Zasada działania oscyloskopu analogowego. Zasada działania oscyloskopu

W artykule szczegółowo opisano, jak używać oscyloskopu, co to jest i do jakich celów jest potrzebny. Żadne laboratorium nie może istnieć bez sprzętu pomiarowego i źródeł sygnałów, napięć i prądów. A jeśli planujesz projektować i tworzyć różne urządzenia (zwłaszcza jeśli mówimy o technologii wysokiej częstotliwości, na przykład zasilaczach inwertorowych), to zrobienie czegokolwiek bez oscyloskopu będzie problematyczne.

Co to jest oscyloskop

To urządzenie, które pozwala „zobaczyć” napięcie, a dokładniej jego kształt w określonym przedziale czasu. Za jego pomocą można zmierzyć wiele parametrów - napięcie, częstotliwość, prąd, kąty fazowe. Ale to, co jest szczególnie dobre w tym urządzeniu, to to, że pozwala wizualnie ocenić kształt sygnału. Rzeczywiście w większości przypadków to ona mówi o tym, co dokładnie dzieje się w obwodzie, w którym przeprowadzany jest pomiar.

Na przykład w niektórych przypadkach napięcie może zawierać nie tylko stałą, ale także składową zmienną. A kształt drugiego może być daleki od idealnej sinusoidy. Na przykład woltomierze odbierają taki sygnał z dużymi błędami. Przyrządy wskaźnikowe dadzą jedną wartość, cyfrowe - znacznie mniej, a woltomierze prądu stałego - kilka razy więcej. Najdokładniejszy pomiar można przeprowadzić za pomocą urządzenia opisanego w artykule. I nie ma znaczenia, czy używany jest oscyloskop H3013 (sposób jego użycia omówiono poniżej), czy inny model. Pomiary są takie same.

Cechy urządzenia

Jest to dość proste w wykonaniu - należy podłączyć kondensator do wejścia wzmacniacza. W tym przypadku wejście jest zamknięte. Należy pamiętać, że w tym trybie pomiaru sygnały o niskiej częstotliwości o częstotliwości mniejszej niż 5 Hz są tłumione. Dlatego można je mierzyć tylko w trybie otwartego wejścia.

Gdy przełącznik ustawiony jest w pozycji środkowej, wzmacniacz zostaje odłączony od złącza wejściowego i następuje zwarcie w obudowie. Dzięki temu istnieje możliwość zamontowania zamiatania. Ponieważ nie można używać oscyloskopu S1-49 i analogów bez znajomości podstawowych elementów sterujących, warto o nich porozmawiać bardziej szczegółowo.

Wejście kanału oscyloskopu

Na przednim panelu umieszczono skalę w płaszczyźnie pionowej - określa się ją za pomocą regulatora czułości kanału, wzdłuż którego odbywa się pomiar. Skalę można zmieniać nie płynnie, ale stopniowo, za pomocą przełącznika. Jakie wartości można za jego pomocą ustawić, spójrz na obudowę obok. Na tej samej osi z tym przełącznikiem znajduje się regulator do płynnej regulacji (tutaj jak zastosować oscyloskop S1-73 i podobne modele).

Na przednim panelu znajdziemy uchwyt z dwustronną strzałką. Jeśli go obrócisz, wykres tego kanału zacznie się poruszać w płaszczyźnie pionowej (w dół i w górę). Należy pamiętać, że obok tego pokrętła znajduje się grafika pokazująca, w którą stronę należy je obrócić, aby zmienić wartość mnożnika w górę lub w dół. oba kanały są takie same. Dodatkowo na przednim panelu znajdują się pokrętła służące do regulacji kontrastu, jasności i synchronizacji. Warto zaznaczyć, że cyfrowy oscyloskop kieszonkowy (rozmawiamy o obsłudze urządzenia) również posiada szereg ustawień wyświetlania wykresów.

Jak dokonywane są pomiary?

W dalszym ciągu opisujemy, jak używać oscyloskopu cyfrowego lub analogowego. Ważne jest, aby pamiętać, że wszystkie mają wadę. Cechą, o której warto wspomnieć, jest to, że wszystkie pomiary przeprowadzane są wizualnie, więc istnieje ryzyko, że błąd będzie duży. Należy również wziąć pod uwagę fakt, że napięcia przemiatania mają wyjątkowo niską liniowość, co prowadzi do przesunięcia fazowego lub częstotliwości o około 5%. Aby zminimalizować te błędy należy spełnić jeden prosty warunek – wykres powinien zajmować około 90% powierzchni ekranu. Podczas pomiaru częstotliwości i napięcia (istnieje przedział czasowy) elementy sterujące wzmocnieniem sygnału wejściowego i regulacją prędkości przemiatania powinny być ustawione w skrajnie prawym położeniu. Warto zwrócić uwagę na jedną cechę: ponieważ nawet początkujący może korzystać z oscyloskopu cyfrowego, urządzenia z lampą elektronopromieniową straciły na znaczeniu.

Jak zmierzyć napięcie

Aby zmierzyć napięcie, należy użyć wartości skali w płaszczyźnie pionowej. Aby rozpocząć, musisz wykonać jeden z następujących kroków:

1. Połącz ze sobą oba zaciski wejściowe oscyloskopu.
2. Przesuń przełącznik trybu wejściowego do pozycji odpowiadającej połączeniu ze wspólnym przewodem. Następnie użyj regulatora, obok którego znajduje się dwukierunkowa strzałka, aby upewnić się, że linia skanowania pokrywa się z linią środkową (poziomą) na ekranie.

Przełącz urządzenie w tryb pomiarowy i podaj sygnał na wejście, które chcesz sprawdzić. W takim przypadku przełącznik trybu jest ustawiony w dowolnej pozycji roboczej. Ale jak korzystać z przenośnego oscyloskopu cyfrowego? To trochę bardziej skomplikowane - takie urządzenia mają znacznie więcej regulacji.

W rezultacie możesz zobaczyć wykres na ekranie. Aby dokładnie zmierzyć wzrost, użyj pióra z poziomą dwustronną strzałką. Upewnij się, że górny punkt wykresu przypada na ten znajdujący się w środku. Jest na nim podziałka, więc dużo łatwiej będzie obliczyć efektywne napięcie w obwodzie.

Jak mierzyć częstotliwość

Za pomocą oscyloskopu można mierzyć przedziały czasu, w szczególności okres sygnału. Rozumiesz, że częstotliwość dowolnego sygnału jest zawsze proporcjonalna do okresu. Pomiary okresu można wykonywać w dowolnym obszarze oscylogramu. Ale wygodniej i dokładniej jest mierzyć w tych punktach, w których wykres przecina oś poziomą. Dlatego przed rozpoczęciem pomiarów należy ustawić skan dokładnie na poziomą linię znajdującą się pośrodku. Ponieważ korzystanie z przenośnego oscyloskopu cyfrowego jest znacznie łatwiejsze niż korzystanie z analogowego, te ostatnie już dawno poszły w zapomnienie i rzadko są używane do pomiarów.

Następnie za pomocą uchwytu oznaczonego poziomą strzałką dwukierunkową należy przesunąć początek kropki z lewą linią na ekranie. Po obliczeniu okresu sygnału można zastosować prosty wzór do obliczenia częstotliwości. Aby to zrobić, musisz podzielić jednostkę przez wcześniej obliczony okres. Dokładność pomiaru jest różna. Aby go zwiększyć, należy maksymalnie rozciągnąć wykres w poziomie.

Zwróć uwagę na jedną prawidłowość: wraz ze wzrostem okresu częstotliwość maleje (proporcja jest odwrotna). I odwrotnie - wraz ze spadkiem okresu częstotliwość wzrasta. Niski margines błędu występuje, gdy jest on mniejszy niż 1 procent. Ale nie każdy oscyloskop może zapewnić tak wysoką dokładność. Tak dokładne pomiary można uzyskać jedynie przy pomocy cyfrowych, w których skan jest liniowy.

Jak określa się przesunięcie fazowe?

A teraz o tym, jak wykorzystać oscyloskop S1-112A do pomiaru przesunięcia fazowego. Ale najpierw definicja. Przesunięcie fazowe jest cechą pokazującą, jak dwa procesy (oscylacyjne) są umiejscowione względem siebie w pewnym okresie czasu. Co więcej, pomiar nie następuje w sekundach, ale w częściach okresu. Innymi słowy, jednostką miary są jednostki kąta. Jeżeli sygnały są równomiernie rozmieszczone względem siebie, to ich przesunięcie fazowe również będzie takie samo. Co więcej, nie zależy to od częstotliwości i okresu - rzeczywista skala wykresów na osi poziomej (czasu) może być dowolna.

Maksymalna dokładność pomiaru będzie rozciągnięta na całą długość ekranu. W oscyloskopach analogowych wykres sygnału dla każdego kanału będzie miał tę samą jasność i kolor. Aby odróżnić te wykresy od siebie, konieczne jest, aby każdy z nich miał własną amplitudę. I ważne jest, aby napięcie dostarczane do pierwszego kanału było jak największe. Dzięki temu synchronizacja obrazu na ekranie będzie znacznie lepsza. Oto jak korzystać z oscyloskopu S1-112A. Pozostałe urządzenia różnią się nieco działaniem.

Oscyloskop elektroniczny służy do badania szybko zmieniających się procesów okresowych. Na przykład za pomocą oscyloskopu można zmierzyć prąd i napięcie oraz zbadać ich zmianę w czasie. Można mierzyć i porównywać częstotliwości i amplitudy różnych napięć przemiennych. Ponadto oscyloskop przy zastosowaniu odpowiednich przetworników umożliwia badanie procesów nieelektrycznych, np. pomiar krótkich odcinków czasu, okresów oscylacji itp. Zaletami oscyloskopu elektronowego jest jego duża czułość i bezwładność. swobodne działanie, które pozwala badać procesy, których czas trwania jest rzędu 10 –6  10 –8 s.

Głównym elementem oscyloskopu elektronicznego jest kineskop(CRT). Schematyczna budowa takiej rurki pokazana jest na rys Ryż. 3. Lampa elektronopromieniowa składa się z szeregu metalowych elektrod umieszczonych w szklanym pojemniku. Z balonu wypompowuje się powietrze do ciśnienia około 10–6 mmHg. Sztuka. Na przód balonu nakładana jest cienka warstwa środka fluorescencyjnego. Pod wpływem wiązki elektronów ekran fluorescencyjny (8) zaczyna świecić.

Rozważmy elektrody kineskopu w kolejności, w jakiej się pojawiają. Żarnik (1), przez który przepływa prąd przemienny, nagrzewa katodę (2). Elektrony wylatują z katody w wyniku emisji termoelektrycznej.

Emisja termojonowa- Jest to zjawisko emisji elektronów przez nagrzane ciała.

Za katodą znajduje się elektroda sterująca (3) w postaci siatki lub cylindra z otworami. Jego działanie jest podobne do działania siatki sterującej w lampie elektronowej. Kiedy potencjał elektrody sterującej zmienia się względem katody, zmienia się natężenie przepływu elektronów, zmieniając tym samym jasność plamki świetlnej na ekranie lampy.

Pierwsza i druga anoda (4 i 5), w postaci cylindrów z membranami, zapewniają niezbędną prędkość ruchu elektronów i wytwarzają pole elektryczne o określonej konfiguracji, skupiając przepływ elektronów w wąską wiązkę (wiązkę).

Skupiona wiązka elektronów przechodzi następnie pomiędzy dwiema parami wzajemnie prostopadłych płytek odchylających. Przy różnych potencjałach na jednej z par płytek odchylających wiązka jest odchylana w stronę płytki o wyższym potencjale. Ugięcie wiązki jest proporcjonalne do przyłożonego napięcia. Płytki pionowe (7) zapewniają poziomy ruch wiązki elektronów po ekranie, a płytki poziome (6) zapewniają pionowy ruch wiązki.

1 - włókno, 2 - katoda, 3 - elektroda sterująca, 4 - pierwsza anoda, 5 - druga anoda, 6 - płytki odchylające pionowe, 7 - płytki odchylające poziome, 8 - ekran fluorescencyjny

Schemat blokowy oscyloskopu pokazano w Ryż. 4. Oscyloskop składa się z lampy elektronopromieniowej (CRT), generatora napięcia przemiatającego i dwóch wzmacniaczy. Jeden ze wzmacniaczy, przeznaczony do wzmacniania badanego napięcia, nazywany jest zwykle wzmacniaczem pionowym, ponieważ napięcie z niego dostarczane jest do poziomych płytek lampy elektronopromieniowej, co zapewnia pionowe odchylenie wiązki wzdłuż ekranu. Napięcie z drugiego wzmacniacza podawane jest na płytki pionowe, które zapewniają poziomy ruch wiązki. Wzmacniacz ten nazywa się poziomym. Napięcie generatora skanującego jest dostarczane do płytek poprzez wzmacniacz poziomy.

Aby zbadać naturę zmian sygnałów elektrycznych w czasie, zastosowano specjalnie wbudowane w oscyloskop urządzenie, tzw generator skanów. Generator ten wytwarza napięcie piły ( Ryż.4), które w tym czasie
rośnie liniowo od zera do wartości maksymalnej
, a potem w bardzo krótkim czasie
spada do zera. Częstotliwość napięcia rampy można zmienić za pomocą uchwytu „ częstotliwość przemiatania". Do płytek pionowych przykładane jest zwykle napięcie piłokształtne. W tym przypadku wiązka odchyla się w poziomie o wielkość proporcjonalną do wartości napięcia piłokształtnego w danym momencie. Ponieważ napięcie to rośnie liniowo w czasie, wiązka porusza się poziomo równomiernie, co odpowiada upływowi czasu, a co za tym idzie, poziome przemieszczenie wiązki jest proporcjonalne do czasu, dlatego po włączeniu generatora skanowania za oś czasu uważa się poziome przemieszczenie.

Przy niskich częstotliwościach skanowania można zobaczyć postępujący, równomierny ruch punktu w poziomie. Jeśli częstotliwość skanowania jest wysoka, na ekranie widoczna jest tylko pozioma linia. Dzieje się tak na skutek bezwładności percepcji wzrokowej i poświaty tuby, tj. Wizualnie przy wysokich częstotliwościach nie mamy czasu zauważyć sekwencyjnego ruchu wiązki po ekranie od lewej do prawej w miarę wzrostu napięcia. Od zera do maksimum i niemal natychmiastowy powrót wiązki do pierwotnej pozycji. Na każdym kolejnym „zębie piły” wiązka porusza się po tym samym śladzie od lewej do prawej w poziomie i z powrotem, a proces ten powtarza się z częstotliwością równą częstotliwości skanowania.

Aby zobaczyć, jak zmienia się testowane napięcie w czasie, należy jednocześnie zastosować Wejście X „przemiatanie napięcia przy włączonym” Wejście Na „Badany sygnał
. Niech do czasu badany sygnał osiąga wartość
i wartości napięcia przemiatania
. Wiązka uczestnicząc jednocześnie w dwóch wzajemnie prostopadłych ruchach: poziomym (pod wpływem napięcia skanującego) i pionowym (pod wpływem napięcia probierczego)
), przejdę do rzeczy (Ryc.5). Jeżeli badane napięcie zmienia się zgodnie z prawem harmonicznym, a jego okres pokrywa się z okresem przemiatania
, potem z biegiem czasu
na ekranie wiązka „wypisze” jeden okres sinusoidy. Na każdym kolejnym zębie piły, gdy napięcie osiągnie wartości
,
,
itp. wiązka elektronów trafi odpowiednio w te same punkty ,,itp. sinusoidy, jak na pierwszym „zębie”.

Obraz na ekranie oscyloskopu będzie nieruchomy, jeśli okres przemiatania będzie równy lub będzie liczbą całkowitą większą niż okres badanego sygnału. Jeśli ten warunek nie zostanie spełniony (często ma to miejsce w wyniku niestabilności częstotliwości generatora skanującego), obraz będzie „pływał” po ekranie.

Aby zmierzyć okres, należy przyłożyć testowane napięcie do poziomych płytek i włączyć generator skanowania ” WejścieX ", przykładając napięcie piłowe do płytek pionowych. Obracając pokrętło " generator zamiatania", uzyskaj stabilny obraz na ekranie - sinusoidę. Policz liczbę komórek okresu sinusoidy i mnożąc przez wartość podziału generatora przemiatania, uzyskaj okres oscylacji.

Urządzenie oscyloskopowe

Oscyloskop(łac. oscillo - kołysanie + greckie γραφω - pisanie) - urządzenie przeznaczone do badania (obserwowania, rejestrowania; także pomiaru) parametrów amplitudy i czasu sygnału elektrycznego podawanego na jego wejście lub bezpośrednio na ekran.

Według celu i metody wyprowadzania informacji pomiarowych:

Oscyloskopy okresowe do bezpośredniej obserwacji kształtu sygnału na ekranie (promień katodowy, ciekły kryształ itp.);

Oscyloskopy ze skanowaniem ciągłym do rejestracji krzywej na taśmie fotograficznej (oscyloskop pętlowy).

W drodze przetwarzania sygnału wejściowego

Analog;

Cyfrowy

Według liczby wiązek: pojedyncza wiązka, podwójna wiązka itp. Liczba wiązek może osiągnąć 16 lub więcej (oscyloskop n-wiązkowy ma n wejść sygnałowych i może jednocześnie wyświetlać n wykresów sygnałów wejściowych na ekranie ).

Oscyloskopy z okresowym skanowaniem dzielą się na: uniwersalne (zwykłe), szybkie, stroboskopowe, pamięciowe i specjalne; Oscyloskopy cyfrowe mogą łączyć możliwość korzystania z różnych funkcji.

Istnieją również oscyloskopy połączone z innymi przyrządami pomiarowymi (na przykład multimetrem).

Oscyloskop może również występować nie tylko jako samodzielne urządzenie, ale również jako dekoder do komputera (podłączany poprzez dowolny port: LPT, COM, USB, wejście karty dźwiękowej).

Za pomocą oscyloskopu elektronicznego można obserwować kształt sygnału elektrycznego, co czyni go niezbędnym przy ustawianiu i badaniu sprzętu elektronicznego. Ponadto oscyloskop elektroniczny może mierzyć napięcie w badanych obwodach; jednocześnie praktycznie nie pobiera energii z badanego obwodu i może pracować w szerokim zakresie częstotliwości. Dzięki tym właściwościom urządzenie znajduje szerokie zastosowanie nie tylko w radiotechnice, ale także w innych obszarach badań naukowych.

Pomimo różnorodności obwodów oscyloskopów elektronicznych, opierają się one na zastosowaniu lampy elektronopromieniowej (CRT). Oscyloskop z wyświetlaczem CRT składa się z lampy elektronopromieniowej, modułu skanowania poziomego i wzmacniacza wejściowego (w celu wzmocnienia słabych sygnałów wejściowych). Zawiera także bloki pomocnicze: moduł kontroli jasności, moduł skanowania pionowego, kalibrator czasu trwania, kalibrator amplitudy.

Rozważmy typową lampę elektronopromieniową sterowaną elektrostatycznie. W rurze panuje wysoka próżnia, dzięki czemu elektrony mogą poruszać się bez zderzeń z cząsteczkami powietrza (rysunek 1).

Ogrzana katoda jest źródłem elektronów. Elektrony lecą wzdłuż osi lampy pod wpływem działania elektrody przyspieszającej lub anody A, której potencjał jest utrzymywany dodatni (kilkaset lub tysiące woltów) w stosunku do katody K.

W najprostszym przypadku anoda jest okrągłym dyskiem z otworem, z którego wyłania się pewna liczba elektronów w postaci wąskiej wiązki (wiązki elektronów). Wiązka rozchodząca się wzdłuż osi tuby trafia na ekran fluorescencyjny, gdzie część energii kinetycznej elektronów zamieniana jest na energię świetlną i pojawia się świetlista plamka.

Katoda jest otoczona cylindryczną elektrodą G, która ma potencjał ujemny w stosunku do katody. Elektroda spełnia dwie funkcje: zbiera elektrony wzdłuż osi lampy i kontroluje (podobnie jak siatka w lampie próżniowej) liczbę elektronów przechodzących od katody do anody. W lampie katodowej liczba elektronów, zależna od potencjału elektrody sterującej, określa jasność plamki świetlnej na ekranie lampy. Katoda, siatka i anoda tworzą tak zwane „działo elektronowe” lub „elektroniczny reflektor”.

W tubie prostego urządzenia świecący punkt na ekranie będzie bardziej przypominał świetlisty dysk niż kropkę. Dzieje się tak na skutek działania sił wzajemnego odpychania elektronów w wiązce i ich odchylenia od osi. Dlatego konieczne jest posiadanie urządzenia przekształcającego rozbieżną wiązkę elektronów w zbieżną. Przez analogię do optyki proces ten nazywa się ogniskowaniem.

W ogniskowaniu elektrostatycznym wprowadza się dwie lub więcej anod, przy czym potencjał drugiej anody jest wyższy niż potencjał pierwszej. Elektron, który odchylił się od osi działa elektronowego, wchodzi w pole pomiędzy dwiema anodami, podążając zgodnie z kierunkiem linii pola elektrycznego, tj. jest odchylany do wewnątrz w kierunku osi. Stopień zbieżności, a co za tym idzie położenie ogniska można zmienić poprzez zmianę potencjału jednej z anod.

Plamka świetlna przesuwa się po ekranie zgodnie z testowanym napięciem. Wiązka elektronów przechodzi pomiędzy dwiema parami płytek odchylających, do których przykładane jest napięcie. Jedna para płytek X1 i X2 wytwarza poprzeczne pole elektryczne, powodujące odchylenie wiązki w kierunku poziomym. Kolejna para płytek Y1 i Y2 powoduje pionowe odchylenie belki. Czułość odchylania określana jest poprzez przemieszczenie plamki świetlnej na ekranie spowodowane różnicą potencjałów pomiędzy płytkami wynoszącą 1 V. Czułość jest odwrotnie proporcjonalna do napięcia przyspieszającego, dlatego pożądane jest niskie napięcie anodowe. Istnieją jednak wymagania odwrotne: jasność plamki wzrasta wraz ze wzrostem napięcia anodowego. Średnia czułość napięciowa typowej lampy oscyloskopowej wynosi nieco mniej niż 1 mm/V.

1. Ogólne przeznaczenie i konstrukcja oscyloskopu elektronicznego.

2. Budowa i typy lamp elektronopromieniowych.

3. Pomiar parametrów sygnałów elektrycznych za pomocą oscyloskopu elektronicznego.

8.1. OGÓLNE PRZEZNACZENIE I URZĄDZENIE OSCYLOSKOPU ELEKTRONICZNEGO.

Oscyloskop elektroniczny (EO) to urządzenie służące do obserwacji zależności funkcjonalnej pomiędzy dwiema lub większą liczbą wielkości fizycznych, przeliczonych na parametry elektryczne i charakteryzujących proces fizyczny. Schemat blokowy EO pokazano na rys. 8.1.

Sygnały parametrów podawane są na wzajemnie prostopadłe płytki odchylające kineskopu (CRT), po czym na ekranie lampy obserwuje się, mierzy i fotografuje obraz graficzny (oscylogram) badanej zależności.

Ryż. 8.1. Schemat blokowy oscyloskopu elektronicznego.

