Дослідження форми електричних сигналів (стр. 2 )

Параметри ПХ взаємно пов'язані зі смугою пропущення КВВ, зокрема, вважається, що

,

де — верхня частота смуги пропускання, МГц; — час наростання ПХ, нс.

При дослідженні імпульсних сигналів рекомендується дотримувати конкретних співвідношень між тривалістю фронту імпульсу і часом наростання ПХ : для трикутного імпульсу ;для дзвіноподібного не менш 5; для трапецієдального, синусоїдального й синусоквадратичного не менш 3 . Погрішність виміру амплітуди й тривалості при цьому не перевищує 2 %.

При дослідженні прямокутних або трапецієдальных імпульсів тривалість їхнього фронту може бути порівнянна з часом наростання ПХ, тоді виміряна тривалість фронту ­ містить у собі й час наростання , який варто виключити:

(4)

Крім розглянутих характеристик, осцилографи можуть характеризуватися деякими додатковими: погрішністю виміру напруги, погрішністю виміру тимчасових інтервалів, погрішністю коефіцієнтів відхилення, погрішністю коефіцієнтів розгорнення, межами переміщення променя по горизонталі, межами переміщення променя по вертикалі, шириною лінії променя, допустимої сумарної

величиною постійної й змінної напруг на закритих входах, погрішністю калібраторів тимчасових інтервалів і калібраторов амплітуди та ін.

В залежності від кількісних значень окремих характеристик осцилографи поділяють на чотири класи. Основними характеристиками, що визначають клас осцилографа, є основна погрішність виміру напруги, основна погрішність коефіцієнта відхилення, основна погрішність виміру тимчасових інтервалів, основна погрішність коефіцієнта розгортання. Так, основна погрішність виміру напруги й основна погрішність виміру тимчасових інтервалів для осцилографів класу точності 1, 2, 3, 4 становлять 3, 5, 10 і 12 % відповідно. Основні погрішності коефіцієнтів розгортання й відхилення для зазначених класів точності осцилографів є також однаковими й дорівнюють 2,5; 4; 8; 10 % відповідно.

2. Електронно-променева трубка й принцип дії електронного осцилографа

В універсальних осцилографах застосовують електронно-променеві трубки (ЕПТ) з електростатичним формуванням і керуванням променя (рис. 2).

Типова однопроменева трубка (ЕПТ) являє собою скляний балон, з якого відкачане повітря й у якому розташовані підігріваємий катод К, модулятор М, фокусуючий анод , прискорюючий анод , горизонтально відхиляючі пластини , вертикально відхиляючі пластини , третій анод . Можливі й інші додаткові електроди. Внутрішня поверхня дна балона (екран Е) покрита люмінофором, здатним світитися під дією бомбардування електронів. Сукупність електродів К, М, , називається прожектором. Електронний прожектор випромінює вузький пучок електронів – електронний промінь, для цього на електроди прожектора подають відповідні напруги.

Зміною негативної відносно катода напруги на модуляторі можна змінювати інтенсивність електронного променя, тобто регулювати яскравість світіння люмінофора. Напруга на першому аноді фокусує потік електронів у вузький промінь, що дозволяє одержати на екрані трубки світлу пляма малого розміру. Якщо фокусування по осях трубки не однакова, то можливо перекручування осцилограми. Зазначене явище називають астигматизмом. У деякі ЕПТ для усунення астигматизму вводять спеціальні електроди. Висока позитивна напруга, прикладена до другого анода, забезпечує збільшення швидкості прольоту електронів до швидкості, необхідної для нормального світіння люмінофора. Сформований електронний промінь проходить між парами відхиляючих пластин і

 

і й під дією напруг, прикладених до цих пластин, відхиляється відповідно по осях координат X і Y, викликаючи зсув світлої плями на екрані трубки. Напруга, прикладена до пластин, може змінюватись й тим самим зміщати промінь по екрану. (На рис. 8.2 показана спрощена схема керування початковою установкою променя.) Анод призначений для додаткового прискорення електронів. Така необхідність виникає при дослідженні сигналів з малою частотою повторення або одиночних імпульсів, коли електронний промінь не встигає збудити в достатній мірі люмінофор і яскравість світіння може виявитися недостатньою. На анод подається більша позитивна напруга.

Таким чином, як видно із принципу дії ЕПТ, при подачі змінної напруги на вертикально відхиляючі пластини, пляма що світиться на екрані буде переміщатися по вертикалі. Якщо це переміщення буде досить швидким (наприклад, ), то на екрані вийде вертикально світла пряма.

При подачі змінної напруги на горизонтальні відхиляючі пластини, на екрані утвориться горизонтальна світла лінія.

При подачі сигналу на обидві пари пластин буде одночасне відхилення світної плями по вертикалі й горизонталі, а на екрані осцилографа висвітиться рисунок що називається осцилограмою. Вид осцилограми залежить від характеру сигналів, що прикладаються до пластин.

Для впорядкованого спостереження досліджуваного сигналу (що прикладається до вертикальних пластин) у прямокутній системі координат на горизонтально відхиляючі пластини, подається частіше

всього напруга , що лінійно зміняється в часі (рис. 3,а). Пляма що світиться в цьому випадку буде переміщатися по екрану горизонтально з постійною швидкістю.

Сигнал (напруга), що забезпечує горизонтальний рух променя, називають розгортаючою, а слід, утворений променем на екрані ЕПТ під дією напруги, що розгортає, прийнято називати розгорткою. Розглянемо процедуру утворення зображення на екрані ЕПТ при впливі на пластини синусоїдального досліджуваного сигналу і лінійної напруги розгорнення . При цьому, якщо період пилкоподібної напруги розгорнення дорівнює періоду сигналу а тривалість зворотного ходу дорівнює нулю, то після закінчення першого циклу розгорнення світла пляма миттєво повертається у вихідне положення, а наступні цикли розгорнення зображення будуть накладатися на ті самі місця екрана, у результаті зображення буде нерухомим.

Якщо , то зображення сигналу не буде залишатися нерухомим. Нескладно простежити (рис. 3,6), що в цьому випадку буде створюватися відчуття руху зображення в одну або іншу сторону залежно від співвідношення або .

Таким чином, для забезпечення стійкого зображення необхідно виконати умову .

Зображення також залишиться стійким, якщо . У цьому випадку в одному періоді розгорнення буде укладатися періодів сигналу.

Конструктивно забезпечити рівність періоду сигналу й напруги розгорнення тривалий час складно через обмежену стабільність генераторів розгорнення. Принципове рішення цього завдання можливо лише при синхронізації сигналу розгорнення досліджуваним сигналом.

3. Структурна схема осцилографа

Схему універсального осцилографа можна представити наступних основних компонентів (рис. 4):

·  електронно-променева трубка;

·  канал вертикального відхилення променів (КВВ);