Princip činnosti analogového osciloskopu. Princip činnosti osciloskopu

V článku bude podrobně popsáno, jak používat osciloskop, co to je a pro jaké účely je potřeba. Žádná laboratoř nemůže existovat bez měřicího zařízení nebo zdrojů signálů, napětí a proudů. A pokud plánujete navrhovat a vytvářet různá zařízení (zejména pokud mluvíme o vysokofrekvenční technologii, například o invertorových zdrojích), pak bude dělat cokoliv bez osciloskopu problematické.

Co je osciloskop

Jedná se o zařízení, které umožňuje „vidět“ napětí, přesněji řečeno jeho tvar po určitou dobu. S jeho pomocí můžete měřit mnoho parametrů - napětí, frekvenci, proud, fázové úhly. Co je ale na tomto zařízení obzvlášť dobré, je to, že umožňuje vizuálně vyhodnotit tvar signálu. Ve většině případů je to totiž ona, kdo mluví o tom, co se přesně děje v okruhu, ve kterém se měření provádí.

V některých případech může například napětí obsahovat nejen konstantní, ale i střídavou složku. A tvar druhého může mít k ideální sinusoidě daleko. S velkými chybami takový signál vnímají například voltmetry. Ukazovací přístroje budou dávat jednu hodnotu, digitální - mnohem méně a DC voltmetry - několikrát více. Nejpřesnější měření lze provést pomocí zařízení popsaného v článku. A nezáleží na tom, zda je použit osciloskop H3013 (jak jej používat je diskutováno níže) nebo jiný model. Měření jsou stejná.

Vlastnosti zařízení

Implementace je poměrně jednoduchá - ke vstupu zesilovače je třeba připojit kondenzátor. V tomto případě je vchod uzavřen. Upozorňujeme, že v tomto režimu měření jsou nízkofrekvenční signály s frekvencí nižší než 5 Hz utlumeny. Proto je lze měřit pouze v režimu otevřeného vstupu.

Při přepnutí přepínače do střední polohy se zesilovač odpojí od vstupního konektoru a dojde ke zkratu na pouzdru. Díky tomu je možné instalovat sweep. Vzhledem k tomu, že není možné používat osciloskop S1-49 a analogy bez znalosti základních ovládacích prvků, stojí za to o nich mluvit podrobněji.

Vstup kanálu osciloskopu

Na předním panelu je stupnice ve vertikální rovině - určuje se pomocí regulátoru citlivosti kanálu, podél kterého probíhá měření. Měřítko je možné měnit ne plynule, ale postupně, pomocí přepínače. Jaké hodnoty lze pomocí něj nastavit, podívejte se na pouzdro vedle něj. Na stejné ose s tímto přepínačem je regulátor pro plynulé nastavení (zde je návod, jak používat osciloskop S1-73 a podobné modely).

Na předním panelu najdete rukojeť s dvojitou šipkou. Pokud jej otočíte, graf tohoto kanálu se začne pohybovat ve vertikální rovině (dolů a nahoru). Vezměte prosím na vědomí, že vedle tohoto knoflíku je grafika, která ukazuje, jakým směrem je třeba jím otáčet, abyste změnili hodnotu multiplikátoru nahoru nebo dolů. oba kanály jsou stejné. Kromě toho jsou na předním panelu knoflíky pro nastavení kontrastu, jasu a synchronizace. Za zmínku stojí, že řadu nastavení pro zobrazování grafů má i digitální kapesní osciloskop (probíráme způsob použití přístroje).

Jak se provádějí měření?

Pokračujeme v popisu, jak používat digitální nebo analogový osciloskop. Je důležité si uvědomit, že všechny mají chybu. Jedna vlastnost, která stojí za zmínku, je, že všechna měření jsou prováděna vizuálně, takže existuje riziko, že chyba bude vysoká. Měli byste také vzít v úvahu skutečnost, že rozmítaná napětí mají extrémně nízkou linearitu, což vede k fázovému nebo frekvenčnímu posunu přibližně o 5 %. Pro minimalizaci těchto chyb musí být splněna jedna jednoduchá podmínka – graf by měl zabírat přibližně 90 % plochy obrazovky. Při měření frekvence a napětí (existuje časový interval) by měly být ovladače nastavení zesílení vstupního signálu a rychlosti rozmítání nastaveny do krajních pravých poloh. Za zmínku stojí jedna vlastnost: protože i začátečník může používat digitální osciloskop, zařízení s katodovou trubicí ztratila svůj význam.

Jak měřit napětí

Pro měření napětí musíte použít hodnoty stupnice ve svislé rovině. Chcete-li začít, musíte provést jeden z těchto kroků:

1. Propojte obě vstupní svorky osciloskopu k sobě.
2. Posuňte přepínač režimu vstupu do polohy, která odpovídá připojení ke společnému vodiči. Poté použijte regulátor, vedle kterého je obousměrná šipka, abyste zajistili, že se skenovací čára shoduje s centrální (horizontální) čárou na obrazovce.

Přepněte zařízení do režimu měření a přiveďte signál na vstup, který je třeba prozkoumat. V tomto případě je přepínač režimu nastaven do libovolné pracovní polohy. Jak ale používat přenosný digitální osciloskop? Je to trochu složitější - taková zařízení mají mnohem více úprav.

V důsledku toho můžete na obrazovce vidět graf. Pro přesné měření výšky použijte pero s vodorovnou dvojitou šipkou. Ujistěte se, že horní bod grafu spadá do bodu uprostřed. Je na něm stupnice, takže bude mnohem jednodušší vypočítat efektivní napětí v obvodu.

Jak měřit frekvenci

Pomocí osciloskopu můžete měřit časové intervaly, zejména periodu signálu. Chápete, že frekvence jakéhokoli signálu je vždy úměrná periodě. Měření periody lze provádět v jakékoli oblasti oscilogramu. Pohodlnější a přesnější je ale měřit v těch bodech, kde graf protíná vodorovnou osu. Proto před zahájením měření nezapomeňte nastavit skenování přesně na vodorovnou čáru umístěnou uprostřed. Vzhledem k tomu, že použití přenosného digitálního osciloskopu je mnohem snazší než použití analogového, tento osciloskop již dávno upadl v zapomnění a pro měření se používá jen zřídka.

Dále pomocí úchytu označeného vodorovnou oboustrannou šipkou musíte posunout začátek období s čárou zcela vlevo na obrazovce. Po výpočtu periody signálu můžete použít jednoduchý vzorec pro výpočet frekvence. Chcete-li to provést, musíte jednotku vydělit dříve vypočítaným obdobím. Přesnost měření se liší. Chcete-li jej zvýšit, musíte graf co nejvíce roztáhnout vodorovně.

Pozor na jednu pravidelnost: jak se perioda zvyšuje, frekvence klesá (proporce je inverzní). A naopak – jak se perioda snižuje, frekvence se zvyšuje. Nízká chybovost je, když je menší než 1 procento. Ale ne každý osciloskop může poskytnout tak vysokou přesnost. Pouze s digitálními, u kterých je skenování lineární, lze získat tak přesná měření.

Jak se určuje fázový posun?

A nyní o tom, jak použít osciloskop S1-112A k měření fázového posunu. Nejprve ale definice. Fázový posun je charakteristika, která ukazuje, jak jsou dva procesy (oscilační) umístěny relativně vůči sobě během určitého časového období. Navíc k měření nedochází v sekundách, ale v částech periody. Jinými slovy, měrnou jednotkou jsou jednotky úhlu. Pokud jsou signály vůči sobě stejně umístěny, bude jejich fázový posun také stejný. Navíc to nezávisí na frekvenci a periodě - skutečné měřítko grafů na vodorovné (časové) ose může být libovolné.

Maximální přesnost měření bude, pokud graf roztáhnete na celou délku obrazovky. V analogových osciloskopech bude mít graf signálu pro každý kanál stejný jas a barvu. Abychom tyto grafy od sebe odlišili, je nutné, aby každý měl svou vlastní amplitudu. A je důležité, aby napětí dodávané do prvního kanálu bylo co největší. Díky tomu bude mnohem lépe udržovat synchronizovaný obraz na obrazovce. Zde je návod, jak používat osciloskop S1-112A. Ostatní zařízení se v ovládání mírně liší.

Elektronický osciloskop se používá ke studiu rychle se měnících periodických procesů. Například pomocí osciloskopu můžete měřit proud a napětí a zkoumat jejich změnu v čase. Lze měřit a porovnávat frekvence a amplitudy různých střídavých napětí. Osciloskop navíc při použití vhodných převodníků umožňuje studovat neelektrické procesy, např. měřit krátké časové úseky, periody kmitání atd. Výhodou osciloskopu s elektronovým paprskem je jeho vysoká citlivost a setrvačnost. volné působení, které umožňuje studovat procesy, jejichž trvání je řádově 10 –6  10 –8 s.

Hlavním prvkem elektronického osciloskopu je katodovou trubici(CRT). Schématická struktura takové trubky je znázorněna na rýže. 3. Obrazovka se skládá ze série kovových elektrod umístěných ve skleněné nádobě. Vzduch je čerpán z balónku na tlak asi 10–6 mmHg. Umění. Na přední stranu balónku je nanesena tenká vrstva fluorescence. Vlivem elektronového paprsku začne fluorescenční stínítko (8) svítit.

Uvažujme elektrody katodové trubice v pořadí, v jakém se objevují. Vlákno (1), kterým protéká střídavý proud, ohřívá katodu (2). Elektrony vylétají z katody v důsledku termionické emise.

Termionická emise- Jedná se o jev emise elektronů zahřátými tělesy.

Za katodou se nachází řídící elektroda (3) ve formě mřížky nebo válce s otvory. Jeho činnost je podobná činnosti řídicí mřížky v elektronové trubici. Při změně potenciálu řídící elektrody vzhledem ke katodě se mění intenzita toku elektronů a tím se mění jas světelné skvrny na stínítku trubice.

První a druhá anoda (4 a 5) ve formě válců s diafragmami zajišťují potřebnou rychlost pohybu elektronů a vytvářejí elektrické pole určité konfigurace, soustřeďující tok elektronů do úzkého paprsku (paprsku).

Fokusovaný elektronový paprsek pak prochází mezi dvěma páry vzájemně kolmých vychylovacích desek. Při různých potenciálech na jedné z dvojic vychylovacích desek je paprsek vychýlen směrem k desce s vyšším potenciálem. Vychýlení paprsku je úměrné použitému napětí. Vertikální desky (7) zajišťují horizontální pohyb elektronového paprsku přes stínítko a horizontální desky (6) zajišťují vertikální pohyb paprsku.

1 - vlákno, 2 - katoda, 3 - řídicí elektroda, 4 - první anoda, 5 - druhá anoda, 6 - vertikální vychylovací desky, 7 - horizontální vychylovací desky, 8 - fluorescenční stínítko

Blokové schéma osciloskopu je znázorněno na rýže. 4. Osciloskop se skládá z katodové trubice (CRT), generátoru rozmítaného napětí a dvou zesilovačů. Jeden ze zesilovačů, určený k zesílení zkoumaného napětí, se obvykle nazývá vertikální zesilovač, protože napětí z něj je přiváděno na vodorovné desky katodové trubice, což zajišťovalo vertikální vychylování paprsku podél obrazovky. Napětí z druhého zesilovače je přiváděno na vertikální desky, které zajišťují horizontální pohyb paprsku. Tento zesilovač se nazývá horizontální. Napětí generátoru skenování je přiváděno na desky přes horizontální zesilovač.

Ke studiu podstaty změn elektrických signálů v průběhu času slouží zařízení speciálně zabudované do osciloskopu, tzv generátor skenování. Tento generátor vytváří pilovité napětí ( rýže.4), které během doby
roste lineárně od nuly k maximální hodnotě
a poté ve velmi krátké době
klesne na nulu. Frekvenci napětí rampy lze změnit pomocí rukojeti " frekvence zametání Na svislé desky se obvykle přivádí pilové napětí. V tomto případě se paprsek horizontálně vychyluje o velikost úměrnou hodnotě pilového napětí v daném okamžiku. Protože toto napětí roste lineárně s časem, paprsek se pohybuje vodorovně rovnoměrně, což odpovídá plynutí času, a proto je horizontální posunutí paprsku úměrné času.Proto, když je generátor skenování zapnutý, horizontála je považována za časovou osu.

Při nízkých frekvencích skenování můžete vidět progresivní rovnoměrný pohyb bodu vodorovně. Pokud je frekvence skenování vysoká, je na obrazovce vidět pouze vodorovná čára. K tomu dochází v důsledku setrvačnosti zrakového vjemu a dosvitu trubice, tzn. Vizuálně při vysokých frekvencích nemáme čas zaznamenat sekvenční pohyb paprsku po obrazovce zleva doprava, jak se zvyšuje napětí. Z nuly na maximum a téměř okamžitý návrat paprsku do původní polohy. Na každém následujícím „zubu pily“ se paprsek pohybuje po stejné stopě zleva doprava vodorovně a zpět, a to se opakuje s frekvencí rovnou frekvenci skenování.

Chcete-li vidět, jak se testované napětí mění v průběhu času, musíte současně použít Vchod X "sweep napětí při zapnutém" Vchod na „Sledovaný signál
. Nechte časem zkoumaný signál dosáhne hodnoty
a hodnoty rozmítacího napětí
. Paprsek, účastnící se současně dvou vzájemně kolmých pohybů: horizontálně (pod vlivem snímacího napětí) a vertikálně (pod vlivem zkušebního napětí
), přejde k věci (Obr.5). Pokud se zkoumané napětí mění podle harmonického zákona a jeho perioda se shoduje s periodou rozmítání
, pak časem
na obrazovce paprsek „vypíše“ jednu periodu sinusoidy. Na každém dalším pilovém zubu, když napětí dosáhne hodnot
,
,
atd. elektronový paprsek podle toho zasáhne stejné body ,,atd. sinusoidy, jako na prvním „zubu“.

Obraz na obrazovce osciloskopu bude nehybný, pokud je perioda rozmítání stejná nebo o celé číslo větší než perioda studovaného signálu. Pokud tato podmínka není splněna (často k tomu dochází kvůli nestabilitě frekvence generátoru skenování), bude obraz „plavat“ po obrazovce.

Chcete-li měřit periodu, musíte použít testované napětí na vodorovné desky a zapnout generátor skenování " VchodX ", přivedením pilového napětí na svislé desky. Otáčením knoflíku " sweep generátor", získejte na obrazovce stabilní obraz - sinusoidu. Spočítejte počet buněk periody sinusoidy a vynásobením hodnotou dělení generátoru rozmítání získáte periodu oscilace.

Osciloskopické zařízení

Osciloskop(latinsky oscilo - kývání + řecky γραφω - psaní) - zařízení určené ke studiu (pozorování, záznamu; také měření) amplitudových a časových parametrů elektrického signálu přiváděného na jeho vstup, nebo přímo na obrazovku.

Podle účelu a způsobu výstupu informací o měření:

Periodické osciloskopy pro přímé pozorování tvaru signálu na obrazovce (katodový paprsek, tekuté krystaly atd.);

Osciloskopy s kontinuálním skenováním pro záznam křivky na fotografickou pásku (smyčkový osciloskop).

Způsobem zpracování vstupního signálu

Analogový;

Digitální

Podle počtu paprsků: jednopaprskový, dvoupaprskový atd. Počet paprsků může dosáhnout 16 i více (n-paprskový osciloskop má n počtu signálových vstupů a může současně zobrazit n grafů vstupních signálů na obrazovce ).

Osciloskopy s periodickým snímáním se dělí na: univerzální (běžné), vysokorychlostní, stroboskopické, zásobní a speciální; Digitální osciloskopy mohou kombinovat schopnost používat různé funkce.

Existují také osciloskopy kombinované s jinými měřicími přístroji (například multimetr).

Osciloskop může existovat také nejen jako samostatné zařízení, ale také jako set-top box k počítači (připojený přes libovolný port: LPT, COM, USB, vstup zvukové karty).

Pomocí elektronického osciloskopu můžete pozorovat tvar elektrického signálu, což jej činí nepostradatelným při nastavování a studiu elektronických zařízení. Elektronický osciloskop navíc dokáže měřit napětí ve zkoumaných obvodech; přitom prakticky nespotřebovává energii ze zkoumaného obvodu a může pracovat v širokém frekvenčním rozsahu. Díky těmto vlastnostem zařízení má široké využití nejen v radiotechnice, ale i v dalších oblastech vědeckého výzkumu.

Navzdory rozmanitosti obvodů elektronických osciloskopů jsou založeny na použití katodové trubice (CRT). Zobrazovací osciloskop založený na CRT se skládá z katodové trubice, horizontální skenovací jednotky a vstupního zesilovače (pro zesílení slabých vstupních signálů). Obsahuje také pomocné bloky: jednotka řízení jasu, jednotka vertikálního skenování, kalibrátor doby trvání, kalibrátor amplitudy.

Uvažujme typickou elektrostaticky řízenou katodovou trubici. Trubice je evakuována do vysokého vakua, aby se elektrony mohly pohybovat bez kolize s molekulami vzduchu (obrázek 1).

Vyhřívaná katoda je zdrojem elektronů. Elektrony létají podél osy elektronky působením urychlovací elektrody nebo anody A, jejíž potenciál je vzhledem ke katodě K udržován kladný (několik set nebo tisíc voltů).

V nejjednodušším případě je anodou kulatý kotouč s otvorem, ze kterého vystupuje určitý počet elektronů ve formě úzkého svazku (elektronového svazku). Paprsek, šířící se podél osy trubice, dopadá na fluorescenční stínítko, kde se část kinetické energie elektronů přemění na světelnou energii a objeví se svítící bod.

Katoda je obklopena válcovou elektrodou G, která má negativní potenciál vzhledem ke katodě. Elektroda plní dvě funkce: sbírá elektrony podél osy trubice a řídí (jako mřížka ve vakuové trubici) počet elektronů jdoucích od katody k anodě. V katodové trubici počet elektronů v závislosti na potenciálu řídicí elektrody určuje jas svítícího bodu na stínítku trubice. Katoda, mřížka a anoda tvoří tzv. „elektronovou pistoli“ nebo „elektronický reflektor“.

V trubici jednoduchého zařízení bude svítící bod na obrazovce vypadat spíše jako svítící kotouč než jako tečka. Je to způsobeno působením sil vzájemného odpuzování elektronů ve svazku a jejich odchylkou od osy. Proto je nutné mít zařízení na přeměnu divergujícího elektronového paprsku na konvergující. Analogicky s optikou se tento proces nazývá zaostřování.

Při elektrostatickém zaostřování se zavádějí dvě nebo více anod, přičemž potenciál druhé anody je vyšší než potenciál první anody. Elektron, který se odchýlil od osy elektronového děla, vstupuje do pole mezi dvěma anodami a má tendenci sledovat směr siločar elektrického pole, tj. je vychýlen dovnitř k ose. Stupeň konvergence a tedy i polohu ohniska lze změnit změnou potenciálu jedné z anod.

Světelný bod se po obrazovce pohybuje v souladu s testovaným napětím. Elektronový paprsek prochází mezi dvěma páry vychylovacích desek, na které je přivedeno napětí. Jeden pár desek X1 a X2 vytváří příčné elektrické pole, které způsobuje vychýlení paprsku v horizontálním směru. Další dvojice desek Y1 a Y2 vytváří svislý průhyb nosníku. Citlivost výchylky je dána posunutím svítícího bodu na stínítku způsobeném rozdílem potenciálu mezi deskami 1 V. Citlivost je nepřímo úměrná urychlovacímu napětí, proto je žádoucí nízké anodové napětí. Existují však opačné požadavky: jas bodu se zvyšuje s rostoucím anodovým napětím. Průměrná napěťová citlivost typické elektronky osciloskopu je o něco menší než 1 mm/V.

1. Obecný účel a konstrukce elektronického osciloskopu.

2. Konstrukce a typy katodových trubic.

3. Měření parametrů elektrických signálů pomocí elektronického osciloskopu.

8.1. VŠEOBECNÝ ÚČEL A ZAŘÍZENÍ ELEKTRONICKÉHO OSCILOSKOPU.

Elektronický osciloskop (EO) je zařízení pro pozorování funkčního vztahu mezi dvěma nebo více fyzikálními veličinami, převedené na elektrické parametry a charakterizující fyzikální proces. Blokové schéma EO je na Obr. 8.1.

Signály parametrů jsou přiváděny na vzájemně kolmé vychylovací desky katodové trubice (CRT) a grafický obraz (oscilogram) studovaného vztahu je pozorován, měřen a fotografován na obrazovce trubice.

Rýže. 8.1. Blokové schéma elektronického osciloskopu.

