Главная Об электрических измерениях. Достоинства и недостатки



2.11. ОСЦИЛЛОГРАФЫ

Осциллографом называется прибор, предназначенный для наблюдения, регистрации и измерения параметров исследуемого сигнала, как правило, напряжения, зависящего от времени.

Осциллограф может также использоваться для исследования неэлектрических процессов при условии, что последние преобразуются в электрические сигналы.

Имеется два основных класса осциллографов: светолучевые, предназначенные для наблюдения медленных процессов, и электронно-лучевые, способные отображать как медленные, так и быстропротекаю-щие процессы.

Светолучевые осциллографы используют электромеханическое отклонение светового луча под действием исследуемого напряжения и запись на фотопленку.

Электронно-лучевые осциллографы строятся на основе электроннолучевых трубок. Отклонение электронного луча осуществляется непосредственно электрическим сигналом и является практически безынерционным. Исследуемый процесс отображается на люминесцентном экране и может быть зарегистрирован фотографическими средствами.

Электронно-лут1евые осциллографы. Основным узлом электроннолучевого осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), представляющая собой стеклянную вакуумированную колбу, внутри которой имеются источник электронов, система формирования узкого электронного луча, отклоняющие пластины и люмршесцентный экран (рис. 2.45). Источником электронов является оксидный катод 1 с подогревателем 2. Число электронов, из которых затем формируется узкий электронный пучок, зависит от напряжения между катодом 1 и модулятором 3. При изменении этого напряжения меняется интенсивность электронного пучка, выходящего за пределы модулятора. Дальнейшее формирование пучка происходит под воздействием напряжений, приложенных к двум анодам 4, один из которых является ускоряющим, а другой - фокусирующим. Часть ЭЛТ, включающая в себя катод, модулятор и два анода, называется электронной пушкой. Назначение


Рис. 2.45



электронной пушки - сформировать узкий электронный пучок (л>ч) необходимой интенсивности. Этот пучок затем проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных металлических отклоняющих пластин: вертикально отклоняющих 5 и горизонтально отклоняющих 6, а затем попадает на люминесцентный экран 7 ЭЛТ, образуя на нем яркое пятно. Если к отклоняющим пластинам приложить электрическое напряжение, то между ними будет существовать электрическое поле, которое приведет к горизонтальному (вдоль оси X) или вертикальному (вдоль оси У) отклонению электронного луча. Это отклонение прямо пропорционально напряжению, приложенному к пластинам: Их =SxUx; hy = SyUy, где hx, hy - отклонения вдоль осей Xv.Y; Sx, Sy - чувствительности трубки, мм/В; Ux, Uy - напряжения на пластинах Xv.Y соответственно. Чувствительности Sx и Sy зависят от конструктивных особенностей трубки и напряжения на ускоряющем аноде трубки. Основной функцией осциллографа является отображение формы исследуемого напряжения на экране. Требуемое отображение достигается перемещением электронного луча в вертикальном и горизонтальном направлениях. Перемещение по вертикали происходит под влиянием исследуемого напряжения, приложенного к пластинам Y, а по горизонтали - приложенного к пластинам X напряжения пилообразной формы, называемого напряжением развертки. Последнее вырабатывается специальным генератором развертки. Рассмотрим сначала случай, когда напряжение на вертикально отклоняющих пластинах У равно нулю, т.е. Mj, = О, а на горизонтально отклоняющих пластинах X имеется пилообразное напряжение (рис. 2.46). Тогда перемещение электронного луча будет приводить к перемещению пятна на экране от точки А к точке В за время Гпр, и обратное перемещение за время обр- Таким образом, за время Гр = fnp + обр. назьюаемое периодом развертки, луч ос>тще-ствит свой прямой и обратный ход. ПилЬобразное напряжение формируется так, чтобы Гпр > Гобр. т.е. Гр ?пр-

Из-за большой скорости и специального гашения запирающим напряжением обратный ход луча обычно не просматривается. Ввиду того что во время прямого хода луча скорость пятна на экране постоянна, ось X можно отождествить с осью времени t.

Если одновременно к вертикально отклоняющим пластинам У приложить исследуемое напряжение, то положение луча в каждый момент времени будет однозначно соответствовать значению этого напряжения. На рис. 2.47 показано, как образуется изображение на экране ЭЛТ. Исследуемое напряжение с амплитудой Uq и периодом подается на пластины У, напряжение развертки с амплитудой Щ и периодом Гр -

на пластины X. Если Гр = Т, то каждому периоду развертки будет соответствовать период исследуемого напряжения и изображение на экране не будет изменяться со временем, оставаясь неподвижным. Это изображение можно построить по точкам, отмечая значения напряжений




Рис. 2.46

Рис. 2.47

развертки и сигнала в заданные моменты времени и перенося их на экран. На рис. 2.47 это сделано для моментов времени to, ti, t2, h и 4. Пятно на экране в эти моменты будет занимать положения О, 1, 2, Зи4 соответственно. Полученное таким образом изображение (или его запись) , показывающее, как изменяется исследуемое напряжение от времени, назьшается осциллограммой. Имея осциллограмму, можно определить многие параметры сигнала: амплитуду, частоту, период и др.

На практике напряжение развертки в течение прямого хода растет со временем не строго линейно. Это приводит к неравномерности масштаба по оси X, т.е. по временной оси При этих условиях измерение временных интервалов будет сопровождаться ошибками. Поэтому нелинейность развертки нормируется и указьшается в паспорте осциллографа наряду с другими нормируемыми параметрами.

Выше отмечалось, что при равенстве периодов развертки и исследуемого напряжения Гр = Tq изображение на экране неподвижно. Оно будет неподвижным и в более общем случае Тр = пГ, где п - целое число. При этом на осциллограмме представляется п периодов исследуемого напряжения. Если же периоды не кратны друг другу, т.е. п не равно целому числу, то кривые, прочерчиваемые электронным лучом на экране в течение каждого периода напряжения развертки, не будут повторять друг друга. Возникнет эффект бегущего изображения или же экран будет заполнен целым семейством сдвинутых относительно друг друга кривых. Выполнение условия Тр = пТс достигается при помощи синхронизации. Генератору, вырабатывающему напряжение развертки, принудительно навязьюается частота синхронизирующего



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [26] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114


0.0121