Опубликовано

Генератор развертки для осциллографа

Генератор развертки для электроннолучевого осциллографа

-09 1 о ретвенный ноет СССР 3) Приорите ао делан нзобретаннн н аткрытнй.3 (088,8)51 11 79 летен публиковано ия 05.12.; а опубликов я опи) Заявятел 54) ГЕНЕРАТОР РАЗВЕРТКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФАИзобретение относится к технике измерений и может быть использовано, например, в автоматизированных электронно-лучевых осциллографах.Известен генератор развертки для элект. ронно-лучевого осциллографа, содержащий блок синхронизации, состоящии из порогового элемента, вход которого соединен с усилителем вертикального отклонения осциллографа, формирователя импульсов и мультивибратора, выходы которых подключены к входам блока управления разверткой, гене ратор пилообразного напряжения с блокировкой, один вход которого соединен с выходом блока управления разверткой, другие входы подключены к соответствующим выходам пересчетного устройства, другие выходы которого соединены с входами блока индикации, а выходы которого подключены к. блоку ручного управления и выходу мультивибратора, причем один выход генератора пилообразного напряжения подключен к третьему входу блока управления разверткой, а 20 его второй выход соединен с отклоняющими пластинами электроннолучевой трубки осциллографа и входом генератора контрольных импульсов, выходы которого соединены с первыми входами логических элементов И 11.Однако в известном генераторе переключение скорости осуществляется во время прямого хода развертки, что может привести к сбоям и нестабильности работы генератора.Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и стабильности развертки.Для этого в генератор развертки для электроннолучевого осциллографа, содержащий блок синхронизации, состоящий из порогового элемента, вход которого соединен с усилителем вертикального отклонения осциллографа, формирователя импульсов и мультивибратора, выходы которых подключены к входам блока управления разверткой, генератор пилообразного напряжения с блокировкой, один вход которого соединен с выходом блока управления разверткой, другие входы подключены к соответствующим выходам пересчетного устройства, другие выходы которого соединены с входами блока индикации, а входы которого подключены к блоку ручного управления2,г и ВыхОДу мультиВибратора, причсм ОДин выход генератора пилообразного напряжения подключен к третьму входу блока управления разверткой, а его Второй выход соединен с отклоняющими пластинами электронно-лччевой трубки осциллографа и входом генератора контрольных импульсов, выходы которого соединены с первыми входами логических элементов И, введены инвертор, двухпозиционнь 1 й перекл;Очаг. ль, триггер и дВВ элемента Г 1 амяти, прнце 11 двухпозиционный переключатель соединен с соответствующим выходом порогового элемента блока синхронизации непосредственно и через инвертор, общий контакт двухпозиционного переключателя соединен с одним входом триггера, второй вход которого соединен с выходом блока управления разверткой и первыми входами элементов памя- ТИ ВТОПЫЕ ВХОДЫ К 010 рЫХ Г 1 ОДКЛОЧЕНЬ К )ЗТО рому выходу генератора пилообразного напряжения, а третьи Входы которых соединены с ВыходЯми логических элементоВ И, Вторые входы которых поключены к выходу триггера, при этом выходы элементов памятиОе динены с дополнительными входами пере- счетного устройства.На чертеже представлена функциональная схема предложенного генератора. ГенератОр соде 1 зжит блок 1 синхронизации, состоящий из порогового элемента 2, вход которого соединен с усилител 1 с 3 вертикального отклонения осциллографа, формирователя 4 импульсов и мультивибратора 5, Вь 1 ходы которых подкл очены к входам блока 6 управления разверткой, генератор 7 пилообразного напряжения с блокировкой, один вход которого соединен с выходом блока 6 управления разверткой, другие входы подключены к соответствующим выходам чересчетного устройства Здругие выходы которого соединены с входами блока 9 индикации, а входы которого подил очены. к блоку 10 ручного управлейия и выходу мультивибратора 5, причем один выход генератора 7 пилообразного напряжения подключен к третьему входу блока 6 управления разверткой, а его второй выход соединен с отклоняющими пластинами электроннолучевой трубки 11 и входом генератора 12 контрольных импульсов, выходы которого соединены с первыми входами логических элементов И 13 и 14 инвертор 15, двухпозиционный переключатель 16, триггер 17 и два элемента 18 и 19 памяти, причем двух- позиционный переключатель 16 соединен с соответствующим выходом порогового элемента 2 блока 1 синхронизации непосред ственно и через инвертор 15, общий контакт двухпозиционного переключателя 16 соединен с одним входом триггера 17, второй вход которого соединен с выходом блока 6 управления разверткой и первыми входами элементов 18 и 19 памяти, вторые входы котооых подключены к втооому Выход. генератора 7 пилообразного напряжения, а третьи входы которых соединены с выходами логических элементов И 13 и 14, вторые входы которых подключены к выходу триггера 17,;1 ри этом выходы элементов 18 и Р 9 памяти соединены с дополнительными входами пересчетного устройства 8. Г: ератор работает следующим образом.На усилитель 3 ерилного Отлоения поступает входной сигнал 20, усиленный сигнал 21 с выхода усилителя подается на электронно-лучевую трубку 11. Кроме того, входной сигнал, доведенный до стандартной амплитуды 22, подается на блок 1 синхронизации.Бь 1 ход блока 1 представлен тремя сигна- «а МИ » аГ 1 У»Д 1 ОЩИ И,1 П ЛЬса и;» 1 1 1 С- щими стандартную длительность и амплитуду и Выработгннь 1 ми формирователем 4 имп; с в пр 1 чем ннтенвал 1 ежду импуз .1 и равен г.:риоду входного сигнала 20., а по Времени каждый из них соответстВует Выбранному участку алного периода Входного сигнала; импульсами 24 порогового элемента 2, име 1 оц 1 ими стандартную амплитуду, период следования которых раьен периоду входного сигнала 20; а длительность импульсов зависит от выбранного участка на сигнале 20 и соответствует моментам срабатывания порогового элемента 2, при этом, если входной сигнал 20 представляет собой последовательность импульсов, то моменты срабатывания порогового элемента совпадают с передним и задним фронтами входноо импульса; потенциальным сигналом 25, который появляется при отсутствии входного сигнала 20 с выхода мультивибратора 5,За:. ускающие импульсы 23 подаются на блок 6 угравления разверткой с раздельным запуском и устанавливают его в рабочее состояние. При этом на выходе блока 6 управления разверткой появляется импульс 26 управля 1 ощего напряжения. Возвращение блока 6 управления разверткой в исходное состояние осуществляется импульсом 27 блокировки, причем до тех пор, пока действует импульс блокировки, повторный запуск блока 6 управления развей.кой невозможен, Импульс 26 управляющего напряжения осуществляет запуск генератора 7:1 И лообразного напряжения с блокировкой, а передний фронт этого импульса устанавливает в единичное состояние триггер 17 и подается на элементы 18 и 19 памяти.Генератор 7 пилообразного напряжения с блокировкой содержит времязадающие элементы, определяющие скорость нарастания пилообразного напряжения развертки 28 и длительность импульсов 27 блокировки, Переключение врем язадающих элементов осуществляется по командам, поступающим из пересчетного устройства 8. Когда пилооб 700924разное напряжение достигнет заданного амплитудного. значения, срабатывает схема блокировки и выдает импульс 27 блокировки.Длительность этого импульса определяется в зависимости от Времени, необходимого для полного восстановления генератопа 7 и дообразного напряжения.Для сравнеиия длитьнсс; 1 пря,лсгс хс да развертки 28 с периодом исследуемого сигс;,.контрольных импульсов к 3 Г.Строб-сигнал 29 формируется триггером 17 с раздельным запуском. Схема триггет ачпостроена так, что установка его как в единичное, так и в нулевое состояние производится отрицательным перепадом сигнала.В заВисимости От ус. ансвкк пс рекл 10 чателя 16 строб-сигнал 29 формиоуется двм спссобамк. Сли Г 1 ерекл 10 чатель установлен В положен.:.= ,.-Окод., то на вход тригге-а 17 поступают импу;1 ьсы 21, Отш,цательный перегад которых СО.»,падаГ с запускающимиимпульсами 23. За счет некоторой задержкимежду Отрицательным перепадом импульсоВ 24 и аналогичным Г,ре.адом импульса 20 упраВляющего на 1 пяРня тви гер Г;еред началом рабочего хода сбрасывается в нулевое состояние, затем передним фронтом кмпульса 26 управляющего напряжения — в25 единичное состояние и следующим отрицательным Г 1 срепадом я 11 пульса 24 — Б илевое состояние.В таком режиме на выходе триггера 17 за каждый рабочий ход пилообразного напря- зВ жения формируется один импульс строб-сигнала 29, передний фронт которого совпадает с началом прямого хода развертки 28, а длительность равна периоду входного сигнала 20.Когда переключатель 16 установлен в положение Длительность, то на вход триг,гера 17 поступают проинвертированные импульсы 30. В этом режиме моменты срабатывания порогового элемента 2 совпадают с фронтами импульса. При этом установка триггера в единичное состояние осуществляется передним фронтом импульса 26 управляющего напряжения, а установка в нулевое состояние — отрицательным перепадом импульса 30.В таком режиме на выходе триггера 17 ф 5 за каждый рабочий ход пилообразно 10 напряжения развертки 28 формируется одинимпульс строб-сигнала 29, передний фронт которого совпадает с началом прямого хода развертки, а длительность равна длительности входного импульса 20. Генератор 12 контрольных импульсов за каждый цикл развертки формирует по одному контрольному импульсу 30 и 31 с различной задержкой относительно начала пилообразного напряжения развертки 28.Ввиду того, что пилообразное напряжение развертки 28 имеет линейную зависимост а 1 плпт,дь:. о Времени, то установив разный Грог 1 ь спабагывания по амплитуде, можно по 1, .1 Гь разную задержку начала контрольнь.; и 1 пудьс 05 30 и 31, ГропорциоГ 1 альпу 10 опр.де,»1 ой части длительности Г 1,ОООГ)азпсг, па.-.ппжРия разве 1)тки 28.СравГР 11 е : — .:;-:.Ос ппямого хода развертки «, пе:;100. исследуемого сигнала 20 НГ 1 и д:.Г:льп 1 сстью исследуемого 1 пльса асцгс:ьг 1 РТСН логическими эле;3.: кадья;,:.Нл,: Вс 01 кк на логичес,;» элем;.:Г 1.-:,Ст .о одною строб- сигналу 29 и о 110;у контрольному импульсу 30 и 31. Если,11 тельнссть строб-сигнала 29 бо;1 ь 111 Р за 1,х;.и контпольногс импульса 30, ТО н: эь;.Одг логического элемента И 13 по;1 плпется ч:,;ул 1 с 31 Если длительность стсоб-с, н.-.л 9 больше задерж.- «РГ 10 гн 1 РСОг:. Р.е.1 ТР. 1 110 ИБляется им пульс 32. 1:,111:. 1 3;»,;., Носупают на элеме 1 зты 18 и .9 а,;яти, которые включень так, что 0,1 ере нс 11 у фронту импульса 26а «, э.:. -с н.»,яженп,: элемент 18 памяти стана,:»,. . Ся ед, нкчное состояние, а элех 1 ент 9 памяти — в нулевое.Импульс 31 с выхода логического элемента И3 уст: л;а 1 т элемент 18 памяти В нулРВОР сс. Оя 11 Р. 1111 пльс 32 с Выхода ЛО 1;чес.»,о. о ;:с;:-.: .1 ; . устанавливает элемент 19 пРмятк г ед 1 ничное состояние.Опрос обоих элементов 18 и 19 памяти осуществляется по окончании прямого хода развертки импульсом 27 блокировки.В зависимости от соотношения между длительностью строб-сигнала 29 и величиной задержкч контоольных импульсов 30 и 31 относительно начала прямого хода развертки возможны три случая.Если строб-сигнал 29 короче задержки обоих кон-.рольных импульсов 30 и 31, то в момент опроса на выходе элемента 18 памяти буд т единичный сигнал, а на выходе элемента 19 памяти — нулевой. Если строб-сигнал 29 больше задержки контрольного импульса 30, но меньше задержки контрольного 11 мпульск 31, то в момент опроса на выходе обоих элементов 18 и 19 памяти будет нулевой сигнал.Если строб-сигнал 29 больше задержки обоих контрольных импульсов 30 и 31, то в момент опроса на выходе элемента 18 памяти будет нулевой сигнал, а на выходе элемента 19 памяти — единичный.Командные импульсы 33 и 34 с выхода элементов 18 и 19 памяти поступают на пересчетное устройство 8, построенное по схеме реверсивного счетчика с дешифратором. При поступлении командного импульса 33 числО, записанное В псресчетном устройстВе 8, уменьшается на единицу, а если поступает командный импульс 34, то число, записанное700924 7в пересчетном устройстве 8, увеличивается на единицу, прИчем за один цикл развертки на пересчетное устройство может поступить только один командный импульс 33 или 34. Пересчетное устройство 8 через свой дешифратор воздействует на ключи времязадаю. щих элементов генератора 7 пилообразного напряжения с блокировкой. Времязадающие элементы переключаются так, что при увеличении числа, записанного в пересчетном устройстве 8, скорость развертки 28 увеличивается, а при уменьшении числа, записанного в пересчетном устройстве 8, уменьшается, причем цикл переключения полностью оканчивается за время обратного хода развертки 28. Одновременно с выдачей командных сигналов на управление времязадающими элементами пересчетное устройство 8 передает код включенного коэффициента развертки на блок 9 индикации, который обеспечивает вывод информации к оператору в цифровой форме. При отсутствии входного сигнала либо при входном сигнале, представляющем собой уровень постоянного напряжения, мульти- вибратор 5 блока 1 синхронизации выдает потенциальный сигнал 25, который воздействует на пересчетное устройство 8 так, что в нем записывается число, соответствующее, например, коэффициенту развертки 100 нкм. Одновременно блок 6 управления разверткой переводится в режим запуска, обеспечивая автоколебательный режим работы генератора 6 пилообразного напряжения с блокировкой. При этом на экране электронно-лучевой трубки 11 наблюдается линия развертки. 35 Ручное управление генератором при необходимости может осуществляться с помощью блока 10 ручного управления, При этом команда ручного управления блоки 46 рует командные импульсы 33 и 34, а управление ведется через пересчетное устройство 8 с помощью командных импульсов ручного управления. Блок 9 индикации в этом случае работает так же, как и в автоматическом режиме, обеспечивая вывод информа з ции к оператору в цифровой форме.Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить помехоустойчивостьи стабильность развертки.Формула изобретенияГенератор развертки для электроннолучевого осциллографа, содержащий блоксинхронизации, состоящий из пороговогоэлемента, вход которого соединен с усилителем вертикального отклонения осциллографа, формирователя импульсов и мультивиб:ратора, выходы которых подключены к входам блока управления разверткой, генератор пилообразного напряжения с блокировкой, один вход которого соединен с выходомблока управленя разверткой, другие входыподключены к соответствующим выходам пересчетного устройства, другие выходы которого соединены с входами блока индикации,а входы которого подключены к блоку ручного управления и выходу мультивибратора,причем один выход генератора пилообразного напряжения подключен к третьему входублока управления разверткой, а его второйвыход соединен с отклоняющими пластинамиэлектронно-лучевой трубки осциллографаи входом генератора контрольных импульсоввыходы которого соединены с первыми входами логических элементов И, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и стабильности развертки, в неговведен инвертор, двухпозиционный переключатель, триггер и два элемента памяти, причем двухпозиционный переключатель соединен с соответствующим выходом порогового элемента блока синхронизации непосредственно и через инвертор, общий контакт двухпозиционного переключателя соединен с одним входом триггера, второй вход которого соединен с выходом блока управления разверткой и первыми входами элементов памяти, вторые входы которых подключены к второму выходу генератора пилообразного напряжения, а третьи входы которых соединеныс выходами логических элементов И, вторыевходы которых подключены к выходу триггера, при этом выходы элементов памятисоединены с дополнительными входами пересчетного устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Мо 3439282,.кл:,28 — 185,02.03.68, 700924Составитель И. Разннова Редактор Я. Суханова Техред О. Луговая Корректор Ю, Макаренко Заказ 7394/40 Тираж 1060 Подписное ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж — 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4

