4.5 Универсальные электронные осциллографы

Универсальные осциллографы - многофункциональные приборы, содержащие сменные блоки в каналах вертикального и горизонтального отклонений и предназначенные для исследования периодических и однократных импульсных сигналов от 10 мкВ до 500 В в полосе частот от постоянного тока до 3, 5 ГГц визуальным наблюдением и фотографированием. К сменным блокам универсального осциллографа относят: усилители, дифференциальный, двухканальный, высокочувствительный, стробоскопический; блоки развертки сдвоенной, стробоскопической, логарифмирующий.

Характеристики осциллографа находятся в зависимости от используемых сменных блоков. Исследуемый сигнал подается на входную цепь канала вертикального отклонения (см. рис. 4. 1). Затем он поступает на предварительный усилитель для усиления и преобразования фазы. В зависимости от типа сменного блока в составе предварительного усилителя может находиться двухканальный усилитель (коммутатор), стробоскопический усилитель (смеситель-модулятор), логарифмирующий блок (логарифмирующее устройство) или другое функциональное устройство, выполняющее основную функцию предварительного усиления и обработки сигнала. Далее сигнал, преобразованный в парафазный, поступает на линию задержки для компенсации времени срабатывания (запаздывания) канала горизонтального отклонения. Линия задержки выполняет свои функции при работе с блоками, функционирующими в реальном масштабе времени. С нее сигнал поступает на выходной усилитель, возбуждающий сигнальные пластины ЭЛТ.

В режиме внутренней синхронизации из канала вертикального отклонения снимается часть исследуемого сигнала и поступает в схему запуска. Запускающий сигнал подается на генератор развертки, который формирует пилообразное линейное напряжение или ступенчатое (стробоскопический блок) напряжение для отклонения луча ЭЛТ пропорционально времени. Генератор развёртки содержит регулировки режимов и длительности.

Выходные сигналы генератора развертки (пилообразное напряжение и импульс подсвета) поступают на выходной усилитель развертки и модулятор ЭЛТ для Отпирания электронного луча во время прямого хода развертки. Усилитель развертки преобразует фазу, усиливает пилообразное напряжение до значения, необходимого для получения требуемого временного масштаба изображения на экране.

Для повышения точности измерений в состав осциллографа входят калибраторы амплитуд и времени, предназначенные для калибровки коэффициентов отклонения канала вертикального отклонения и длительности (коэффициентов) развертки канала горизонтального отклонения. Измерение амплитудных и временных параметров может осуществляться разными методами. Наличие в осциллографе калибратора с плавной регулировкой выходного напряжения позволяет реализовать следующие методы измерений амплитудных параметров исследуемого сигнала: калиброванной шкалы; сравнения; компенсации. Два последних метода не реализуются со стробоскопическими блоками.

Наличие сменного блока с 2-мя развертками и входа Z дает возможность реализовать следующие методы измерения временных параметров исследуемого сигнала: калиброванной шкалы; измерения с помощью калиброванных меток; измерения с помощью задержанной развертки.

Метод измерения амплитуд и временных интервалов по калиброванной шкале основан на измерении линейных размеров изображения. Непосредственно по шкале экрана ЭЛТ.

Измеряемая амплитуда напряжения

                                                              (4. 3)

где h- число делений по вертикали;   - значение коэффициента отклонения по вертикали при максимальном усилении (ручка усиления находится в крайнем правом положении).

Измеряемый временной интервал

                                           (4. 4)

где l - число делений по горизонтали; - длительность развертки; - множитель развертки.

Метод измерения по калиброванной шкале - основной.

Измерение амплитуд методом сравнения основано на замещении значения измеряемой части сигнала калибрационным напряжением. Отсчет измеряемого значения производится по показателям шкал регулировок калибрационного напряжения. Измерение амплитуд методом сравнения более трудоемко по сравнению с методом измерения по калиброванной шкале, но обеспечивает большую точность. Данный метод рекомендуется для измерения малых значении изображений сигнала (1-2 деления).

Измерение амплитуд методом компенсации основано на компенсации исследуемого сигнала опорным (калибрационным) напряжением в дифференциальном усилителе. ЭЛТ является нуль-индикатором, по которому устанавливается порог совмещения (компенсации сигнала). Метод обеспечивает высокую точность.

Измерения временных интервалов с помощью задержанной развертки основаны на смещении изображения вдоль линии развертки относительно выбранной неподвижной точки (линии) шкалы. Отсчет производится по показаниям переключателя коэффициента задерживающей развертки и регулировки ручкой Задержка.

Усилитель дифференциальный.    Он предназначен для предварительного усиления исследуемых сигналов. На два входа дифференциального усилителя поступают сигналы с различной амплитудой, а на выходе получают один сигнал, пропорциональный разности этих амплитуд.