2.2. Классификация осциллографов

ЭО разделяются на цифровые, аналоговые, универсальные, скоростные стробоскопические и специальные

Выбор осциллографа производится на основании следующей классификации:

• осциллографы универсальные для наблюдения периодических непрерывных и импульсных сигналов.

Полоса пропускания у большинства ‑ 0…(10-50)Мгц (С1-65),

у некоторых ‑ 0…250МГц (С1-75);

• двухлучевые (многолучевые) и двухканальные ЭО предназначены для наблюдения двух и более сигналов в различных участках схемы (С1-69, С1-74);

• осциллографы с высокой точностью измерения амплитудно-временных параметров (погрешность менее не более 1%) имеет устройство цифрового отсчета (С1-40);

• высокочувствительные осциллографы для наблюдения очень малых сигналов. Коэффициент отклонения таких осциллографов равен 0,01 мВ/дел (С1-70 с блоком 940-1103);

• осциллографы автоматическим управлением имеет устройства автоматической установки коэффициентов отклонения и развертки, а также устройство автоматической компенсации постоянной составляющей сигнала. Они могут работать в составе измерительных систем с ЭВМ (СК1-95);

• запоминающие ЭО фиксируют сигналы в полосе частот 0…50 МГц. Применяются бистабильные полутоновые трубки. ЭО на бистабильных трубках (С8-11) обладают малой скоростью записи (5…20 им/с), но большим временем воспроизведения (до 30 мин). Запоминающие осциллографы на полутоновых трубках обладают большой скоростью записи (до 4000 им/с) и временем воспроизведения до 60с (С8-12);

• многофункциональные осциллографы обладают большими возможностями исследования сигналов благодаря наличию сменных блоков в КВО и КГО (обеспечение необходимого коэффициента отклонения в заданном диапазоне частот, сложение двух исследуемых сигналов, одновременное наблюдение нескольких сигналов, исследование сигналов в режиме стробоскопического преобразования (С1-70, С1-74);

• цифровые осциллографы (“бесконечная” память у электронезависимых осциллографов).

Осциллографические индикаторы применяются в качестве составных частей специальных приборов (анализаторы спектра, измерители АЧХ, характериографы и т.д.).

Формирование узкого луча на экране ЭЛТ

ЭЛТ бывают с двумя и тремя анодами, концентрация луча осуществляется с помощью модулятора (М), представляющего собой цилиндр, окружающий катод. При изменении потенциала модулятора относительно катода изменяется величина тока, проходящего через модулятор, а соответственно и яркость пятна на экране (аналог – сетка в триоде).

На модулятор подают небольшое отрицательное относительно катода напряжение.

Второй анод (А₂) – короткий цилиндр, закрытый на конус, обращенном к экрану, диафрагмой с небольшим отверстием в центре. Его располагают непосредственно за первым анодом и соединяют с “землей” (шасси). На второй анод подают более высокое положительное напряжение, чем на первый.

Фокусировка электронов обеспечивается образованием электрических полей между модулятором и первым анодом, первым и вторым анодом.

Электроны стремятся двигаться перпендикулярно эквипотенциальным линиям электрических полей. В той части полей, где эквипотенциальные линии равного потенциала обращены к катоду своей выпуклостью, электроны отклоняются к оси трубки, т.е. собираются в более узкий пучок.

Каждое из полей образует систему, подобную двойной оптической линзе и называемую электростатической электронной линзой (рис.2.1).

Преобладание собирательного эффекта над рассеивающим достигается конструкцией электродов трубки и подбором разности потенциалов – расстоянием между М, А₁ и А_2.

При правильном подборе разности потенциалов между электродами можно добится схождения электронов в фокус в точке, находящеся на экране.

При эксплуатации картину электрических полей в трубке обычно изменяют на первом аноде (фркусирующем).

Недостаток ЭЛТ с двумя анодами состоит в том, что регулирование потенциала модулятора (для изменения яркости пятна) влияет на фокусировку, а изменение потенциала первого анода при фокусировке пятна влияет на яркость.

Для устранения этого недостатка используют трубку с тремя анодами. А₃ установлен между модулятором и первым (фокусирующим) анодом. Он обычно имеет форму диска и электрически соединен со вторым анодом. Анод А₃ действует как экран и уменьшает влияние потенциала А₁ на электростатическую линзу (между М и А₃). Поэтому изменение напряжения на первом аноде не влияет на яркость пятна.

Так как А₃ находится за модулятором, то электроны получают дополнительную скорость, соответствующую потенциалу второго анода и увеличивают ток, получаемый при нулевом потенциале на модуляторе.

Для увеличения яркости изображения используют алюминирование экрана осциллографа. На экран ЭЛТ поверх люминофора наносят тонкую пленку алюминия прозрачную для электронов луча, но не прозрачную для светового излучения. В этом случае яркость свечения повышается за счет отражения светового потока люминофора в сторону оператора.

Принцип действия и конструкция ЭЛТ

Важнейший элемент электронного осциллографа – ЭЛТ. В электронных осциллографах применяют ЭЛТ с управлением фокусировкой при помощи электрического поля.

Конструкция ЭЛТ. ЭЛТ представляет собой запаянную стеклянную колбу из которой откачан воздух.

В колбе расположены:

1. электронная пушка ‑ устройство, предназначенное для создания узкого луча электронов, обладающих большой скоростью;

2. устройство для отклонения луча;

3. люминесцирующий слой, нанесенный на внутреннюю сторону основания колбы и играющий роль экрана.

Электронная пушка состоит из:

• катода постоянного накала 1;

• модулятора 2;

• фокусирующего электрода 3 (первый анод);

• ускоряющего электрода 4 (второй анод);

• отклоняющих пластин 5, 6;

• полеускорителя 7;

• люминофора 8.

С помощью этих электродов электроны формируются в луч, подобно луча оптической линзой. Электронный луч движется с большей скоростью на поверхность люминесцентного экрана. Регулировкой R1 меняют напряжение на модуляторе и соответственно яркость свечения экрана (по аналогии модулятор играет роль сетки в электронной лампе).

Регулировкой R2 на фокусирующем электроде добиваются наименьшего светящегося пятна на экране.

Луч управляется с помощью двух пар отклоняющих пластин. При равенстве потенциалов нулю на каждой из пар пластин луч двигается по прямой линии и попадает в центр экрана. Если приложить разность потенциалов к одной из пар пластин, то между пластинами образуется электрическое поле, при этом траектория луча искривиться, в результате этого пятно на экране ЭЛТ сместится на некоторую величину h, зависящую от значения напряжения, приложенного к пластинам.

Назначение и параметры ЭЛТ

Люминофоры (экраны трубки) – желтые, зеленые, синие, белые.

Длительность послесвечения короткая – менее 10 мс.

Форма – круглая, прямоугольная (45, 75, 150, 250 мм).

Чувствительность

,

где:

y – отклонение пятна на экране;

U_y – напряжение, воздействующее на отклонение пластин;

l – длина пластин;

L – расстояние от центра пластин до экрана;

U_a – напряжение на втором аноде, относительно катода.

L, l и d – const, поэтому при фиксированном U_a:

где ‑const – статическая чувствительность трубки (в справочниках обычно =1000 В).

Выражение для справедливо в случае, когда период переменного напряжения, подводимого к отклоняющим пластинам, существенно превышает время пролета электронов вдоль пластин. В противном случае чувствительность трубки отличается от статической и определяется как:

‑чувствительность при частоте f=1/T – динамическая чувствительность;

Т – период подведенного напряжения, с;

‑время пролета электронов вдоль пластин, равное:

Пример:

U_a=1 кВ; l=2 см; f=145 Мгц.

отличается от на 2%.

Практически до частот f=100 Мгц чувствительность обычных трубок не зависит от частоты.

Масштабный коэффициент (коэффициент отклонения) – это напряжение на входе канала , соответствующее отклонению луча ЭЛТ на одно деление шкалы по вертикали (коэффициент используется в более поздних моделях осциллографов).