Badając zależność procesu od czasu, badany sygnał A jest podawany na wejście wzmacniacza odchylania pionowego Y (ryc. 8.1).

Poziomy ruch wiązki jest generowany przez generator skanujący, który przesuwa wiązkę wzdłuż osi X.

Oscyloskopy wielowiązkowe służą do jednoczesnego badania dwóch lub więcej procesów (sygnałów).

Oscyloskopy dzielą się na uniwersalne, pamięciowe, stroboskopowe, szybkie i specjalne.

uniwersalny oscyloskopy są rozmieszczone zgodnie ze schematem na ryc. 8.1.

Niezapomniany mieć CRT z magazynowaniem ładunku. Zachowują obraz sygnału przez długi czas (nawet przy wyłączonym oscyloskopie) i są wygodne do badania pojedynczych i rzadko powtarzanych procesów.

W stroboskopowy Oscyloskopy wykorzystują zasadę bramkowania sekwencyjnego (czyli rejestrowania w bardzo krótkim czasie) chwilowych wartości sygnału w celu jego transformacji (kompresji lub rozciągnięcia w czasie). Przy każdym powtórzeniu sygnału chwilowa wartość sygnału jest próbkowana w jednym punkcie, ale punkt próbkowania przesuwa się wzdłuż sygnału przed nadejściem następnego sygnału. Oscyloskopy stroboskopowe są najbardziej szerokopasmowe i umożliwiają badanie sygnałów okresowych o czasie trwania 10–11 sekund.

Wyrazić oscyloskopy umożliwiają badanie nie tylko procesów okresowych, ale także pojedynczych szybkich procesów

Specjalny oscyloskopy służą do badania sygnałów telewizyjnych lub wysokiego napięcia itp.

8.2. URZĄDZENIE I TYPY CRT.

CRT nazywane są próżniowymi urządzeniami elektronicznymi, w których cylinder ma kształt rury i wykorzystują przepływy elektronów skupione w postaci wiązek.

Istnieją kineskopy jedno-, dwu- i wielowiązkowe. Jako główną cechę klasyfikacyjną kineskopów wybiera się ich cel: odbieranie lub przesyłanie kineskopów (w telewizji), kineskopy pamięciowe lub radarowe, konwertery elektrooptyczne.

W przyjęcie CRT przekształca sekwencje sygnałów elektrycznych w widzialny obraz. Lampy takie obejmują lampy wskaźników radarowych, lampy oscyloskopowe, lampy obrazowe i monitory. W transmitowanie przeciwnie, obraz optyczny przetwarzany jest na ciąg sygnałów elektrycznych. Obie transformacje są możliwe w probówkach magazynowych.

Konstrukcje większości typów kineskopów zawierają następujące podstawowe elementy: elektroniczny reflektor, system odchylania i ekran do wizualnego wyświetlania informacji.

Do tworzenia i kontrolowania przepływów elektronów wykorzystywane są pola elektryczne i magnetyczne. Reflektor elektroniczny stosowany we wszystkich kineskopach jest w zasadzie tego samego typu. Składa się z katody (zwykle tlenkowej) i kilku elektrod tworzących wiązkę elektronów: modulatora, elektrody przyspieszającej, pierwszej i drugiej anody (ryc. 8.2).

Modulator znajduje się pod niewielkim, w stosunku do katody, regulowanym napięciem ujemnym wynoszącym 5-10 V i podobnie jak siatka sterująca lamp elektronowych steruje prądem wiązki elektronów, tj. docelowo – przez jasność ekranu.

Osiowo symetryczne pola elektryczne w przestrzeniach pomiędzy elektrodami reflektora tworzą pola elektryczne soczewki, odchylające elektrony w kierunku osi lampy, tj. skupiając wiązkę elektronów. Elektroda przyspieszająca oddzielająca modulator od anod zapobiega wpływowi zmian napięcia na modulatorze na jakość skupienia wiązki.

Ryż. 8.2. Schemat obwodu elektronicznego reflektora CRT.

Kolor blasku ekranu zależy od składu chemicznego luminoforu naniesionego na wewnętrzną powierzchnię żarówki. Stosuje się krzemian cynku Zn 2 SiO 4 (żółto-zielona barwa blasku), siarczek cynku ZnS z domieszką miedzi (zielona łuna) lub srebra (niebieski blask).

niebieska poświata). Ekrany z długą poświatą niezbędną dla radaru wykonane są w dwóch warstwach (pierwsza warstwa wzbudza blask w drugiej). Ekrany są okrągłe lub prostokątne; Nakładana jest na nie siatka skali w celu pomiaru mierzonych wartości.

Jasność luminoforu zależy od jego właściwości i mocy dostarczanej do ekranu. Wzrost jasności ze względu na gęstość prądu jest ograniczony przez naruszenie ogniskowania wiązki i niebezpieczeństwo wypalenia fosforu. Głównym sposobem na zwiększenie jasności jest zwiększenie napięcia przyspieszającego. Jednak wraz ze wzrostem energii kinetycznej elektronów maleje wrażliwość lampy na napięcie odchylenia:

s = h / U wyłączone, tj. wielkość odchylenia plamki na ekranie lampy h na 1 V napięcia odchylającego.

We współczesnych kineskopach elektrony otrzymują więcej energii dopiero po przejściu przez system odchylania (CRT „po przyspieszeniu”). W tym celu wewnętrzną powierzchnię kolby od ekranu do szyjki pokrywa się koloidalnym roztworem grafitu - Aquadag, tworząc warstwę przewodzącą, do której przykładane jest napięcie dodatnie, większe niż napięcie drugiej anody. Czasami na wewnętrzną powierzchnię kolby nakłada się warstwę o wysokiej rezystancji w postaci spirali o małym skoku, dzięki czemu napięcie przyspieszające stopniowo wzrasta od drugiej anody do ekranu.

Do badania dwóch lub więcej jednocześnie zachodzących procesów stosuje się (2-5) kineskopowe kineskopy posiadające odpowiednią liczbę reflektorów, których promienie są niezależnie skupiane i odchylane.

Niezapomniany CRT różnią się tym, że oscylogram badanego procesu jest rejestrowany przez wiązkę elektronów nie tylko w postaci świecącego obrazu na ekranie, ale jednocześnie w postaci reliefu potencjału na powierzchni umieszczonego dielektryka przed ekranem, potrafiące utrzymać tę ulgę przez długi czas. Pozwala to na późniejsze wielokrotne odtworzenie oscylogramu lub wydłużenie czasu jego świecenia.

W lampach radarowych sygnał na ekranie odbierany jest we współrzędnych biegunowych, dlatego CRT do radarów mają promieniowo-azymutalny przebieg wiązki i działają w trybie jasności sygnału dostarczanego do modulatora reflektora. Układ odchylania elektromagnetycznego składa się z pary cewek, obrotowy wokół szyjki tubusu synchronicznie z obrotem anteny radaru. Przez cewki przepływa liniowy prąd piłokształtny, odchylający wiązkę promieniowo w stronę obwodu ekranu. Teleskop CRT musi charakteryzować się wysoką rozdzielczością, dużą jasnością, wysokim kontrastem obrazu, liniowym odchyleniem wiązki i długą poświatą, aby podczas pełnego obrotu anteny na ekranie zachował się pełny obraz zaznaczonych celów i obiektów lokalnych.

W CRT ze sterowaniem elektrostatycznym układ odchylający składa się z dwóch par wzajemnie prostopadłych płytek X i Y. Aby uzyskać oscylogram - wykres zależności badanej wartości od czasu, napięcie testowe przykłada się do pary pionowych płyty odchylające „Y”, a pomiędzy poziomymi płytami odchylającymi „X” przykładane jest napięcie przemiatania w kształcie zębów piłokształtnych. Jeśli okres przemiatania zostanie wybrany jako wielokrotność okresu badanego napięcia, wówczas na ekranie obserwuje się stabilny i wyraźny obraz (wykres) badanego procesu.

Elektromagnetyczne systemy ogniskowania i odchylania wytwarzają mocniejszą wiązkę, zapewniając wysoką jasność ekranu i lepszą jakość ogniskowania na całej powierzchni ekranu w porównaniu z systemami czysto elektrostatycznymi.

Cewka skupiająca umieszczona na szyjce tubusu tworzy ostrość heterogeniczny pole magnetyczne. Ma składowe osiowe i promieniowe wektora indukcyjnego. Jeśli elektrony wlatują w pole magnetyczne pod kątem do wektora indukcji, to z powodu ich interakcji promieniowy składnika B r, powstaje siła Lorentza, skręcająca elektrony wokół osi rury i nadająca im składową kątową prędkości. Ten komponent, wchodząc w interakcję z osiowy składowa B z wektora indukcji powoduje pojawienie się siły skierowanej w stronę osi rury. Wielkość tej siły jest tym większa, im dalej elektron jest odsuwany od osi lampy, zatem opuszczając cewkę, elektrony wchodzą w zbieżną wiązkę skupioną na ekranie.

8.3. POMIAR PARAMETRÓW SYGNAŁU ELEKTRYCZNEGO PRZY UŻYCIU OSCYLOSKOPU ELEKTRONICZNEGO.

Za pomocą oscyloskopu można obserwować i rejestrować kształt impulsów oraz mierzyć wszystkie główne parametry procesów okresowych: amplitudę, częstotliwość i fazę napięcia. Zasada rejestracji i pomiaru napięć U(t) jest jasna z rys. 8.1, a metody pomiaru częstotliwości i fazy oscylacji elektrycznych zostaną omówione poniżej.

Kanały odchylenia pionowego belki(-ek) posiadają wzmacniacze szerokopasmowe. W oscyloskopach wielościeżkowych liczba wzmacniaczy jest równa liczbie wiązek.

Aby zmierzyć amplitudy i czas trwania sygnałów, na przezroczystą płytkę przylegającą do ekranu przykłada się osie współrzędnych z podziałkami skalibrowanymi w jednostkach napięcia (wzdłuż osi „Y”) lub czasu (wzdłuż osi „X”) za pomocą specjalnych impulsów kalibracyjnych generowane przez wewnętrzny generator.

Przy obserwacji procesów okresowych (zwłaszcza szybkich) istotne jest uzyskanie na ekranie oscyloskopu nieruchomego obrazu sygnału w funkcji czasu. W tym celu konieczne jest, aby okres przemiatania był równy lub wielokrotnością okresu badanego sygnału. Jednakże. w praktyce z reguły warunek ten jest trudny do spełnienia. Dlatego stosuje się wymuszoną koordynację okresów sygnału wzdłuż osi X i Y, tj. ich synchronizacja. Celem synchronizacji jest zapewnienie, że częstotliwości badanego sygnału i przemiatania są równe lub różnią się cały kilka razy.

Synchronizacja polega na tym, że generator napięcia piłokształtnego dostarcza napięcie na płytki odchylające „X” w ściśle określonych momentach czasu. Momenty te wyznaczane są albo przez specjalne impulsy zegarowe generowane przez źródło zewnętrzne (synchronizacja zewnętrzna), albo są wyznaczane przez moment osiągnięcia przez sygnał testowy określonego poziomu (synchronizacja wewnętrzna).

Do pomiaru częstotliwości i fazy oscylacji harmonicznych za pomocą oscyloskopu elektronicznego, tzw Liczby Lisajoux (FL). Są to zamknięte trajektorie wyznaczone przez punkt, który jednocześnie wykonuje dwie oscylacje harmoniczne w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach (po raz pierwszy zbadał je francuski naukowiec J. Lisajoux). Można je łatwo zaobserwować na ekranie oscyloskopu, jeśli odpowiednie sygnały harmoniczne zostaną przyłożone jednocześnie do płytek odchylających poziomo i pionowo.

Wygląd cyfr zależy od zależności pomiędzy okresami (częstotliwościami), fazami i amplitudami obu oscylacji. W najprostszym przypadku równością obu okresów PL są elipsy, które przy różnicy faz j = 0

lub j = p degenerują się na odcinki proste, a gdy j = p / 2 i równe amplitudy, zamieniają się w okręgi (ryc. 8.3).

Ryż. 8.3. Widok figur Lisajousa z różnymi stosunkami okresów oscylacji (1:1, 1:2 itd.) i różnicami fazowymi.

Jeżeli okresy obu oscylacji nie pokrywają się dokładnie, wówczas różnica faz ich cały czas się zmienia, w wyniku czego elipsa ulega ciągłej deformacji. W znacząco różnych okresach nie obserwuje się zamkniętych krzywych, ale jeśli okresy są powiązane w postaci liczb całkowitych, uzyskuje się PL o bardziej złożonym kształcie, z których część pokazano na ryc. 8.3.

Oscyloskop elektroniczny (EO) to urządzenie, za pomocą którego obserwuje się, bada i mierzy amplitudy sygnałów elektrycznych oraz ich parametry czasowe. Urządzenie takie to najpowszechniejsza radiowa jednostka pomiarowa, dzięki której można zobaczyć zachodzące procesy elektryczne, niezależnie od momentu pojawienia się impulsu i czasu jego trwania. Na podstawie obrazu przesyłanego na ekran można dokładnie określić wahania amplitudy badanego sygnału i czas ich trwania w dowolnej części sieci.

Oscyloskopy działające w oparciu o lampę elektronopromieniową są urządzeniami nieporęcznymi i o małej mobilności. Charakteryzują się jednak dużą dokładnością pomiaru. Urządzenia takie są w stanie szybko przetwarzać przychodzące sygnały. Mają szeroki zakres częstotliwości i doskonałą czułość.

Zakres stosowania EO

Zakres oscyloskopów jest szeroki. Za ich pomocą badacz będzie mógł obserwować kształty impulsów elektrycznych, dzięki czemu urządzenie to stało się niezastąpionym „asystentem” w pracach konfiguracyjnych sprzętu elektronicznego. Możliwości EO:

• wyznaczanie parametrów napięciowych i czasowych sygnału oraz jego częstotliwości;
• obserwacja przebiegu;
• śledzenie zniekształceń impulsów w dowolnej części sieci;
• wyznaczanie przesunięcia fazowego;
• pomiar prądu, rezystancji.

Podczas pomiaru wartości napięcia w obwodach elektrycznych oscyloskop praktycznie nie zużywa prądu i działa w szerokim zakresie częstotliwości.

Oscyloskop elektroniczny znajduje zastosowanie w laboratoriach badawczych, serwisach diagnostycznych samochodów i warsztatach naprawy elektroniki. Dzięki temu urządzeniu możesz szybko ustalić przyczynę nieprawidłowego działania mikroukładu.

Urządzenie oscyloskopów elektronicznych

Pomimo szerokiej gamy radiowych przyrządów pomiarowych obwód oscyloskopu, niezależnie od modelu i cech konstrukcyjnych jednostek, jest w przybliżeniu taki sam. Najważniejsze elementy każdego EO:

• lampa elektronopromieniowa (CRT);
• kanały odchylające (pionowe i poziome);
• Blok kontrolny;
• kalibratory;
• zasilacz.

Główną częścią EO jest próżniowy CRT, czyli wydłużony szklany pojemnik. Zawiera zespół elektrod (zwany działem elektronowym) oraz ekran fosforowy, dzięki któremu można zaobserwować bioluminescencję w wyniku wnikania elektronów. Lampa próżniowa zawiera również katodę, modulator, 2 anody i parę płytek odchylających. Kanał poziomy zawiera generator skanujący, urządzenie synchronizujące i wzmacniacz. Kanał odchylania pionowego zawiera kabel połączeniowy, wejściowy przełącznik dwustabilny i dzielniki napięcia.

Jednostka sterująca ma za zadanie oświetlać suw przemiatania do przodu i jest niezbędna do gaszenia wiązki elektronów podczas suwu powrotnego. Kalibrator to urządzenie spełniające funkcję generatora napięcia. Przeznaczony jest do bardzo dokładnego wyznaczania częstotliwości i amplitudy sygnałów impulsowych. Zasilacz zapewnia zasilanie wszystkich podzespołów i mechanizmów EO. Do bloku doprowadzane jest napięcie 220 V, po czym jest ono przetwarzane i kierowane na żarniki, wzmacniacze generatorów i inne elementy urządzenia.

Cechy działania oscyloskopów elektronicznych

Działanie dowolnego modelu EO polega na przekształceniu badanych impulsów w obraz wizualny wyświetlany na ekranie próżniowego CRT. Elektrony są emitowane za pomocą działa elektronowego, które znajduje się naprzeciw końca lampy elektronowej. Pomiędzy układem elektrod a ekranem znajduje się modulator, za pomocą którego reguluje się przepływ elektronów, a także 2 pary płytek, które umożliwiają odchylanie wiązki elektronów w poziomie lub w pionie.

Zasada działania CRT jest następująca: do żarnika dostarczane jest napięcie przemienne, a do modulatora dostarczane jest napięcie stałe. Płytki odchylające zasilane są napięciem stałym, dzięki czemu przepływ elektronów jest przesunięty na boki, oraz napięciem przemiennym niezbędnym do wytworzenia linii skanującej. Na jego długość wpływa amplituda napięcia zęba piłokształtnego. Gdy napięcie zostanie przyłożone jednocześnie do jednej i drugiej pary płytek, na ekranie wyświetlana jest sinusoidalna linia skanowania badanego impulsu.

Dobór EO w zależności od przeznaczenia

Najpopularniejsze modele oscyloskopów elektronicznych są uważane za urządzenia uniwersalne. W nich badany sygnał jest dostarczany przez tłumiki i wzmacniacze do odchylanego pionowo CRT. Nachylenie poziome występuje z powodu generatora zamiatania. Urządzenia takie umożliwiają badanie impulsów elektrycznych w szerokim zakresie częstotliwości i amplitud. Dzięki tym modelom oscyloskopów możliwy jest pomiar czasu trwania przychodzącego sygnału w ułamkach sekund.

Zastosowanie stroboskopowych oscyloskopów elektronicznych pozwala na badanie kształtów oraz pomiar parametrów amplitudy i czasu sygnałów okresowo występujących. Urządzenia takie są niezbędne do badania procesów przejściowych w technologii szybkich półprzewodników, mikromodułów i urządzeń scalonych. Za pomocą tego urządzenia pomiarowego można obserwować powtarzające się sygnały o czasie trwania ułamka sekundy.

Specjalne oscyloskopy katodowe są przeznaczone do rozwiązywania określonych problemów. Najczęściej takie urządzenia służą do badania sygnałów telewizyjnych i radarowych. Jednostki specjalnego przeznaczenia zawierają w swojej konstrukcji określone komponenty.

Oscyloskopy pamięciowe są również szeroko stosowane. Stosuje się je, gdy konieczne jest badanie powolnych procesów i pojedynczych impulsów. Takie modele EO wyposażone są w specjalne urządzenie z pamięcią, dzięki której możliwe jest zapisanie otrzymanych danych przez określony czas. W razie potrzeby sygnał można odtworzyć w celu jego zbadania i późniejszego przetwarzania.

Do monitorowania sygnałów harmonicznych lub impulsowych przepływających w czasie rzeczywistym w nanosekundach stosuje się szybkie EO. Szybkie przetwarzanie impulsów przez takie urządzenia uzyskuje się poprzez zastosowanie kineskopu CRT o fali bieżącej. Urządzenia te nie posiadają wzmacniacza generującego w kanale odchylenia pionowego.

Duże zapotrzebowanie cieszą się również EO z wymiennymi blokami. Zmieniając jednostkę na urządzeniu można zmienić jego charakterystykę i podstawowe parametry pracy takie jak:

• przepustowość łącza;
• współczynnik przemiatania;
• wartość odchylenia.

Zmieniając blok istnieje możliwość zmiany funkcjonalności urządzenia.

Wybór EO w zależności od liczby kanałów

Producenci radiowych przyrządów pomiarowych produkują oscyloskopy, które mogą być jedno-, dwu- lub wielowiązkowe, a także dwu- i wielokanałowe. Jednowiązkowa EO to jednostka posiadająca jedno urządzenie wejściowe. Najczęściej spotykane są urządzenia dwuwiązkowe i dwukanałowe. Przeznaczone są do jednoczesnej obserwacji i badania dwóch sygnałów impulsowych na jednym ekranie CRT.

Oscyloskopy dwuwiązkowe są wygodne w użyciu, gdy konieczne jest porównanie sygnałów impulsowych na wyjściu i wejściu, monitorowanie różnych przetworników i rozwiązywanie innych problemów. Te urządzenia elektroniczne mają 4 tryby pracy:

1. Jednokanałowy, po włączeniu działa tylko jeden z dwóch kanałów.
2. Alternacja, która pozwala na włączenie jednego i drugiego kanału po każdym skanie.
3. Przerwanie umożliwiające aktywację obu kanałów. Jednak ich przełączanie następuje z nierówną częstotliwością.
4. Dodatek, dzięki któremu oba kanały pracują przy tym samym obciążeniu.

Urządzenia dwukanałowe i dwuwiązkowe mają swoje zalety i wady. Zaletami tego pierwszego jest przystępna cena i doskonałe parametry techniczne. Zaletą tego ostatniego jest możliwość badania dwóch sygnałów zarówno osobno, jak i razem. Wielowiązkowe urządzenia elektroniczne produkowane są w oparciu o zasadę dwóch wiązek. Tyle wiązek, ile ma oscyloskop, ma taką samą liczbę wejść sygnałowych.

Zalety oscyloskopów elektronicznych

Oscyloskopy elektroniczne mają szereg ważnych zalet:

• operacyjny pomiar amplitudy sygnału za pomocą oscyloskopu;
• wysoka stabilność obrazu;
• zwiększona wrażliwość;
• Ogromna funkcjonalność do praktycznego zastosowania.

Pomiary wykonane przez EO są wyjątkowo przejrzyste. Za ich pomocą można rozważyć dowolne procesy elektryczne. Wykorzystując obraz na CRT, można mierzyć i porównywać prądy i napięcia, niezależnie od kształtu, a także oceniać ich wartości amplitudowe i charakterystyki fazowe różnych urządzeń. Oscyloskop jest prostym przyrządem o dużej dokładności pomiaru. Obecność ogromnej gamy takich radiowych urządzeń pomiarowych pozwoli wybrać urządzenie do konkretnych celów.

Funkcje połączenia EO

Radiowe urządzenie pomiarowe należy podłączyć do źródła badanych sygnałów za pomocą przewodów i kabla koncentrycznego. Do obserwacji ciągłych impulsów o niskiej i średniej częstotliwości należy używać przewodów połączeniowych. Do badania impulsów i napięć o wysokiej częstotliwości zaleca się stosowanie kabli o wysokiej częstotliwości. Aby osłabić wpływ obwodu wejściowego, urządzenie podłącza się za pomocą wzmacniacza. Urządzenie takie charakteryzuje się dużą rezystancją czynną, małą pojemnością wejściową, jednakowymi parametrami amplitudy i częstotliwości oraz niskim współczynnikiem transmisji.

W przypadku pomiaru napięcia impulsem wysokiego napięcia, pomiędzy wyjściem źródła sygnału a wejściem radiowego urządzenia pomiarowego należy zastosować dzielnik napięcia. Aby uniknąć zniekształceń podczas emisji krótkich impulsów, zaleca się stosowanie kabli wysokiej częstotliwości o minimalnej długości. Jeżeli konieczne jest uzyskanie oscylogramów z impulsami prądu, w badanym obwodzie należy uwzględnić dodatkowy rezystor o małej wartości indukcyjności.