По способу отображения измерительной информации электронные приборы подразделяется на аналоговые (со стрелочным отсчетом, с электроннолучевой трубкой и др.) и приборы дискретного типа с цифровым отсчетом показаний.

Буквенные обозначения типов приборов:

· А – амперметры;

· В – вольтметры;

· Е – средства измерения параметров и компонентов цепей;

· Ч – измерение частоты;

· Ф – фазометры;

· С – форма сигнала;

· Х – характеристики сигнала;

· И – импульсные сигналы;

· П – поле радиоволновое;

· Г – генераторы;

· Д – делители;

· К – комплекс;

· У – усилитель;

· Я – блоки;

Электронные измерительные приборы состоят из электронной части, предназначенной для преобразования, выпрямления, усиления электрической величины, и измерительного механизма магнитоэлектрической системы, а в осциллографах – электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Электронные приборы имеют похожую структуру. В основе работы большинства приборов лежит преобразование сигнала в напряжение и измерение этого напряжения. Таким образом, конструктивной основой большинства электронных приборов является вольтметр. Эти приборы используются в качестве вольтметров, частотомеров, осциллографов, измерителей сопротивления, емкости, индуктивности, параметров транзисторов, интегральных схем и др.

Вопрос 13. Осциллограф. Структурная схема осциллографа

Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) – прибор, предназначенный для наблюдения формы и измерения амплитудных и временных параметров электрических сигналов. Основным элементом ЭЛО является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с электростатическим управлением лучом.

Исследуемый сигнал как функция времени изображается в прямоугольной системе координат, абсциссой которой является время, а ординатой – мгновенное значение сигнала. Две пары пластин ЭЛТ отклоняют луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для получения равномерной шкалы оси времени необходимо, чтобы луч отклонялся в горизонтальном направлении с постоянной скоростью. Для этого к горизонтально отклоняющим пластинам подводится линейно изменяющееся (пилообразное) напряжение. Исследуемый сигнал подводится к вертикально отклоняющим пластинам. В результате траектория луча на экране образует осциллограмму, соответствующую форме исследуемого сигнала.

При исследовании периодических сигналов для получения их неподвижного изображения на экране ЭЛТ необходимо, чтобы периоды повторения исследуемого и развертывающего напряжений были кратны , где n = 1, 2, ... . В противном случае начало развертки будет совпадать с различными точками исследуемого сигнала, и изображение на экране ЭЛТ будет смещаться. Во избежание этого в осциллографах предусматривается синхронизация начала развертки. Синхронизация может осуществляться либо от исследуемого сигнала (внутренняя синхронизация), либо от внешнего сигнала, синхронного с исследуемым (внешняя синхронизация).

При исследовании непериодических сигналов развертка также может запускаться как исследуемым, так и внешним сигналами.

Структурная схема универсального осциллографа представлено на рис. 2.1. Она включает в себя каналы вертикального (Y) и горизонтального (Х) отклонений, канал Z, служащий для модуляции луча, ЭЛТ, а также калибратор.

Канал вертикального отклонения служит для усиления или ослабления входного сигнала до величины, удобной для наблюдения на экране ЭЛТ, и включает калиброванный аттенюатор, предварительный усилитель, линию з адержки и оконечный усилитель.

Аттенюатор служит для ослабления исследуемого сигнала, ему предшествует переключатель, через который сигнал поступает на вход аттенюатора либо непосредственно (открытый вход), либо через разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую исследуемого напряжения (закрытый вход). Далее сигнал усиливается в предварительном усилителе, имеющем симметричный выход. В нем имеется возможность плавной регулировки коэффициента усиления и смещения осциллограмм по вертикали.

Линия задержки обеспечивает подачу исследуемого сигнала на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ с задержкой относительно начала развертки, что позволяет наблюдать начальный участок сигнала, например, фронт импульса.

Оконечный усилитель Y увеличивает сигнал до уровня, позволяющего получить достаточный по вертикали размер сигнала на экране ЭЛТ.

Канал горизонтального отклонения предназначен для создания развертывающего напряжения, синхронного с исследуемым сигналом, и включает устройство синхронизации и запуска, генератор развертки, оконечный усилитель Х, а также усилитель синхронизации.

Устройство синхронизации и запуска может работать в режиме внутренней синхронизации от исследуемого сигнала, поступающего из канала Y через усилитель синхронизации, или в режиме внешней синхронизации. В последнем случае сигналы синхронизации подаются на вход внешней синхронизации. Устройство синхронизации и запуска вырабатывает импульсы запуска генератора развертки.

Г енератор развертки формирует линейное пилообразное напряжение, используемое для горизонтального отклонения луча. Это напряжение характеризуется амплитудой , периодом , длительностями прямого и обратного хода, а также временем блокировки (рис. 2.2).

Генератор развертки может работать в автоколебательном, ждущем и однократном режимах. В ждущем режиме развертка возникает тогда, когда поступает запускающий импульс со схемы синхронизации и запуска. Этот импульс может формироваться как из исследуемого сигнала в режиме внутренней синхронизации, так и от специального импульса в режиме внешней синхронизации. В автоколебательном режиме генератор развертки формирует непрерывное пилообразное напряжение, несинхронизированное с исследуемым сигналом. В этом случае напряжение развертки вырабатывается даже при отсутствии исследуемого сигнала в режиме внутренней синхронизации. Однократная развертка используется при фотографировании осциллограмм.

Оконечный усилитель Х усиливает напряжение развертки до заданного уровня. В ряде осциллографов предусматривается возможность подачи на Х-канал внешних сигналов (XY-режим). Генератор развертки при этом отключают.

Усилитель канала Z усиливает импульсы, поступающие от генератора развертки на модулятор ЭЛТ, чем обеспечивается подсвет линии луча во время прямого хода развертки. На этот усилитель могут подаваться также внешние сигналы для модуляции яркости осциллограмм.

Калибратор вырабатывает сигнал с известными параметрами, необходимый для калибровки каналов вертикального и горизонтального отклонения луча. Обычно это периодическая последовательность прямоугольных импульсов (меандр) с известными амплитудой и периодом .

Рассмотренная структурная схема соответствует однолучевому универсальному осциллографу. Для одновременного наблюдения на экране осциллограмм двух сигналов применяют двухлучевые осциллографы, в которых используются двухлучевые ЭЛТ. При этом структурная схема двухлучевого осциллографа содержит два канала вертикального отклонения Y1 и Y2.

2.2. Основные характеристики универсальных осциллографов

Рабочая часть экрана – часть экрана, в пределах которой нормированы основные погрешности измерения.

Полоса пропускания канала Y – диапазон частот, в пределах которого значение амплитудно-частотной характеристики не отличается более чем на 3 дБ от ее значения на опорной частоте. Полоса пропускания задается верхней граничной частотой .

Время нарастания переходной характеристики канала Y – интервал времени, в течение которого переходная характеристика нарастает от уровня 0,1 до уровня 0,9 установившегося значения. Время нарастания связано с верхней граничной частотой соотношением , где выражено в наносекундах, а – в мегагерцах.

Входное сопротивление и входная емкость усилителя вертикального отклонения. Эти параметры влияют на методическую погрешность измерения, связанную с нарушением электрического режима исследуемой цепи при подключении к ней осциллографа. Для уменьшения этого влияния используют выносные делители напряжения, характеризующиеся большим входным сопротивлением и малой входной емкостью.

Коэффициент отклонения – отношение напряжения входного сигнала к отклонению луча, вызванному этим напряжением, В/дел. или мВ/дел. Величина, обратная коэффициенту отклонения, называется чувствительностью.

Коэффициент развертки – время, за которое луч проходит одно деление шкалы на экране ЭЛТ, с/дел., мс/дел., мкс/дел.