Осциллографы. Цифровые приборы

Осцилло́граф (лат. oscillo - «осциллум» — качаюсь и греч. γραφω - «графо» — пишу) — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи; также измерения) амплитудных и временных параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход/

Осциллографы используют в прикладных, лабораторных и научно-исследовательских целях, для контроля/изучения электрических сигналов — как непосредственно, так и получаемых при воздействии различных величин на датчики, преобразующие эти воздействия в электрический сигнал.

Осциллографы классифицируют по следующим основным признакам.

По назначению и способу вывода измерительной информации:

· с периодической развёрткой для непосредственного наблюдения формы сигнала на экране (электронно-лучевом, жидкокристаллическом и т. д.);

· с непрерывной развёрткой для регистрации кривой на фотоленте/фотобумаге (шлейфовый осциллограф).

По способу обработки входного сигнала: аналоговые и цифровые.

У цифровых осциллографов изображение выводится на дисплей в виде готовой картинки, у аналоговых осциллографов в качестве экрана используется электронно-лучевая трубка с электростатическим отклонением.

По количеству лучей: однолучевые и многолучевые (2, 4, 6, и т. д. каналов на входе – до 16). Многоканальные осциллографы позволяют одновременно сравнивать сигналы между собой (формы, амплитуды, частоты и пр.)

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

Наиболее распространены универсальные осциллографы, позволяющие измерять электрические сигналы в диапазоне от долей милливольт до сотен вольт с длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд. Полоса пропускания лучших универсальных осциллографов достигает 300—400 МГц. Как правило, полоса пропускания осциллографа должна быть по крайней мере в три раза больше чем частота измеряемого сигнала, а для точных измерений амплитуды - в десять раз.

Изображение сигнала на экране индицируется практически одновременно с появлением сигнала на входе, поэтому такие приборы называют осциллографами реального времени.

Скоростные осциллографы предназначены для исследования быстропротекающих процессов (нано - и пикосекундной длительности), для чего используется специальная электронно-лучевая трубка бегущей волны.

С помощью стробоскопических осциллографов исследуют повторяющиеся кратковременные процессы.

Запоминающие осциллографы благодаря применению специальных электронно-лучевых трубок обладают способностью сохранять и воспроизводить в течение длительного времени изображение сигнала после исчезновения его на входе. Основное назначение запоминающих осциллографов - исследование однократных и редко повторяющихся процессов.

К специальным относят осциллографы с дополнительными блоками целевого назначения, а также телевизионные, позволяющие выделить видеосигнал заданной строки изображения, цифровые, дающие возможность не только наблюдать сигнал, но и передать его в цифровом виде на ЭВМ для дальнейшей обработки.

Электронно-лучевой осциллограф – это измерительный прибор, в котором сигнал измерительной информации преобразуется в отклонение луча, представляющего собой пучок летящих электронов. Указанный пучок фокусируется на экране электроннолучевой трубки в виде светового пятна, что позволяет наблюдать отклонение луча и выполнять измерения.

Первый осциллограф был изобретён французским физиком Андре Блонделем в 1893 году.

Электронно-лучевые осциллографы позволяют наблюдать и исследовать переменные электрические величины, измерять их параметры: максимальное и мгновенное значения напряжения и токов, длительность импульсов, частоту и фазу периодических колебаний и другие. Высокая чувствительность определяет возможность их применения для исследования очень слабых сигналов.

Для фиксации изображения применяют фоторегистрацию или запоминающую ЭЛТ.

К основным блокам, позволяющим осуществить наблюдение и измерение характеристик процессов, можно отнести электронно-лучевые трубки и генераторы развертки.

Осциллографические электронно-лучевые трубки. В осциллографах применяют, как правило, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с электростатическим управлением и формированием луча. ЭЛТ представляет собой стеклянную вакуумную оболочку с люминесцентным экраном (рис. 10). Внутри оболочки расположены: катод. с подогревателем; электроды ускорения и фокусировки луча (1-й и З-й-аноды); модулятор яркости светового пятна; пара пластин для отклонения луча по вертикали (ось Y); пара пластин, отклоняющих луч по горизонтальной координате (ось Х).

Рис. 10. Устройство осциллографической электронно-лучевой трубки:

1 – нагреватель, 2 – экран, 3 – вакуумная оболочка, 4 – третий анод, 5 – горизонтально отклоняющие пластины, 6 – вертикально отклоняющие пластины, 7 - второй анод, 8 – первый анод, 9 – модулятор, 10 – катод

Принцип действия ЭЛТ основан на следующем. Электроны, эмитированные с катода, ускоряются и формируются в узкий пучок (электронный луч). Проходя мимо пластин, электронный луч под воздействием приложенного к ним напряжения отклоняется по осям X и Y. Попадая на люминесцентный экран, электроны вызывают свечение в виде яркой точки. Размеры и конфигурацию пластин выбирают так, чтобы смещение светового пятна было пропорционально значениям отклоняющих напряжений, поданных на пластины. При этом световое пятно описывает траекторию, называемую осциллограммой.

Основные эксплуатационные параметры ЭЛТ: чувствительность по осям X и Y и полоса пропускания частот.

Виды разверток и их применение. Для воспроизведения формы исследуемого сигнала на экране ЭЛТ используется его развертка во времени. Разверткой называют линию на экране осциллографа, которую вычерчивает луч в отсутствие сигнала. В осциллографах чаще используют линейную развертку. Для некоторых измерений применяют круговую и эллиптическую развертки.

В случае линейной развертки луч, двигаясь равномерно по экрану, прочерчивает прямую горизонтальную линию, как - бы нанося на экран ось абсцисс декартовой системы координат — ось времени. Если на вертикально отклоняющие пластины подать исследуемый сигнал, то луч будет смещаться от линии развертки, причем величина отклонения пропорциональна мгновенному значению сигнала в текущий момент времени (в данной точке развертки).

Линейная развертка может быть однократной, непрерывной и ждущей.

Однократная развертка применяется для наблюдения одиночных и непериодических процессов.

Непрерывная развертка применяется для исследования периодически повторяющихся сигналов. Напряжение развертки при этом вырабатывается непрерывно и изображение образуется наложением осциллограмм, полученных на каждом периоде исследуемого сигнала или на нескольких периодах. Период развертки следует выбирать так, чтобы изображение на экране было неподвижным.

Ждущая развертка применяется для исследования непериодических сигналов, а также импульсов малой длительности с большим периодом повторения, когда непрерывная развертка малопригодна. Напряжение развертки вырабатывается только при наличии на входе в осциллограф исследуемого сигнала.

Полное время перемещения луча по экрану определяет масштаб по оси Х. Отношение этого времени к длине экрана, выраженной числом делений шкалы ЭЛТ, называют коэффициентом развертки.

Поиск по сайту: