современных осциллографов – это достаточно сложное функциональное устройство, основным узлом которого является формирователь пилообразных импульсов (ФПИ). Он может работать в режимах: автоколебательной, ждущей, однократной, задерживающей, задержанной и смешанной разверток.Переключатель входа позволяет выбрать вид синхронизации и подавать внешний сигнал со входа Х непосредственно на усилитель горизонтального отклонения (УГО), минуя ГР. Это позволяет существенно расширить эксплуатационные возможности осциллографа и номенклатуру измеряемых параметров. Назначение и основные функции УГО аналогичны УВО, но требования к его параметрам менее жесткие. Дополнительной функцией УГО является обеспечение растяжки развертки – изменение в определенное число раз масштаба развертки с целью увеличения изображения по горизонтали. Растяжка достигается дискретным увеличением коэффициента усиления УГО. Кратность растяжки должна выбираться из ряда: , где , .Устройство синхронизации и запуска развертки предназначено для преобразования различных по амплитуде и форме сигналов синхронизации или запуска развертки в стандартные импульсы, воздействующие на ГР. Оно также обеспечивает выбор момента времени запуска ГР, соответствующего определенному уровню исследуемого сигнала (ручка «уровень синхронизации»).

Канал управления яркостью луча (канал Z)предназначен для подачи на управляющий электрод ЭЛТ сигналов, модулирующих луч по яркости. Управление яркостью осуществляется как от ГР, так и внешними сигналами со входа Z. Характеристики усилителя Z аналогичны характеристикам УГО. Его выход связан со схемой управления лучом, которая содержит органы регулировки напряжений, управляющих яркостью, фокусировкой, астигматизмом и положением пятна на экране ЭЛТ. В современных осциллографах на входе канала Z может включаться аттенюатор. К дополнительным параметрам канала Z относятся: диапазон значений и полярность входного напряжения, диапазон частот, сопротивление и емкость входа Z.

_{Калибраторы амплитуды и длительности}обеспечивают возможность измерения амплитудных и временных параметров исследуемых сигналов. Они вырабатывают постоянные, точно известные по величине сигналы, т.е. это образцовые меры сигналов. Благодаря наличию калибраторов осциллограф стал измерительным прибором. В современных типах осциллографов перед измерением с помощью калибратора амплитуды устанавливается требуемое значение коэффициента отклонения , а с помощью калибратора длительности – коэффициента развертки