Při studiu časové závislosti procesu je studovaný signál A přiváděn na vstup zesilovače vertikální výchylky Y (obr. 8.1).

Horizontální pohyb paprsku je vytvářen generátorem skenování, který pohybuje paprskem podél osy X.

Vícepaprskové osciloskopy se používají k současnému studiu dvou nebo více procesů (signálů).

Osciloskopy se dělí na univerzální, zásobníkové, stroboskopické, vysokorychlostní a speciální.

Univerzální osciloskopy jsou uspořádány podle schématu na Obr. 8.1.

Nezapomenutelný mít CRT s úložištěm nabití. Uchovávají obraz signálu po dlouhou dobu (i když je osciloskop vypnutý) a jsou vhodné pro studium jednotlivých a zřídka se opakujících procesů.

V stroboskopický Osciloskopy využívají principu sekvenčního hradlování (tj. záznam ve velmi krátkém čase) okamžitých hodnot signálu k jejich transformaci (komprimaci nebo roztažení v čase). Při každém opakování signálu je okamžitá hodnota signálu navzorkována v jednom bodě, ale bod vzorkování se po signálu posune před příchodem dalšího signálu. Stroboskopické osciloskopy jsou nejširokopásmové a umožňují studovat periodické signály s dobou trvání 10–11 s.

Vyjádřit osciloskopy umožňují studovat nejen periodické, ale i jednotlivé rychlé procesy

Speciální osciloskopy se používají ke studiu televizních nebo vysokonapěťových signálů atd.

8.2. ZAŘÍZENÍ A TYPY CRT.

CRT se nazývají vakuová elektronická zařízení, ve kterých má válec tvar trubice a která využívají toky elektronů soustředěné ve formě paprsků.

Existují jedno-, dvou- a vícepaprskové CRT. Jako hlavní klasifikační znak pro CRT je zvolen jejich účel: příjem nebo vysílání CRT (v televizi), úložné nebo radarové CRT, elektrooptické konvertory.

V recepce CRT převádí sekvence elektrických signálů na viditelný obraz. Takové trubice zahrnují radarové indikátorové trubice, osciloskopové trubice, obrazové trubice a zobrazovací monitory. V vysílající elektronky, naopak se optický obraz převádí na sled elektrických signálů. Obě transformace jsou možné v zásobních trubkách.

Konstrukce většiny typů CRT obsahuje tyto základní prvky: elektronický reflektor, vychylovací systém a obrazovku pro vizuální zobrazování informací.

K vytváření a řízení toků elektronů se používají elektrická i magnetická pole. Elektronický reflektor používaný ve všech CRT je v zásadě stejného typu. Skládá se z katody (obvykle oxidové) a několika elektrod, které tvoří elektronový paprsek: modulátor, urychlovací elektroda, první a druhá anoda (obr. 8.2).

Modulátor je pod malým, vzhledem ke katodě, nastavitelným záporným napětím 5-10 V a stejně jako řídicí mřížka elektronek řídí proud elektronového paprsku, tzn. nakonec - jasem obrazovky.

Osově symetrická elektrická pole v prostorech mezi elektrodami reflektoru tvoří elektrické čočky, vychylování elektronů směrem k ose elektronky, tzn. zaostřování elektronového paprsku. Urychlovací elektroda oddělující modulátor od anod zabraňuje vlivu změn napětí na modulátoru na kvalitu zaostření paprsku.

Rýže. 8.2. Schéma zapojení elektronického CRT reflektoru.

Barva záře obrazovky je určena chemickým složením fosforu naneseného na vnitřní povrch žárovky. Používá se zinksilikát Zn 2 SiO 4 (žlutozelená barva záře), sulfid zinečnatý ZnS s příměsí mědi (zelená záře) nebo stříbra (modrá).

modrá záře). Clony s dlouhým dosvitem, nezbytným pro radar, se vyrábějí ve dvou vrstvách (první vrstva budí záři ve druhé). Obrazovky jsou kulaté nebo obdélníkové; Pro měření naměřených hodnot je na ně aplikována měřítková mřížka.

Jas fosforu závisí na jeho vlastnostech a na energii dodávané do obrazovky. Zvýšení jasu v důsledku proudové hustoty je omezeno narušením zaostřování paprsku a nebezpečím vyhoření fosforu. Hlavním způsobem zvýšení jasu je zvýšení urychlovacího napětí. S rostoucí kinetickou energií elektronů však klesá citlivost elektronky na vychylovací napětí:

s = h / U vypnuto, tzn. velikost výchylky skvrny na elektronkovém sítu h na 1 V vychylovacího napětí.

V moderních CRT dostávají elektrony více energie až poté, co prošly vychylovacím systémem (CRT „po zrychlení“). K tomu je vnitřní povrch baňky od síta k hrdlu pokryt koloidním roztokem grafitu - aquadag, vytvoření vodivé vrstvy, na kterou je aplikováno kladné napětí, větší než napětí druhé anody. Někdy se na vnitřní povrch baňky nanáší vysokoodporová vrstva ve formě spirály s malým stoupáním, takže urychlovací napětí se postupně zvyšuje od druhé anody k stínítku.

Ke studiu dvou nebo více současně se vyskytujících procesů se používají (2-5) ti-beam CRT s odpovídajícím počtem reflektorů, jejichž paprsky jsou zaostřovány a vychylovány nezávisle.

Nezapomenutelný CRT se liší tím, že oscilogram studovaného procesu je zaznamenáván elektronovým paprskem nejen ve formě svítícího obrazu na obrazovce, ale současně také ve formě potenciálního reliéfu na povrchu dielektrika umístěného před obrazovkou, schopné udržet tuto úlevu po dlouhou dobu. To umožňuje následně mnohokrát reprodukovat oscilogram nebo prodloužit dobu jeho žhavení.

V radarových trubicích je signál na obrazovce přijímán v polárních souřadnicích, takže CRT pro radary mají radiálně-azimutální rozmítání paprsku a pracují v režimu jasu signálu dodávaného do modulátoru světlometu. Elektromagnetický vychylovací systém se skládá z dvojice cívek, rotující kolem hrdla tubusu synchronně s otáčením antény radaru. Cívkami protéká lineární pilový proud, který paprsek vychyluje radiálně k okraji obrazovky. CRT musí mít vysoké rozlišení, vysoký jas, vysoký kontrast obrazu, lineární vychylování paprsku a dlouhý dosvit, aby při plné rotaci antény byl na obrazovce zachován úplný obraz označených cílů a místních objektů.

U CRT s elektrostatickým řízením se vychylovací systém skládá ze dvou párů vzájemně kolmých desek X a Y. Pro získání oscilogramu - grafu závislosti studované hodnoty na čase se zkušební napětí přivede na dvojici svislých vychylovací desky "Y" a mezi vodorovnými vychylovacími deskami "X" je přivedeno pilové rozmítavé napětí. Pokud je perioda rozmítání zvolena jako násobek periody sledovaného napětí, pak je na obrazovce pozorován stabilní a jasný obraz (graf) studovaného procesu.

Elektromagnetické zaostřovací a vychylovací systémy produkují výkonnější paprsek pro vysoký jas obrazovky a lepší kvalitu zaostření po celé ploše obrazovky ve srovnání s čistě elektrostatickými systémy.

Zaostřovací cívka umístěná na hrdle tubusu vytváří ostrost heterogenní magnetické pole. Má axiální a radiální složku indukčního vektoru. Pokud elektrony létají do magnetického pole pod úhlem k indukčnímu vektoru, pak v důsledku jejich interakce s radiální složky B r, vzniká Lorentzova síla, která stáčí elektrony kolem osy trubice a uděluje jim úhlovou složku rychlosti. Tato komponenta, interagující s axiální složka Bz indukčního vektoru způsobí vznik síly směřující k ose trubice. Velikost této síly je tím větší, čím dále je elektron vzdálen od osy trubice, takže při opuštění cívky elektrony přicházejí v konvergujícím paprsku s ohniskem na stínítku.

8.3. MĚŘENÍ PARAMETRŮ ELEKTRICKÉHO SIGNÁLU POMOCÍ ELEKTRONICKÉHO OSCILOSKOPU.

Pomocí osciloskopu můžete pozorovat a zaznamenávat tvar pulsů a měřit všechny hlavní parametry periodických procesů: amplitudu napětí, frekvenci a fázi. Princip záznamu a měření napětí U (t) je zřejmý z Obr. 8.1 a způsoby měření frekvence a fáze elektrických oscilací budou diskutovány níže.

Vertikální vychylovací kanály paprsku (paprsků) mají širokopásmové zesilovače. U vícecestných osciloskopů se počet zesilovačů rovná počtu paprsků.

K měření amplitud a trvání signálů se pomocí speciálních kalibračních impulsů přiloží na průhlednou desku přiléhající k obrazovce souřadnicové osy s dílky kalibrovanými v jednotkách napětí (podél osy „Y“) nebo času (podél osy „X“). generované interním generátorem.

Při pozorování periodických procesů (zejména rychlých) je důležité získat na obrazovce osciloskopu statický obraz signálu v závislosti na čase. K tomu je nutné, aby perioda rozmítání byla rovna nebo násobkem periody studovaného signálu. Nicméně. v praxi je tato podmínka zpravidla těžko splnitelná. Proto se používá nucená koordinace period signálu podél os X a Y, tzn. jejich synchronizace.Účelem synchronizace je zajistit, aby frekvence sledovaného signálu a rozmítání byly stejné nebo aby se lišily v Celý kolikrát.

Synchronizace spočívá v tom, že generátor pilového napětí dodává napětí na vychylovací desky „X“ v přesně definovaných časových bodech. Tyto momenty jsou nastaveny buď speciálními hodinovými impulsy generovanými vnějším zdrojem (externí synchronizace), nebo jsou určeny okamžikem, kdy testovací signál dosáhne určité úrovně (vnitřní synchronizace).

Pro měření frekvence a fáze harmonické kmity pomocí elektronického osciloskopu, tzv Figurky Lisajoux (FL). Jedná se o uzavřené trajektorie kreslené bodem, který současně vykonává dva harmonické kmity ve dvou vzájemně kolmých směrech (poprvé je zkoumal francouzský vědec J. Lisajoux). Jsou snadno pozorovatelné na obrazovce osciloskopu, pokud jsou odpovídající harmonické signály aplikovány současně na horizontální a vertikální vychylovací desky.

Vzhled obrazců závisí na vztahu mezi periodami (frekvencemi), fázemi a amplitudami obou kmitů. V nejjednodušším případě jsou rovností obou period PL elipsy, které s fázovým rozdílem j = 0

nebo j = p degenerují do přímých segmentů, a když j = p / 2 a stejné amplitudy, přecházejí do kruhů (obr. 8.3).

Rýže. 8.3. Pohled na Lisajousovy obrazce s různými poměry period oscilací (1:1, 1:2 atd.) a fázovými rozdíly.

Pokud se periody obou kmitů přesně neshodují, pak se jejich fázový rozdíl neustále mění, v důsledku čehož se elipsa plynule deformuje. Ve výrazně odlišných obdobích nejsou pozorovány uzavřené křivky, ale pokud jsou období spojena jako celá čísla, získají se PL složitějšího tvaru, z nichž některé jsou znázorněny na Obr. 8.3.

Elektronický osciloskop (EO) je zařízení, kterým se pozorují, zkoumá a měří amplitudy elektrických signálů a jejich časovací parametry. Takové zařízení je nejběžnější rádiovou měřicí jednotkou, díky které můžete vidět probíhající elektrické procesy bez ohledu na okamžik, kdy se puls objeví a jeho trvání. Z obrazu přenášeného na obrazovku je možné přesně určit kolísání amplitudy studovaného signálu a jeho trvání na libovolné části sítě.

Osciloskopy pracující na bázi katodové trubice jsou objemné a málo pohyblivé jednotky. Vyznačují se však vysokou přesností měření. Taková zařízení jsou schopna rychle zpracovat příchozí signály. Mají široký frekvenční rozsah a vynikající citlivost.

Rozsah použití EO

Rozsah osciloskopů je široký. S jejich pomocí bude výzkumník schopen pozorovat tvary elektrických impulsů, díky čemuž se toto zařízení stalo nepostradatelným „pomocníkem“ při nastavování elektronických zařízení. Schopnosti EO:

• stanovení napěťových a časových parametrů signálu a jeho frekvence;
• pozorování průběhu;
• sledování zkreslení pulzu na jakékoli části sítě;
• stanovení fázového posunu;
• měření proudu, odporu.

Při měření hodnot napětí v elektrických obvodech nespotřebovává osciloskop prakticky žádnou energii a pracuje v širokém frekvenčním rozsahu.

Elektronický osciloskop se používá ve výzkumných laboratořích, diagnostických autoservisech a opravnách elektroniky. Díky tomuto zařízení můžete rychle určit příčinu poruchy mikroobvodu.

Zařízení elektronických osciloskopů

Přes širokou škálu rádiových měřicích přístrojů je obvod osciloskopu, bez ohledu na model a konstrukční vlastnosti jednotek, přibližně stejný. Nejdůležitější složky každého EO:

• katodovou trubici (CRT);
• vychylovací kanály (vertikální a horizontální);
• Ovládací blok;
• kalibrátory;
• zdroj napájení.

Hlavní částí EO je vakuová CRT, což je podlouhlá skleněná nádoba. Obsahuje komplex elektrod (tzv. elektronové dělo) a fosforové stínítko, díky kterému lze pozorovat bioluminiscenci v důsledku vstupu elektronů. Vakuová elektronka dále obsahuje katodu, modulátor, 2 anody a dvojici vychylovacích desek. Horizontální kanál obsahuje generátor skenování, synchronizační zařízení a zesilovač. Vertikální vychylovací kanál obsahuje propojovací kabel, vstupní přepínač a děliče napětí.

Řídicí jednotka je navržena tak, aby osvětlovala dopředný zdvih a je nezbytná pro zhášení elektronového paprsku během zpětného zdvihu. Kalibrátor je zařízení, které plní funkci generátoru napětí. Je určen pro vysoce přesné stanovení frekvence a amplitudy pulzních signálů. Napájecí zdroj napájí všechny komponenty a mechanismy EO. Do bloku je přivedeno napětí 220V, po kterém je převedeno a nasměrováno na žhavící vlákna, zesilovače generátoru a další součásti zařízení.

Vlastnosti činnosti elektronických osciloskopů

Provoz jakéhokoli modelu EO zahrnuje transformaci studovaných pulzů na vizuální obraz zobrazený na obrazovce vakuové CRT. Elektrony jsou emitovány pomocí elektronového děla, které je umístěno proti konci trubice paprsku. Mezi elektrodovým systémem a stínítkem je modulátor, kterým se nastavuje tok elektronů, a dále 2 páry desek, které umožňují horizontální nebo vertikální vychylování elektronového paprsku.

Princip činnosti CRT je následující: do vlákna se přivádí střídavé napětí a do modulátoru se přivádí konstantní napětí. Vychylovací desky jsou napájeny konstantním napětím, díky kterému se tok elektronů posouvá do stran, a střídavým napětím nutným k vytvoření skenovací linie. Jeho délka je ovlivněna amplitudou pilového napětí. Když je napětí aplikováno současně na jednu a druhou dvojici destiček, na obrazovce se zobrazí sinusová skenovací čára studovaného pulzu.

Výběr EO v závislosti na účelu

Nejběžnější modely elektronických osciloskopů jsou považovány za univerzální zařízení. V nich je studovaný signál přiváděn přes atenuátory a zesilovače do vertikálně vychylujícího CRT. Vodorovný sklon vzniká díky generátoru rozmítání. Taková zařízení umožňují studovat elektrické impulsy v širokém rozsahu frekvencí a amplitud. Díky těmto modelům osciloskopů je možné měřit dobu trvání příchozího signálu ve zlomcích sekund.

Použití stroboskopických elektronických osciloskopů umožňuje studovat tvary a měřit amplitudové a časové parametry periodicky se vyskytujících signálů. Taková zařízení jsou nezbytná pro studium přechodových procesů ve vysokorychlostní polovodičové technologii, mikromodulech a integrovaných zařízeních. Pomocí tohoto měřicího zařízení můžete pozorovat opakující se signály s trváním zlomku sekundy.

Speciální katodové osciloskopy jsou určeny k řešení specifických problémů. Nejčastěji se taková zařízení používají ke studiu televizních a radarových signálů. Speciální jednotky obsahují ve svém designu specifické komponenty.

Široce používané jsou také paměťové osciloskopy. Používají se, když je potřeba studovat pomalé procesy a jednotlivé pulzy. Takové modely EO jsou vybaveny speciálním zařízením s pamětí, díky kterému je možné přijatá data po určitou dobu ukládat. V případě potřeby lze signál reprodukovat pro jeho studium a následné zpracování.

Pro sledování harmonických nebo pulzních signálů proudících v reálném čase v jednotkách nanosekund se používají vysokorychlostní EO. Rychlého zpracování pulsů takovými zařízeními je dosaženo použitím CRT s postupnou vlnou. Tato zařízení nemají generující zesilovač ve vertikálním vychylovacím kanálu.

Velmi žádané jsou také EO s vyměnitelnými bloky. Změnou jednotky na zařízení můžete změnit její charakteristiky a základní provozní parametry, jako jsou:

• šířka pásma;
• sweep faktor;
• hodnota odchylky.

Změnou bloku je možné změnit funkčnost zařízení.

Výběr EO v závislosti na počtu kanálů

Výrobci rádiových měřicích přístrojů vyrábějí osciloskopy, které mohou být jedno, dvou nebo vícepaprskové, stejně jako dvou a vícekanálové. Jednopaprskové EO je jednotka, která má jedno vstupní zařízení. Nejběžnější jsou dvoupaprsková a dvoukanálová zařízení. Jsou určeny pro současné pozorování a studium dvou pulzních signálů na jedné CRT obrazovce.

Dvoupaprskové osciloskopy jsou vhodné pro použití, když je potřeba porovnávat pulzní signály na výstupu a vstupu, pro sledování různých převodníků a pro řešení dalších problémů. Tato elektronická zařízení mají 4 provozní režimy:

1. Jednokanálový, když je aktivován, funguje pouze jeden ze dvou kanálů.
2. Střídání, které umožňuje zapnout jeden a druhý kanál postupně po každém skenování.
3. Přerušení, které umožňuje aktivaci obou kanálů. K jejich přepínání však dochází s nestejnou frekvencí.
4. Přídavek, díky kterému oba kanály pracují při stejné zátěži.

Dvoukanálová a dvoupaprsková zařízení mají své výhody a nevýhody. Výhodami prvního z nich jsou rozpočtová cena a vynikající technické vlastnosti. Výhody druhého spočívají v možnosti studovat dva signály samostatně i společně. Vícepaprsková elektronická zařízení jsou vyráběna na dvoupaprskovém principu. Kolik paprsků má osciloskop, má stejný počet signálových vstupů.

Výhody elektronických osciloskopů

Elektronické osciloskopy mají řadu důležitých výhod:

• provozní měření amplitudy signálu osciloskopem;
• vysoká stabilita obrazu;
• zvýšená citlivost;
• Obrovská funkčnost pro praktické použití.

Měření provedená EO jsou výjimečně jasná. S jejich pomocí můžete zvážit jakékoli elektrické procesy. Pomocí obrazu na CRT je možné měřit a porovnávat proudy a napětí bez ohledu na tvar a také vyhodnocovat jejich amplitudové hodnoty a fázové charakteristiky různých zařízení. Osciloskop je jednoduchý přístroj s vysokou přesností měření. Přítomnost velkého množství takových rádiových měřicích zařízení vám umožní vybrat zařízení pro konkrétní účely.

Vlastnosti připojení EO

Rádiové měřicí zařízení musí být připojeno ke zdroji studovaných signálů pomocí vodičů a koaxiálního kabelu. Připojovací vodiče by měly být použity pro sledování nepřetržitých nízko a středně frekvenčních pulzů. Pro studium pulsů a vysokofrekvenčních napětí je vhodné použít vysokofrekvenční kabely. Pro oslabení vlivu vstupního obvodu je zařízení připojeno pomocí opakovače. Takové zařízení má vysoký aktivní odpor, malou vstupní kapacitu, stejné parametry amplitudy a frekvence a nízký koeficient přenosu.

V případech měření napětí vysokonapěťovým impulsem musí být mezi výstup zdroje signálu a vstup do rádiového měřicího zařízení zařazen napěťový dělič. Aby nedocházelo ke zkreslení při vydávání krátkých impulsů, je vhodné použít vysokofrekvenční kabely s minimální délkou. Pokud je nutné získat oscilogramy s proudovými impulsy, měl by být do studovaného obvodu zařazen přídavný rezistor s malou hodnotou indukčnosti.