Теоретические сведения и описание работы

Объектом исследования в работе являются электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) и цифровой частотомер.

2.1. Электронно-лучевой осциллограф

ЭЛО предназначен для визуального наблюдения и измерения электрических сигналов. Важными достоинствами электронных осциллографов являются широкий частотный диапазон, высокая чувствительность, большое выходное сопротивление и наглядность.

В основе работы электронных осциллографов лежит преобразование исследуемых сигналов в видимое изображение, получаемое на экране электронно-лучевой трубки.

2.1.1. Электронно-лучевая трубка (рис. 1)

Простейшая однолучевая трубка представляет собой стеклянный баллон, из которого откачан воздух и в котором расположены подогреваемый катод К, модулятор (сетка) М, фокусирующий анод А1, ускоряющий анод А2, две пары взаимно перпендикулярных пластин ОП_Х и ОП_У (горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины).

Внутренняя поверхность дна баллона (экран Э) покрыта люминофором, способным светиться при бомбардировке электронами. Совокупность электродов К, М, А1, А2 называют электронной пушкой. Конструктивно эти электроды выполнены в виде цилиндров, расположенных по оси трубки.

Рис. 1. Электронно-лучевая трубка со схемой управления

электронным лучом

Электронная пушка излучает узкий пучок электронов – электронный луч. Интенсивность электронного луча регулируют путем изменения отрицательного относительно катода напряжения на модуляторе М, что приводит к изменению яркости изображения. Напряжение на первом аноде А1 фокусирует поток электронов в узкий луч, позволяющий получить на экране трубки светящееся пятно малого размера. Для ускорения электронов до скорости, необходимой для свечения люминофора, на второй анод А2 подается высокое положительное напряжение. Сформированный электронный луч проходит между парами отклоняющих пластин ОП_Х и ОП_У и под действием напряжений, приложенных к этим пластинам, отклоняется соответственно по осям координат Х и Y, вызывая смещение светящегося пятна на экране трубки.

Осциллографические электронно-лучевые трубки характеризуются чувствительностью, полосой пропускания, длительностью послесвечения, рабочей площадью экрана, цветом свечения люминофора и др.

2.1. 2. Функциональная схема электронного осциллографа и его принцип действия (рис. 2)

Основными блоками осциллографа являются электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), входной делитель напряжения (ВД), усилитель вертикального отклонения (УВО), блок синхронизации (БС), генератор развертки (ГР), усилитель горизонтального отклонения (УГО) и калибраторы амплитуды(КА) и длительности (КД). Исследуемый сигнал подается на вход Y канала вертикального отклонения, включающего в себя ВД и УВО. Выходное напряжение УВО, поступая на вертикально отклоняющие пластины, управляет отклонением электронного луча в трубке по оси Y.

Рис. 2. Функциональная схема электронно-лучевого осциллографа

Для получения требуемого размера изображения на экране входной сигнал усиливается (или ослабляется) в канале вертикального отклонения до необходимого значения. Последовательное включение ВД и УВО обеспечивает значительный диапазон исследуемых напряжений. При подаче переменного напряжения на вход Y электронный луч вычерчивает на экране осциллографа вертикальную линию. Для получения изображения исследуемого сигнала необходимо смещать (развертывать) луч по оси Х с равномерной скоростью. Это осуществляется подачей на отклоняющие пластины ОП_Х напряжения линейной развертки (рис. 3). Напряжение линейной развертки вырабатывает генератор развертки ГР.

Рис. 3. Форма напряжения линейной развертки

Развертка исследуемого сигнала на экране осуществляется за время нарастания напряжения развертки, то есть за время прямого хода луча t_ПР. За время спада напряжения развертки луч должен возвратиться в исходное положение, это время называется временем обратного хода луча t_ОБР. Для того чтобы во время обратного хода луч не вычерчивал линии на экране, его гасят путем подачи отрицательного импульса на модулятор ЭЛТ.

Исследование сигналов в широком диапазоне частот обеспечивается переключением частоты пилообразного напряжения, предусмотренным в ГР. Это позволяет проводить наблюдения исследуемых сигналов в нужном масштабе времени. Выходное напряжение ГР усиливается УГО до значения, необходимого для управления электронным лучом ЭЛТ и получения изображения требуемого размера.

Для получения устойчивого изображения на экране осциллографа служит блок синхронизации БС (см. рис. 2). Блок синхронизации осуществляет изменение частоты генератора ГР (в некоторых пределах) в соответствии с частотой исследуемого процесса. Для этого сигнал из канала вертикального отклонения подается на БС, на выходе которого вырабатываются импульсы синхронно с изменением исследуемого сигнала. Такой режим работы генератора развертки, называемый непрерывным, применяется для наблюдения периодических сигналов.

При исследовании непериодической последовательности импульсов или одиночных импульсов непрерывный режим работы ГР непригоден, поскольку он приводит к тому, что положение изображения импульсов на экране по оси времени становится неопределенным. В этом случае применяют ждущий режим работы генератора. В этом режиме ГР вырабатывает пилообразный импульс только с приходом исследуемого импульса. Это позволяет обеспечить устойчивое положение изображения одиночных импульсов на экране.

В осциллографах предусматривается также возможность запуска генератора ГР от внешнего источника (внешняя синхронизация). Для этого имеется специальный вход "вход синхронизация" и переключатель В2.

Во многих осциллографах предусмотрена возможность управления отклонением луча по оси Х внешним напряжением. Для этого у осциллографа есть "вход Х", на который подается внешнее управляющее напряжение и переключатель В3, устанавливаемый в этом случае (по схеме рис. 2) в нижнее положение.

Для повышения точности измерений осциллографы имеют калибраторы амплитуды КА и длительности КД, позволяющие устанавливать номинальные значения коэффициентов отклонения и коэффициентов развертки. Калибраторы представляют собой генераторы прямоугольных импульсов с известным значением амплитуды и частоты. Для проверки коэффициентов отклонения и развертки переключатель В1 (см. рис. 2) ставится в положение "калибровка".

2.1.3. Применение электронного осциллографа для измерений

Поиск по сайту: