Рис. 7.1

Синхро-

низация

Формирование осциллограммы. Исследуемое напряжение Ых подводят ко входу усилителя и затем на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Под действием этого напряжения луч отклоняется по оси ординат на Y = KSy Ux{t), где - коэффициент усиления усилителя; Sy - чувствительность трубки по оси ординат.

Отклонение луча по оси абсцисс обусловлено действием напряжения развертки Up, которое изменяется во времени по линейному закону Up = at, где а - постоянный коэффициент. Отклонение луча по оси абсцисс также является линейной функцией времени: X = SxUp = Sxat, где Sx - чувствительность трубки по оси абсцисс.

В результате совместного воздействия на ЭЛТ вертикально и горизонтально отклоняющих напряжений луч будет двигаться по траектории, заданной в параметрической форме приведенными соотношениями. Исключив время, получим уравнение траектории в декартовых координатах Y = KSyUx(X/Sxa). Траекторию луча называют осциллограммой исследуемого колебания. Поскольку отклонение луча по оси ординат пропорционально мгновенному значению колебания, а отклонение по оси абсцисс - времени, то на экране ЭЛТ в некотором масштабе воспроизводится зависимость Ux{t).

Размеры экрана и отклоняющее напряжение ограничены, поэтому напряжение развертки возрастает до определенного уровня, при котором луч, двигаясь вправо, достигает границы рабочей части экрана. Продолжительность возрастающего участка напряжения развертки оценивают длительностью Т„ прямого хода развертки. По окончании прямого хода напряжение развертки уменьшается до начального уровня. Пятно при этом перемещается справа налево, совершая обратный ход развертки. За время То обратного хода напряжение развертки уменьшается по нелинейному закону, поэтому траектория луча не несет полезной информации и лишь искажает осциллограмму. Во избежание этого на время обратного хода на модулятор ЭЛТ подают запирающее напряжение, так что луч гасится. Генераторы развертки строят так, чтобы длительность обратного хода была меньше длительности прямого хода развертки, т. е. чтобы выполнялось условие То<€. <€iT„. Поскольку период развертки 7р=7п+7о, то приближенно можно принять ТрХТ„.

Синхронизация. При осциллографировании периодических колебаний необходимо, чтобы за каждый период исследуемого напряжения луч перемещался по одной и той же траектории. Для этого синхронизируют период развертки с периодом повторения исследуемого сигнала: период развертки устанавливают равным целому числу периодов повторения исследуемого сигнала.

Если Тр=Т, т. е. имеет место режим синхронизации (рис. 7.2, а), то началу первого периода развертки соответствует У = 0, затем луч прочерчивает почти полный период синусоиды. К моменту 1 начала второго периода развертки входное напряжение обращается в нуль, поэтому луч попадает в ту же точку, что и при t==to, и в дальнейшем движется по той же траектории. Такое движение луча создает неподвижную осциллограмму периода колебания Ux{ti. Если необходимо получить на экране п периодов, то период развертки должен быть в п раз больше периода исследуемого колебания.

При нарушении синхронизации (Гр> Г, рис. 7.2, б) в момент t2 начала второго периода развертки У> О и луч отклоняется вверх. Синусоидальная траектория луча при этом не будет совпадать с траекторией, полученной за первый период сдвинутых по фазе синусоидальных кривых, обычно наблюдаемых на экране как светлый прямоугольник.

Для исследования непериодических импульсных напряжений применяется ждущая развертка. В этом режиме генератор развертки запускается перед каждым пришедшим импульсом. К моменту начала каждого импульса напряжение развертки имеет определенное значение, поэтому начало каждого импульса соответствует одной и той же точке на экране. Поскольку скорость нарастания напряжения развертки в каждом цикле постоянна, то траектории луча, вызванные всеми импульсами, совпадают, и на экране возникает неподвижная осциллограмма импульса. Длительность прямого хода ждущей развертки выбирают несколько

большей длительности импульса (рис. 7.3, а), поэтому осциллограмма импульса (рис. 7.3, б) занимает большую часть экрана. Режим ждущей развертки целесообразен при периодических импульсных напряжениях с большой скважностью, поскольку, изменяя скорость развертки, можно установить удобный для наблюдения размер импульса по горизонтали.

Кроме линейной развертки, предусмотренной во всех выпускаемых промышленностью осциллографах, существуют и другие типы разверток, например круговая или спиральная, применяемые при измерении фазовых соотношений. В этих развертках луч движется с постоянной угловой скоростью по кругу или по спирали, что позволяет получать большую по сравнению с диаметром экрана длину линии развертки.

7.2. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ОСЦИЛЛОГРАФА

Структурная схема осциллографа состоит из трех каналов {Y, X ]л Z), калибратора и устройства отображения информации, в качестве которого обычно используют ЭЛТ (рис. 7.4). Такая структура свойственна всем осциллографам, но каждый тип прибора характеризуется особенностями построения каналов.

Каналы осциллографа. Канал вертикального отклонения (канал У) предназначен для формирования вертикально отклоняющего напряжения и в основном выполняет функции усиления колебаний, подведенных ко входу Y прибора. Канал состоит из аттенюатора А1, предварительного усилителя А2, линии задержки и оконечного усилителя A3. Линия задержки позволяет запускать генератор развертки фронтом исследуемого импульса до того, как

Вход Y >-

Канал Y

>-

Вход Z

>-

Калибратор амплитуды а длительности

Вход X

Канал I

Устройство управления яркостью луча

Канал Л Рис. 7.4