Смотреть

Генератор развёртки для осциллографа

Радио 1988, 06

В некоторых конструкциях самодельных осциллографов (а порой м в промышленных образцах) при изменении уровня исследуемого сигнала и его частоты в больших пределах нарушается синхронизация, а при его отсутствии (в ждущем режиме) не запускается развёртка. При эксплуатации таких осциллографов часто приходится пользоваться ручкой «УРОВЕНЬ СИНХРОНИЗАЦИИ», что, конечно, неудобно.

От указанных недостатков свободен предлагаемый генератор развёртки. Он обеспечивает время формирования линейно-нарастающего напряжения (ЛНН) от 1 мкс до 100 мс. Амплитуда сигналов синхронизации может изменяться в пределах от 50 мВ до 5 В, а их частота — в диапазоне до 20 МГц. При отсутствии исследуемого сигнала генератор автоматически переключается в автоколебательный режим. Генератор может работать и в чисто ждущем режиме.

Схема генератора приведена на рисунке. ЛНН формируется на конденсаторах С1 и С2 Высокая линейность обеспечена тем, что конденсаторы заряжаются от генератора тока, выполненного на транзисторе VT1, который запитывается от стабилизированных источников.

Величина тока через транзистор VT1 определяется сопротивлением одного из резисторов Rl-R3 а цепи его эмиттера (выбирают переключателем SA1).

Период ЛНН (в секундах) можно рассчитать по формуле:

T=CUm/fк,

где С — ёмкость конденсаторов C1+C2, Ф;
Um — амплитуда ЛНН, В;
fк — ток коллектора VT1, А;

В данной конструкции генератора период развёртки устанавливается дискретно переключателями SA1 и SB1.1 (он изменяет ёмкость времязадающего конденсатора). Переключателем SA1 период развёртки изменяется в 10 и 100 раз, a SB1 — в 1000 раз (при каждом из положений переключателя SA1). Таким образом, набор из трёх резисторов (R1-R3) и двух конденсаторов (С1-С2) позволяет иметь шесть значений периода развёртки. Их число и дискретизацию можно изменять соответствующим выбором элементов.

ЛНН через буферный каскад (VT2, VT4) подаётся на одновибратор, выполненный на элементах VT5, DD1.1. Порог срабатывания одновибратора и, следовательно, амплитуда ЛНН зависят от делителя R7R8. Для указанных на схеме сопротивлений резисторов R7 и R8 амплитуда ЛНН равна примерно 3,5 В. По окончании формирования ЛНН одновибратор вырабатывает импульс, который подаётся не транзисторы VT3, VT6. Транзистор VT3 открывается и разряжает конденсаторы С1 и С2 почти до нуля, а транзистор VT6 формирует импульс гашения обратного хода луча. Амплитуда этого импульса около 15 В. Если потребуется большая амплитуда, то необходимо увеличить напряжение питания каскада и выбрать соответствующий тип транзистора. По окончании действия импульса одновибратора процесс повторяется.

При наличии на входе осциллографа исследуемого сигнала он поступает на триггер Шмитта, выполненного на элементах DD1.3, DD1.4 и транзисторе VT7. Триггер Шмитта формирует импульсы с крутыми фронтами Эти импульсы выпрямляются диодами VD2, VD4 и заряжают конденсатор С9. Напряжение на конденсаторе С9 открывает транзистор VT8, и на вход 10 элемента DD1.2 подаётся уровень напряжения логической единицы. Элементы DD1.1 и DD1.2 составляют RS-триггер. По окончанию действия импульса одновибратора RS — триггер остаётся в таком состоянии, при котором транзистор VT3 остаётся открытым. При этом невозможен заряд конденсатора С2. Из этого состояния RS-триггер выводит продифференцированный импульс триггера Шмитта, после чего вновь начинается заряд конденсатора С2. Роль дифференцирующей цепочки выполняют элементы С7, R16.

В автоколебательном режиме (когда сигнал на входе синхроимпульсов отсутствует) конденсатор С9 разряжен и транзистор VT8 закрыт. Уровень логического нуля на входе 10 элементе DD1.2 и логической единицы на его выходе на работу генератора ЛНН не влияют.

Для перевода генератора в ждущий режим на дополнительный вход устройстве необходимо подать напряжение +4 В.

Транзистор VT1 необходимо отобрать с минимальным значением обратного тока коллектора. Конденсаторы С1 и С2 должны быть плёночными или металлоплёночными, C5 — типа K15-5-H70-1.6 кВ — 4700 пФ, С9 — К50-6. Остальные конденсаторы типа КМ-5 или КМ-6. Переключатель SA1 может быть галетный или кнопочный с необходимым количеством положений, SB1 — типа П2К.

Налаживание генератора сводится к подбору резисторов R1-R3 по требуемому масштабу развёртки в каждом положении переключателя SA1. Конденсатор С2 подбирают так, чтобы масштаб развёртки изменялся в тысячу раз при включении переключателя SB1 (мкс — мс). Для более точного подбора С2 можно составить из двух конденсаторов.

В. ГРЕШНОВ, г. Ульяновск

Классификация

По логике работы и назначению осциллографы можно разделить на три группы:

  • реального времени (аналоговый)
  • запоминающий осциллограф (storage oscilloscope)
    • аналоговый (например, с запоминающим устройством на ЭЛТ)
    • цифровой (DSO — digital storage oscilloscope)
  • стробирующий осциллограф (sampling oscilloscope)

Осциллографы с непрерывной развёрткой для регистрации кривой на фотоленте (шлейфовый осциллограф).

По количеству лучей: однолучевые, двулучевые и т. д. Количество лучей может достигать 16 и более (n-лучевой осциллограф имеет n сигнальных входов и может одновременно отображать на экране n графиков входных сигналов).

Осциллографы с периодической развёрткой делятся на: универсальные (обычные), скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные; цифровые осциллографы могут сочетать возможность использования разных функций.

Также существуют осциллографы, совмещенные с другими измерительными приборами (напр. мультиметром). Такие приборы называются скопметрами.

Осциллограф также может существовать не только в качестве автономного прибора, но и в виде приставки к компьютеру: в виде карты расширения, или подключаемой через какой-либо внешний порт.

Устройство

Осциллограф с дисплеем на базе ЭЛТ состоит из следующих основных частей:

  • Осциллографическая электронно-лучевая трубка;
  • Блок горизонтальной развёртки. Генерирует периодический или однократный сигнал пилообразной формы (линейно нарастающий и быстро спадающий), который подаётся на пластины горизонтального отклонения ЭЛТ. Во время спадающей фазы (обратный ход луча) также формируется импульс гашения электронного луча, который подаётся на модулятор ЭЛТ;
  • Входной усилитель исследуемого сигнала, выход которого подключён к пластинам вертикального отклонения ЭЛТ.

Также содержатся вспомогательные блоки: блок управления яркости, калибратор длительности, калибратор амплитуды.

В цифровых осциллографах чаще всего используются ЖК-дисплеи.

Экран

Осциллографическая электронно-лучевая трубка Схема электронно-лучевой трубки осциллографа: 1 — отклоняющие пластины, 2 — электронная пушка, 3 — пучок электронов, 4 — фокусирующие катушки, 5 — экран

Осциллограф имеет экран A, на котором отображаются графики входных сигналов. У цифровых осциллографов изображение выводится на дисплей (монохромный или цветной) в виде готовой картинки, у аналоговых осциллографов в качестве экрана используется осциллографическая электронно-лучевая трубка с электростатическим отклонением. На экран обычно нанесена разметка в виде координатной сетки.

Сигнальные входы

Осциллографы разделяются на одноканальные и многоканальные (2, 4, 6, и т. д. каналов на входе). Многоканальные осциллографы позволяют одновременно наблюдать на экране несколько сигналов, измерять их параметры и сравнивать их между собой.

Входной сигнал каждого канала подаётся на свой вход «Y» и усиливается своим усилителем вертикального отклонения до уровня, необходимого для работы отклоняющей системы ЭЛТ (десятки вольт) или аналого-цифрового преобразователя. Усилитель вертикального отклонения всегда строится по схеме усилителя постоянного тока (УПТ), то есть имеет нижнюю рабочую частоту 0 Гц. Это позволяет измерять постоянную составляющую сигнала, правильно отображать несимметричные сигналы относительно нулевой линии, измерять постоянное напряжение. Такой режим работы называется — режим с открытым входом.

Однако, если необходимо отсечь постоянную составляющую (например, она слишком велика и уводит луч за границы экрана), усилитель можно переключить в режим с закрытым входом (входной сигнал подаётся на УПТ через разделительный конденсатор).

Управление развёрткой

В большинстве осциллографов используются два основных режима развёртки:

  • автоматический (автоколебательный);
  • ждущий.

В некоторых моделях предусмотрен ещё один режим:

  • однократный.

Автоматическая развёртка

При автоматической развёртке генератор развёртки работает в автоколебательном режиме, поэтому, даже в отсутствие сигнала, по окончании цикла развёртки — цикла генератора пилообразного напряжения развёртки происходит её очередной запуск, это позволяет наблюдать на экране изображение даже в отсутствии сигнала или при подаче на вход вертикального отклонения постоянного напряжения. В этом режиме у многих моделей осциллографов выполнен захват частоты генератора развёртки исследуемым сигналом, при этом частота генератора развёртки в целое число раз ниже частоты исследуемого сигнала.

Ждущий режим развёртки

В ждущем режиме развёртки напротив, при отсутствии сигнала или его недостаточном уровне (либо при неверно настроенном режиме синхронизации) развёртка отсутствует и экран гаснет. Развёртка запускается при достижении сигналом некоторого настроенного оператором уровня, причем можно настроить запуск развёртки как по нарастающему фронту сигнала, так и по падающему. При исследовании импульсных процессов, даже если они непериодические (например, непериодическое, достаточно редкое ударное возбуждение колебательного контура) ждущий режим обеспечивает зрительную неподвижность изображения на экране.

В ждущем режиме развёртку часто запускают не по самому исследуемому сигналу, а некоторым синхронным, обычно опережающим сам исследуемый процесс сигналом, например, сигналом импульсного генератора, возбуждающего процесс в исследуемой схеме. В этом случае, запускающий сигнал подаётся на вспомогательный вход осциллографа — вход запуска развёртки — вход синхронизации.

Однократный запуск

При однократном режиме генератор развёртки «взводится» внешним воздействием, например, нажатием кнопки и далее ожидает запуска точно также, как и в ждущем режиме. После запуска развёртка производится только один раз, для повторного запуска генератор развёртки необходимо «взвести» снова. Этот режим удобен для исследования непериодических процессов, таких как логические сигналы в цифровых схемах, чтобы последующие запуски развёртки по фронтам сигнала не «замусоривали» экран.

Недостаток такого режима развёртки — светящееся пятно по экрану пробегает однократно. Это затрудняет наблюдение при быстрых развёртках, так как яркость изображения в этом случае мала. Обычно в этих случаях применяют фотографирование экрана. Необходимость фотографирования на фотоплёнку ранее устраняли применением осциллографических трубок с запоминанием изображения, в современных цифровых осциллографах запоминание процесса производится в цифровом виде в цифровой памяти (ОЗУ) осциллографа.

Синхронизация развёртки с исследуемым сигналом

Для получения неподвижного изображения на экране каждые последующие траектории движения луча по экрану в циклах развёртки должны пробегать по одной и той же кривой. Это обеспечивает схема синхронизации развёртки, запускающая развёртку на одном и том же уровне и фронте исследуемого сигнала.

Пример. Допустим, исследуется синусоидальный сигнал и схема синхронизации настроена так, чтобы запускать развёртку при нарастании синусоиды, когда её значение равно нулю. После запуска луч отрисовывает одну или несколько, в зависимости от настроенной скорости развёртки, волн синусоиды. После окончания развёртки схема синхронизации не запускает развёртку повторно, как в автоматическом режиме, а дожидается очередного прохождения синусоидой волны нулевого значения на нарастающем фронте. Очевидно, что последующее прохождение луча по экрану повторит траекторию предыдущего. При частотах повторения развёртки свыше 20 Гц, из-за инерционности зрения будет видна неподвижная картина.

Если запуск развёртки не синхронизирован с наблюдаемым сигналом, то изображение на экране будет выглядеть «бегущим» или даже совершенно размазанным. Это происходит потому, что в этом случае, отображаются различные участки наблюдаемого сигнала на одном и том же экране.

Для получения стабильного изображения все осциллографы содержат систему, называемую схемой синхронизации, которую в зарубежной литературе, не совсем корректно, часто называют триггером.

Назначение схемы синхронизации — задерживать запуск развёртки до тех пор, пока не произойдёт некоторое событие. В примере, событием было прохождение синусоиды через нуль на нарастающем фронте.

Поэтому, схема синхронизации имеет как минимум две настройки, доступные оператору:

  • Уровень запуска: задаёт напряжение исследуемого сигнала, при достижении которого запускается развёртка.
  • Тип запуска: по фронту или по спаду.

Правильная настройка этих органов управления обеспечивает запуск развёртки всегда в одном и том же месте сигнала, поэтому изображение сигнала на осциллограмме выглядит стабильным и неподвижным.

Во многих моделях осциллографов имеется ещё один орган управления схемой синхронизации, ручка плавной регулировки «СТАБИЛЬНОСТЬ», изменением её положения изменяют время нечувствительности генератора развёртки к запускающему событию («мертвое время» генератора развёртки). В одном крайнем положении генератор развёртки переводится в автоколебательный режим, в другом крайнем положении — в ждущий режим, в промежуточных положениях изменяет частоту запуска развёртки. Обычно в осциллографах, снабжённых этой регулировкой, отсутствует переключатель режима развёртки «ЖДУЩИЙ/АВТОМАТИЧЕСКИЙ»

Как было сказано, почти всегда предусмотрен дополнительный вход синхронизации развёртки, при этом имеется переключатель запуска развёртки «ВНЕШНИЙ/ВНУТРЕННИЙ», при положении «ВНЕШНИЙ» на вход схемы синхронизации развёртки подаётся не сам исследуемый сигнал, а напряжение со входа синхронизации.

Часто имеется переключатель на синхронизацию от питающей сети (в европейских странах и России — 50 Гц, в некоторых других странах — 60 Гц), при синхронизации от сети на вход схемы синхронизации подаётся напряжение с частотой сети. Такая синхронизация удобна для наблюдения сигналов с частотой сети, или сигналов кратных этой частоте, например, сетевых помех, измерении параметров сетевых фильтров, выпрямителей и др.

В специализированных осциллографах имеются и особые режимы синхронизации, например, режим запуска развёртки в момент начала заданной оператором номером строки в кадре телевизионного сигнала, что удобно при измерении параметров телевизионного тракта и отдельных его каскадов в системах телевидения.

В других специализированных осциллографах, применяемых при исследовании цифровых (например, микропроцессорных) устройств, схема синхронизации дополняется компаратором кодов и запуск развёртки производится при совпадении заданного оператором двоичного кода (слова) с кодом на шине, например, адреса. Это удобно для поиска причины сбоев при записи/чтении некоторой ячейки памяти и других диагностик.

Применение

Один из важнейших приборов в радиоэлектронике. Используются в прикладных, лабораторных и научно-исследовательских целях, для контроля/изучения и измерения параметров электрических сигналов — как непосредственно, так и получаемых при воздействии различных устройств/сред на датчики, преобразующие эти воздействия в электрический сигнал или радиоволны.

Наблюдение фигур Лиссажу

Фигура Лиссажу на экране двухканального осциллографа

В осциллографах есть режим, при котором на пластины горизонтального отклонения подаётся не пилообразное напряжение развёртки, а произвольный сигнал, подаваемый на специальный вход (вход «Х»). Если подать на входы «X» и «Y» осциллографа сигналы близких частот, то на экране можно увидеть фигуры Лиссажу. Этот метод широко используется для сравнения частот двух источников сигналов и для подстройки одного источника под частоту другого.

Курсорные измерения

Пример вывода на экран современного осциллографа трёх исследуемых процессов с двумя курсорными засечками. Временны́е засечки отображаются вертикальными пунктирными линиями, на экран белыми символами слева выведено время между засечками — 40 мс и частота, отвечающая этому временному интервалу, — 25 Гц.

В современных аналоговых и цифровых осциллографах часто имеется вспомогательная сервисная система, позволяющая удобно измерить некоторые параметры исследуемого осциллографом сигнала. В таких осциллографах на экран наблюдения исследуемого сигнала дополнительно выводятся изображения курсоров в виде горизонтальных или вертикальных прямых, либо в виде взаимноперпендикулярных прямых линий.

Координаты курсорных линий по амплитуде и времени отображаются в десятичном цифровом виде, обычно на экране осциллографа, либо на дополнительных цифровых индикаторах.

Оператор с помощью органов управления положением курсоров имеет возможность навести курсор на интересующую его точку изображения сигнала, при этом курсорная система непрерывно показывает в цифровом виде координаты этой точки, — уровня напряжения или момента времени по оси времени и оси амплитуды.

Во многих осциллографах имеется несколько экземпляров курсоров, при этом на цифровые индикаторы можно выводить разность значений курсорных засечек между парой засечек по вертикали и промежутка времени между парой курсорных засечек по горизонтали. Практически во всех типах таких осциллографах автоматически в цифровом виде на индикаторы выводится величина, обратная промежутку времени между курсорными засечками, что сразу даёт частоту исследуемого периодического сигнала при наведении курсоров по оси времени на соседние фронты сигнала.

В некоторых осциллографах предусмотрен режим автоматического позиционирования курсоров на пики сигнала, что в большинстве случаев и является целью амплитудных измерений. Таким образом, курсорные измерения позволяют упростить измерения параметров сигналов человеком, избавляя его от необходимости зрительно считывать число клеток разметки шкалы осциллографического экрана и производить умножение полученных таким образом данных на значения цены деления по вертикали и горизонтали.

Математические функции

В некоторых многоканальных осциллографах присутствует возможность производить математические функции над измеряемыми разными каналами сигналами и выводить результирующий сигнал вместо или в дополнении к измеряемым исходным сигналам. Наиболее часто присутствуют функции сложения, вычитания, умножения, деления. Это позволяет, например, вычесть из исследуемого сигнала канала №1 сигнал синхронизации поступающий на канал №2, освобождая, таким образом, исследуемый сигнал от сигналов синхронизации. Или, например, возможно проверить добротность блока аналогового усиления сигнала, вычитая из выходного сигнала входной сигнал. В некоторых современных цифровых осциллографах присутствуют такие математические функции как интегрирование, дифференцирование, извлечение квадратного корня.

Захват строки телевизионного сигнала

В современных цифровых осциллографах, а также в некоторых специализированных осциллографах на основе электронно-лучевой трубки, присутствует особый режим синхронизации — телевизионный. Этот режим позволяет отобразить одну или несколько заданных телевизионных строк из комплексного видеосигнала. В отличии от обычного осциллографа, блок синхронизации которого может стабильно показать только первую за синхроимпульсом строку, на специализированных осциллографах возможно наблюдать любую часть телевизионной картинки. Такие осциллографы обычно применяются на телевизионных и кабельных студиях и позволяют контролировать технические параметры передающей и записывающей аппаратуры.

Настройка

Современные осциллографы не требуют какой-либо настройки перед использованием, но, тем не менее, в большинстве осциллографов встроен прибор калибровки (Калибратор). Назначение этого прибора — формировать контрольный сигнал с заведомо известными и стабильными параметрами. Обычно такой сигнал имеет форму прямоугольных импульсов с амплитудой 1 Вольт, частотой 1кГц и скважностью 50% (параметры обычно указаны рядом с выходом сигнала калибратора). В любой момент пользователь осциллографа может подключить измерительный щуп прибора к выходу калибратора, и убедиться, что на экране осциллографа виден сигнал с указанными параметрами. В случае, если сигнал отличается от указанного на калибраторе, что скорее характерно для аналоговых осциллографов, то с помощью подстроечной отвертки пользователь может скорректировать входные характеристики щупа или усилители осциллографа таким образом, чтобы сигнал соответствовал данным калибратора. Стоит отметить, что современные цифровые осциллографы не имеют подстроечных элементов по причине использования цифровой обработки сигнала, но имеют автоматическую настройку по калибратору, когда через меню осциллографа вызывается специальная утилита, которая вносит поправочные коэффициенты в математический блок осциллографа и тем самым настраивает осциллограф на корректное отображение сигналов.

История

Ондограф Госпиталье

Электрический колебательный процесс изначально фиксировался вручную на бумаге. Первые попытки автоматизировать запись были предприняты Жюлем Франсуа Жубером в 1880 году, который предложил пошаговый полуавтоматический метод регистрации сигнала. Развитием метода Жубера стал полностью автоматический ондограф Госпиталье. В 1885 году русский физик Роберт Колли создал осциллометр, а в 1893 году французский физик Андре Блондель изобрел магнитоэлектрический осциллоскоп с бифилярным подвесом.

Подвижные регистрирующие части первых осциллографов обладали большой инерцией и не позволяли фиксировать быстротечные процессы. Этот недостаток был устранён в 1897 году Уильямом Дадделлом, который создал светолучевой осциллограф, использовав в качестве измерительного элемента небольшое лёгкое зеркальце. Запись производилась на светочувствительную пластину. Вершиной развития этого метода стали в середине XX века многоканальные ленточные осциллографы.

Практически одновременно с Дадделлом Карл Фердинанд Браун использовал для отображения сигнала изобретённый им кинескоп. В 1899 году устройство было доработано Йонатаном Зеннеком, добавившим горизонтальную развертку, что сделало его похожим на современные осциллографы. Кинескоп Брауна в 1930-е годы заменил кинескоп Зворыкина, что сделало устройства на его основе более надёжными.

В конце XX века на смену аналоговым устройствам пришли цифровые. Благодаря развитию электроники и появлению быстрых аналого-цифровых преобразователей, к 1980-м годам они заняли доминирующую позицию среди осциллографов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *