 |
Рисунок 4.10 – Временные диаграммы напряжений при исследовании синусоидального сигнала
|
|
|
|
Рисунок 4. 10 – Временные диаграммы напряжений при исследовании синусоидального сигнала
Рисунок 4. 11 – Временные диаграммы напряжений при исследовании прямоугольного сигнала
На рисунке 4. 10 показаны временные диаграммы напряжений при исследовании синусоидального сигнала и работе генератора развертки в автоколебательном режиме: а - изображение устойчивое (выполнено условие синхронизации); б – изображение неустойчивое (синхронизация нарушена).
На рисунке 4. 11, а представлены временные диаграммы напряжений при исследовании прямоугольных импульсов с внутренней синхронизацией, режим работы генератора развертки ждущим.
Внешний сигнал для синхронизации чаще всего используется в случае, когда нужно запустить генератор развертки опережающим сигналом по отношению к исследуемому.
На рисунке 4. 11, б показаны временные диаграммы напряжений, поясняющие режим внешней синхронизации, при исследовании сигнала. Внешние сигналы положительной полярности, преобразованные в остроконечные импульсы, запускают генератор развертки с частотой, синхронизированной с частотой исследуемого сигнала. Время задержки исследуемого сигнала относительно запуска генератора развертки может регулироваться в необходимых пределах.
Рисунок 4. 12 – Изображение исследуемого сигнала при MР=1; MР=0, 2
Выходной усилитель ГО предназначен для преобразования пилообразного напряжения генератора развертки в два противофазных сигнала и усиления их до значения, достаточного для отклонения луча по горизонтали на весь экран. Полоса частот усилителя ГО значительно уже полосы частот усилителя ВО, а коэффициент отклонения примерно в 100 раз больше минимального коэффициента отклонения.
|
|
|
В ряде осциллографов предусматривают схему с изменяющимся скачкообразно (например, в пять раз) коэффициентом усиления усилителя ГО, что позволяет соответственно увеличить напряжения развертки в раз и растянуть изображение, тем самым изменить временной масштаб ( - множитель развертки). Новое значение калиброванной длительности развертки . На рис. 4. 12 показано построение изображения исследуемого сигнала на экране осциллографа при двух значениях . Усилитель ГО имеет возможность усиливать сигнал непосредственно от внешнего источника (при выключенном генераторе развертки).
4. 3 Классификация электронных осциллографов
По назначению и принципу действия осциллографы могут быть общего назначения, универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие, специальные.
По числу одновременно наблюдаемых сигналов осциллографы делятся на одно-, двух- и многоканальные.
Моноблочные осциллографы, общего назначения имеют наибольшее распространение и применяются для исследования низкочастотных процессов, импульсных сигналов, поверки радиоэлектронной аппаратуры. Полоса пропускания у этих осциллографов - от постоянного тока до 100 МГц, диапазон амплитуд исследуемых сигналов - от единиц милливольт до сотен вольт.
Универсальные осциллографы отличаются многофункциональностью, достигаемой за счет применения сменных блоков, и предназначены для исследования гармонических и импульсных сигналов. Полоса пропускания у универсальных осциллографов от постоянного тока до сотен мегагерц, диапазон амплитуд исследуемых сигналов - от десятков микровольт до сотен вольт.
Скоростные осциллографы предназначены длянаблюдения и регистрации однократных и повторяющихся импульсных сигналов и периодических колебаний в полосе частот порядка единиц гигагерц. У скоростных осциллографов отсутствует усилитель в канале вертикального отклонения. Исследуемый сигнал подается непосредственно на сигнальную отклоняющую систему ЭЛТ, построенную по принципу бегущей волны, которая исключает влияние времени пролета электронов через пространство отклоняющих пластин, за счет чего увеличивается широкополосность. Сигнальный вход скоростного осциллографа коаксиальный с волновым сопротивлением 50-100 Ом. В этих осциллографах применяются ЭЛТ с волоконно-оптическими экранами, а также квадрупольная фокусировка системой магнитных линз, позволяющая увеличить скорость записи при фоторегистрации за счет лучшей фокусировки.
|
|
|
Стробоскопические осциллографы - предназначены для регистрации повторяющихся сигналов в широкой полосечастот - от постоянного тока до нескольких гигагерц. Амплитудный диапазон исследуемых сигналов - от единиц милливольт до единиц вольт при одновременной регистрации до двух сигналов. Измерения осуществляются в трансформированном масштабе времени.
Запоминающие осциллографы предназначены для регистрации однократных и редко повторяющихся сигналов. Эти осциллографы имеют ЭЛТ с запоминанием. Полоса пропускания их - до 100 МГц при скорости записи до 4000 км/с, при уровнях сигналов десятки милливольт - сотни вольт - при одновременной регистрации не более двух сигналов.
Специальные осциллографы предназначены для исследования телевизионных сигналов, имеютсчетно-фазирующее устройство и позволяют исследовать любую часть телевизионного сигнала с высокой временной стабильностью.
Выбор типа осциллографа производится в зависимости от его назначения и измерительных возможностей (предела измерений времени, частоты следования, амплитуды и длительности сигналов, наличия открытого входа, степени точности воспроизведения и погрешности измерения амплитудных и временных параметров сигнала, числа одновременно регистрируемых сигналов, возможности запоминания сигналов и т. д. ). Наличие в электронных (осциллографах преобразователей аналоговых сигналов в цифровую форму и возможность выдачи результатов измерения на цифровое табло сокращают время измерения и упрощают работу с осциллографом.
|
|
|
Современные ЭЛТ могут воспроизводить сигналы без искажений с частотой до сотен и тысяч мегагерц, поэтому полоса пропускания осциллографа определяется в основном частотной характеристикой усилителя ВО. Неправильный выбор амплитудно-частотной характеристики усилителя ВО, а следовательно, и осциллографа приводит к искажениям при исследовании импульсных и несинусоидальных сигналов. Наибольшая полоса пропускания необходима при исследовании быстрых импульсных сигналов, поскольку она должна обеспечить прохождение большинства гармонических составляющих спектра импульса.
Полоса пропускания электронного осциллографа связана с временем нарастания переходной характеристики канала вертикального отклонения tв(нс) следующим соотношением: fв = 350/tв, где fв - верхняя граничная частота (МГц) полосы пропускания.
Если нужно воспроизвести без искажений фронт tф (нс) прямоугольного импульса длительностью tи, то необходимо, чтобы fв > 350/tи, где tф = 0, 1 tи.
Если нужно воспроизвести без искажений амплитуду прямоугольного импульса длительностью tи(нс), а неискаженное воспроизведение фронтов не требуется, то достаточно, чтобы fв > > 700/ tи.
Нижняя граничная частота fн(Гц) полосы пропускания, определяющая неравномерность вершины импульса Uм(В) относительно амплитуды
Uм (В), равна fн < Uм/ (Uм2 tи).
При любых измерениях необходимо учитывать влияние входной цепи (сопротивления 1 МОм шунтированной емкостью 40-50 пФ, а с учетом соединительного кабеля100 пФ) осциллографа на источник исследуемого сигнала. Поэтому при исследовании прямоугольных импульсов с крутыми фронтами выбирают осциллограф с малой входной емкостью, т. е. с более широкой полосой пропускания (большая емкость увеличивает длительность фронта из-за длительного времени заряда конденсатора), ждущую развертку.
При исследовании одиночных, импульсных сигналов большой скважности, а также при тщательном исследовании отдельных участков несинусоидальных сигналов применяют ждущую развертку с внутренней или внешней синхронизацией. При работе в ждущем режиме длительность развертки должна быть согласована с частотой повторения исследуемых сигналов. Для исследования сигналов периодических синусоидальных, импульсных малой скважности применяют автоколебательную развертку.
|
|
|
Электронные осциллографы применяют для измерения: амплитуды и мгновенных значений электрического сигнала (напряжения, тока); временных параметров сигнала (длительности фронта, среза, частоты следования, скважности, задержки); частоты гармонического сигнала (методами линейной и круговой развертки, методами фигур Лиссажу); сдвига фаз между двумя сигналами; мощности (импульсного, среднего значений); полного сопротивления и отдельных составляющих; амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников; коэффициента амплитудной модуляции, равного отношению разности максимального и минимального значений модулированного сигнала к их сумме; характеристик электронных ламп, транзисторов, диодов, интегральных схем; характеристик магнитных материалов и др.
|
|
|
