Электронные измерительные системы. Цифровые вольтметры. Осциллографы. Системы сбора данных, страница 2

4.4 Осциллографы

Осциллограф (от лат. oscillare — колебаться и греч. skopeein — рассматривать) является электронным прибором, очень часто применяемым для исследова­ния формы электрических колебаний. Воспроизводя электрический сигнал y(t) на экране ЭЛТ, осциллограф делает его видимым как функцию време­ни. Достигается это одновременным изображением графика у = у(х), возни­кающего на экране ЭЛТ в результате согласованной подачи наблюдаемого сигнала y(t) и сигнала x(t) = ct, генерируемого внутри осциллографа. Ново­му моменту времени в сигнале y(t) соответствует очередное мгновенное зна­чение сигнала x(t). Так как у(х) = у(сt), изменением константы с можно увеличивать или уменьшать масштаб по оси времени. При этом будет казать­ся, что величина у меняется быстрее или медленнее. Осциллографу необхо­дим генератор временной развертки для формирования сигнала x(t) и ана­логовый двухкоординатный дисплей, позволяющий показывать у как функ­цию х. Из-за ограниченных размеров дисплея сигнал y(t) можно наблюдать только в течение короткого интервала времени. Однако в случае, когда y(t) является периодическим и его период равен Т, очевидно, можно получить непрерывное изображение этого сигнала, периодически повторяя y(t + nТ), при условии, что с переходом к новому значению n развертка каждый раз начинается в одной и той же фазе сигнала y(t + nТ). Для этого необходима схема, способная вырабатывать сигнал запуска развертки x(t) в момент вре­мени, когда фаза сигнала y(t + nТ) имеет заданное значение.

Чтобы обеспечить большую гибкость и возможность анализа множества сигналов  самой  различной  формы, осциллографы выполняются иногда в виде так

называемого базового блока, в который можно вставлять различ­ные сменные блоки. Фактически в базовом блоке уже содержится осциллограф с ЭЛТ в качестве аналогового (х, у) — дисплея, генератором времен­ной развертки, схемой запуска и блоком питания. Сменные блоки предос­тавляют возможность измерения различных параметров входного сигнала, таких как амплитуда, частота, интервал времени, спектр и т. д.

На рис. 4.11 показано внутреннее устройство осциллографа. ЭЛТ является сердцем осциллографа. Ее конструкция и принцип действия были рассмот­рены нами в разделе 3.4.2. Наблюдаемый сигнал поступает на пластины вер­тикального отклонения ЭЛТ, пройдя по каналу вертикального отклонения (по каналу у). В этом канале происходит усиление (малых сигналов) и ослаб­ление (больших сигналов); иногда в этом канале осуществляется регулируе­мая фильтрация (искаженных шумом сигналов). В высокочастотных осцил­лографах (предназначенных для работы на частотах выше 25 МГц) в канал вертикального отклонения включена линия задержки, представляющая со­бой бобину с намотанным на нее коаксиальным кабелем или ряд LС-звеньев. Эта линия задержки необходима для того, чтобы сделать видимым на­чальный перепад в импульсных сигналах. Введение задержки приводит к тому, что запуск развертки происходит раньше момента времени, когда сиг­нал y(t) начинает поступать на пластины горизонтального отклонения ЭЛТ. Таким образом, устраняется влияние задержки в схеме запуска. Кроме того, для сигналов, нарастающих очень быстро, делается видимой часть сигнала, предшествующая моменту запуска.

Через усилитель отклонения в канале х на пластины горизонтального от­клонения ЭЛТ может поступать внешний сигнал. Таким образом можно со­здать фигуры Лиссажу для измерения разности фаз. Внутри сигнал разверт­ки создается путем интегрирования постоянного тока, благодаря чему от­клоняющее напряжение имеет пилообразную форму. Сигнал запуска раз­вертки генерируется схемой запуска, в которой этот сигнал формируется либо из сигнала y(t), либо из сигнала, поступающего извне.

Чтобы подавить электронный луч ЭЛТ на время обратного хода, схемой развертки вырабатывается также сигнал гашения луча. Кроме того, часто имеется возможность      изменять          интенсивность   электронного    луча  (осуществлять