Узлы электронного осциллографа

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ)

Пример 1:

Пластины вертикального отклонения YY:

в) меандр

На экране увидим следующее:

l _Y = S_{Т Y} ∙ U_Y l _Y = S_{Т Y} ∙ 2 ∙ А l _Y = S_{Т Y} ∙ 2 ∙ А

причём, S_{Т Y} – чувствительность трубки по вертикали, [мм/В]; U_Y – напряжение, приложенное к пластинам, [В]; А – амплитуда сигнала, [В] (для б) синусоиды и в) меандра).

Чувствительность S_Т трубки – отклонение луча на экране ЭЛТ, вызванное напряжением U _Y, приложенным к отклоняющим пластина. Обычно чувствительность составляет порядка 0,5 ÷ 5 [мм/В].

Примечание:

При чувствительности трубки S_{Т Y} в 0,5 [мм/В] и высоте экрана 70 миллиметров, напряжение U_Y, необходимое для продвижения точки по всему экрану от края до края (по оси Y) должно быть равно ста сорока вольтам, что весьма велико.

Вывод: 1) форма сигнала на экране не наблюдается. В случае подачи периодического сигнала (с двумя полуволнами) – на экране появляется линия, равная двум амплитудам входного сигнала.

2) Из примечания ясно, что большие сигналы можно подавать прямо на пластины отклонения,

а не на вход

Пример 2:

Исследование сигналов проходящих через пластины горизонтального отклонения даёт те же результаты и выводы.

в) меандр

На экране увидим следующее:

l _X = S_{Т X} ∙ U_X l _X = S_{Т X} ∙ 2 ∙ А l _X = S_{Т X} ∙ 2 ∙ А

причём, S_{Т X} – чувствительность трубки по горизонтали, [мм/В]; U_X – напряжение, приложенное к пластинам, [В]; А – амплитуда сигнала, [В] (для б) синусоиды и в) меандра).

Лекция 20

Усилители

Усилитель по тракту вертикального отклонения Y (усилитель вертикального отклонения):

На вход – микровольты, милливольты, вольты

Примечание:

Усилители должны быть сделаны так, чтобы проходящий через них сигнал вообще не (или минимально) искажался.

Исследуемый сигнал подаётся на вход Y канала вертикального отклонения, включающего в себя входной делитель (аттенюатор по Y) и усилитель вертикального отклонения («усилитель по тракту вертикального отклонения»). Выходное напряжение усилителя, поступая на вертикальные отклоняющие пластины (на схеме осциллографа – YY), управляет отклонением электронного луча в трубке по оси Y. Для получения требуемого размера изображения на экране входной сигнал усиливается (или ослабевает) в канале вертикального отклонения до необходимого значения, определяемого чувствительностью трубки. Последовательное включение аттенюатора и усилителя вертикального отклонения обеспечивает значительный диапазон исследуемых напряжений. Основное усиление усилителя вертикального отклонения обеспечивается предварительным усилителем ПУ_Y, а окончательный усилитель ОУ_Y в основном служит для преобразования усиливаемого сигнала в управляющее напряжение, подаваемое на отклоняющие пластины.

При подаче переменного напряжения на вход Y электронный луч вычерчивает на экране осциллографа вертикальную линию.

Пример 1:

б) переменный сигнал

в) меандр

На экране увидим следующее:

l _Y = S _Y ∙ U_Y l _Y = S _Y ∙ 2 ∙ А l _Y = S _Y ∙ 2 ∙ А

причём, S _Y – чувствительность тракта вертикального отклонения (или – чувствительность по Y), [дел/мкВ]; U_Y – напряжение, приложенное к пластинам, [мкВ]; А – амплитуда сигнала, [мкВ] (для б) синусоиды и в) меандра), l _Y – ход электронного луча [дел].

Внимание (!):

Здесь – чувствительность S _Y, канала (или тракта) вертикального отклонения Y, а не чувствительность S_{Т Y} трубки. Причём:

Величина, обратная к чувствительности тракта вертикального отклонения, называется коэффициент отклонения по вертикали или «масштаб по Y»:

Подаём на вход три различных сигнала напряжения:

б) переменный сигнал

в) меандр

l _X = S _X ∙ U_X l _X = S _X ∙ 2 ∙ А l _X = S _X ∙ 2 ∙ А

причём, S _X – чувствительность тракта горизонтального отклонения (или – чувствительность по X), [дел/мкВ]; U_X – напряжение, приложенное к пластинам, [мкВ]; А – амплитуда сигнала, [мкВ] (для б) синусоиды и в) меандра), l _X– ход электронного луча [дел].

Важно то, что коэффициенты усиления по X и по Y находятся в следующей зависимости:

Примечание:

В реальных осциллографах, поскольку горизонтальная шкала X используется как временная развёртка для сигнала, поданного на вход Y, чувствительность по оси X градуируется в отличных единицах:

Верньер «плавно» Верньер «грубо»

Выставляем верньер грубо на 3 мВ/дел, а реально получаем:

где Δ – и есть те самые показания мелкомасштабной ручки. И, в принципе, Δ – это погрешность масштаба.

Калибровка

Осциллограф обязательно нужно калибровать по амплитуде для того, чтобы уменьшить погрешность Δ.

Добиваемся на экране следующей картины:

Калибратор по амплитуде

То же самое проделываем с усилителем по X.

Блок временной развёртки

Создаёт линейную временную развёртку для сигнала, подаваемого на вход канала Y.

На экране:

Блок развёртки

Для получения изображения исследуемого сигнала, развёрнутого во времени, необходимо смещать («развёртывать») луч по оси X c равномерной скоростью. Это осуществляется подачей на отклоняющие пластины XX линейно изменяющегося пилообразного напряжения.

U

t

Обозначения:

Т_ПХ – время прямого хода луча; Т_ОХ – время обратного хода луча; Т_Р = Т_ПХ + Т_ОХ – период развёртки. Идеально было бы, если бы Т_ОХ = 0 и тогда Т_Р = Т_ПХ. ДЛЯ того чтобы во время обратного хода электронный луч не вычерчивал линии на экране осциллографа, его гасят на это время путём подачи отрицательного напряжения на сетку (модулятор; см. структурную схему осциллографа). Исследование сигналов в широком диапазоне частот обеспечивается переключением частоты пилообразного напряжения, предусмотренном в генераторе развёртки. Это позволяет проводить наблюдения исследуемых сигналов в нужном масштабе времени. Выходное напряжение генератора усиливается в усилителе горизонтальной развёртки до значения, необходимого для управления электронным лучом в ЭЛТ и получения изображения требуемого размера.

U

t

Напряжение U_P развёртки будет пропорционально K ∙ t

Важно то, что период развёртки должен быть кратен периоду подаваемого на вход сигнала:

где n =1, 2, 3 и т.д. (короче - натуральное число).

Натуральное число нужно для получения неподвижного изображения на экране ЭЛТ.

Пример:

На вход Y подали следующий сигнал:

Вопрос: что будет на экране осциллографа если период развёртки Т_Р равен трём периодам сигнала Т_С.

В осциллографах существуют два вида развёртки:

Непрерывная, которая может иметь место быть вне зависимости от наличия сигнала на входе Y

и

Ждущая, которая может иметь место быть только при наличии сигнала, поданного на вход канала Y

На непрерывной развёртке при отсутствии сигнала на входе, электронный луч просто «пробегает» некоторое расстояние по оси X «туда и обратно».

Ждущая же развёртка применяется в случае, когда есть желание пронаблюдать однократный сигнал или периодический с повышенной скважностью.

Пример:

сигналом с повышенной скважностью,

то есть длительность импульса t

много меньше периода сигнала.

Когда период развёртки

равен периоду сигнала.

Т_Р = Т_С

t не видна

Когда период развёртки

равен длительности импульса.

Т_Р = τ

Бледная форма

t сигнала

Основание, созданное

шестикратным (по числу гармоник) «пробеганием»

ЖДУЩАЯ РАЗВЁРТКА

Когда период развёртки

равен длительности импульса.

Т_Р = τ

T

Блок синхронизации

Нужен для того, чтобы получить на экране ЭЛТ неподвижное изображение сигнала, поданного на вход Y (Тр = ).

Блок синхронизации БС принудительно заставляет блок развёртки БР вырабатывать напряжение с периодом, кратным целому числу периода сигнала.

На приборной панели осциллографа есть две ручки:

Амплитудная синхронизация А_С

Частотная синхронизация f_C

t

В точках пересечения двух графиков сравниваются значения блока развёртки и «i-того» значения амплитудной синхронизации, в точке пересечения работа блока развёртки обрывается. Но, увы, плавно обрубить блок развёртки непросто, так как уровни амплитудной синхронизации отличаются друг от друга на очень малые значения.

t t

В идеальном случае для получения на экране осциллографа некоторого напряжения U, сигналы от блока развёртки БР и усилителя У должны прийти одновременно.

t

Для устранения таких искажений в канале вертикального отклонения (по Y) имеется линия задержки ЛЗ, осуществляющая временной сдвиг (задержку) на некоторое время (t_З > t_БР)сигнала, подаваемого на пластины YY. Такая задержка позволяет получить изображение всего импульса, включая его начальную часть на экране осциллографа.

Цифровые приборы

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: