70531

Структурная схема осциллографа

Доклад

Физика

Из этих сигналов в устройстве запуска формируются импульсы синхронизации с длительностью кратной периоду исследуемого сигнала запускающие генератор развертки в моменты времени соответствующие одной и той же фазе исследуемого сигнала. На вход Х может также подаваться внешний сигнал...

Русский

2014-10-22

1003 KB

13 чел.

Осциллографом называется прибор для наблюдения и регистрации электрических сигналов, а также для измерения их параметров.

Основная функция осциллографа заключается в воспроизведении в графическом виде различных электрических колебаний (осциллограмм). Чаще всего с помощью осциллографа наблюдается зависимость напряжения от времени в декартовой системе координат. При этом по оси Y откладывается напряжение U, по оси X – время t. При помощи осциллографа можно измерять различные параметры сигнала: амплитуду, частоту, длительность сигнала, длительность фронта, коэффициент модуляции и др.

Структурная схема осциллографа

Структурные схемы осциллографов различных типов могут в некоторых деталях отличаться друг от друга, однако в основном они соответствуют обобщенной структурной схеме (рис. 1.3). Там же приведена лицевая панель осциллографа С1-55. Осциллограф имеет в своем составе два канала вертикального отклонения луча по ординате Y (на рис. 1.3 показан только один канал Y) и канал горизонтального отклонения – канал Х.

Канал вертикального отклонения Y состоит из аттенюатора и усилителя. Исследуемый сигнал подается на вход канала Y и далее через аттенюатор и усилитель на пластины Y вертикального отклонения луча ЭЛТ.

Аттенюатор (делитель напряжения) обеспечивает ослабление сигнала и необходим для расширения пределов измерения в сторону больших значений. Кроме того, он обеспечивает большое входное сопротивление 0,5–1,0 МОм и малую входную емкость 10–40 пФ.

Усилитель Y канала вертикального отклонения предназначен для расширения динамического диапазона исследуемых напряжений в область малых значений, а также усиливает сигнал до значений (кВ), достаточных для создания электрического поля между пластинами Y.

Величина ослабления или усиления сигнала задается в виде цены одного деления масштабной сетки экрана ЭЛТ по оси Y,  имеет  размерность вольт на деление (В/дел, мВ/дел, В/см, мВ/cм), где «дел» – деление масштабной сетки, устанавливается переключателем В/дел. Цифровой отсчет напряжений измеряемого сигнала осуществляется путем умножения числа делений, занимаемых сигналом по Y, на величину единицы масштаба.

Для удобства просмотра осциллограмм возможно плавное изменение цены деления по Y регулятором УСИЛЕНИЕ, расположенным перед переключателем В/дел. Но при измерениях этот регулятор должен быть повернут против часовой стрелки до упора, что сопровождается характерным щелчком.

Рис. 1.3. Упрощенная структурная схема и лицевая панель осциллографа С1-55

Канал горизонтального отклонения Х содержит переключатель входа (ВНЕШ.–ВНУТР.I–ВНУТР.II–ВХОД Х), генератор развертки, усилитель Х.

Переключатель входа S обеспечивает подключение сигнала с усилителя Y к устройству запуска (положение переключателя – ВНУТР.I), либо подачу внешнего сигнала с входного зажима Х (положение переключателя ВНЕШ.). Из этих сигналов в устройстве запуска формируются импульсы синхронизации с длительностью, кратной периоду исследуемого сигнала, запускающие генератор развертки в моменты времени, соответствующие одной и той же фазе исследуемого сигнала. На вход Х может также подаваться внешний сигнал  (ВХОД Х), который используется для получения развертки вдоль оси X. В последнем случае генератор развертки осциллографа отключается.

Генератор развертки вырабатывает напряжение пилообразной формы и служит для управления линейным перемещением луча в горизонтальном направлении, напряжение с него поступает на пластины горизонтального отклонения через усилитель Х.

Генератор развертки отключается, когда переключатель входа установлен в положение ВХОД Х. Тогда перемещение луча в направлении оси Х будет осуществляться по закону изменения сигнала, поданного на вход Х.

Принцип работы осциллографа

Для получения осциллограммы исследуемого сигнала необходимо управлять движением светового пятна на экране ЭЛТ в горизонтальном и вертикальном направлениях. Смещение пятна в вертикальном направлении осуществляется сигналом, а в горизонтальном – напряжением развертки. Генератор развертки вырабатывает колебания пилообразной формы, показанные на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Сигнал на выходе генератора развертки

На участке ас графика Ux(t) напряжение развертки линейно убывает. Время Тпр, в течение которого Uх изменяется от максимального значения до минимального, называется временем прямого хода развертки. Участок cd, который длится в течение времени Тобр, соответствует обратному ходу развертки. Время Тпр  и Тобр  составляет период развертки Тр.

Если приложить Uх к горизонтальным отклоняющим пластинам, отключив сигнал от пластин вертикального отклонения, электронный пучок ЭЛТ будет отклоняться только в горизонтальной плоскости. При этом светящееся пятно на экране будет перемещаться в определенной последовательности. При максимальном положительном напряжении Uх (точка а на рис. 1.4) светящееся пятно займет крайнее левое положение (точка а') на экране. При линейном убывании Uх пятно постепенно перемещается в точку b' и после перемены полярности Uх – в точку с'. На участке а'с' скорость движения пятна будет постоянной. Поскольку Uх нарастает по линейному закону, то зависимость между смещением пятна на экране и напряжением, приложенным к пластинам, также линейная. После достижения точки с' светящееся пятно начинает перемещаться по той же траектории в обратном направлении (пунктирная линия). Обратный ход осуществляется за время Тобр<<Тпр, поэтому скорость движения пятна в обратном направлении существенно выше.

Линия с`d` обратного хода луча создает помеху на экране. В идеальном случае, когда Тобр = 0, луч мгновенно перемещается из точки с в точку а, и линия обратного хода отсутствует. На практике длительность обратного хода не может быть равна нулю, электронный пучок во время обратного хода перемещается, образуя отчетливо видимую линию обратного хода. Поэтому в осциллографах с генератора развертки на устройство управления яркостью луча ЭЛТ (см. рис. 1.3) подаются специальные гасящие импульсы, предназначенные для запирания электронного пучка во время обратного хода развертки сd (рис. 1.4), чтобы не создавать помеху на экране. Таким образом, при подаче Uх на горизонтальные пластины ось Х является одновременно осью времени.

Образование осциллограммы на экране ЭЛТ при воздействии двух напряжений – развертки (Uх) и сигнала (Uc)соответственно на пластинах Х и Y показано на рис. 1.5.

Период развертки условно разбит на четыре равных интервала с границами, отмеченными на рис. 1.5 через t0, t1, t2, t3 и t4. Каждому моменту времени соответствует свое значение напряжения сигнала и генератора развертки, которые приводят к смещению светового пятна соответственно в направлении Y и X, а значит формированию требуемого изображения на экране ЭЛТ.

Осциллограммы, полученные при первом, втором и т. д. периодах работы генератора развертки, накладываются друг на друга. Но образование неподвижного изображения возможно при выполнении условия, принятого при построении рис. 1.5, а именно Tp = Tc. В этом случае любой периодический сигнал делится на временные интервалы, в пределах которых «отрезки» сигнала полностью идентичны, и при наложении осциллограмм образуется единое неподвижное изображение.

Аналогично образуется изображение осциллограммы, когда Тр = n Тс. Если nцелое число, то в одном периоде развертки укладывается ровно n периодов сигнала. Осциллограмма будет отличаться от изображенной на рис. 1.5 числом периода сигнала (2, 3 и более), отложенным вдоль оси Х.
Условие Тр = n Тс устанавливает необходимость выбора периода развертки Tp, равным целому числу периодов сигнала, путем подбора периода генератора развертки и уровня сигнала синхронизации.

Рис. 1.5. Формирование осциллограммы на экране ЭЛТ

Формирование осциллограммы на экране осциллографа при нарушении кратности периодов сигнала и генератора развертки иллюстрирует рис. 1.6.

Период сигнала, представляющего собой колебание синусоидальной формы (рис. 1.6, а), Tc>Tp. При первом цикле развертки Тр1 (рис. 1.6, б) на экране отображается осциллограмма в виде отрезка синусоиды между точками аb (рис. 1.6, в), при втором – отрезок bc, при третьем – cd и т. д.

Последовательное появление осциллограмм приводит к их наложению со смещением, что создает ощущение движения изображения слева направо (рис. 1.6, г). Скорость движения осциллограммы тем выше, чем больше отличается период развертки от периода сигнала. Можно показать, что при Tc < Тp, осциллограмма будет перемещаться в противоположном направлении, т. е. справа налево.

Рис. 1.6. Формирование осциллограммы в случае

неравенства периодов сигнала и генератора развертки


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83420. А. Барто «Лебединое горе». Пословицы. Е. Благинина «Елка». Загадки 44.5 KB
  Работать над содержанием произведений. Формировать навыки выразительного чтения. Развивать познавательный интерес, связную речь, мышление, умение анализировать. Обогащать словарный запас. Воспитывать любовь к природе, желание приходить на помощь, сочувствие к чужому горю; чувства любви и дружбы.
83421. «Риторика та поезія» С.Я. Маршак 28.5 KB
  Реалізувати пропедевтичні знання про поетичну творчість дитячого поета С.Я. Маршака через методи інтерактивного навчання, розвивати уміння відрізняти риторичні не словесні засоби спілкування від літературних (поетичних)засобів, закріплювати уміння декламувати вірш з риторичними засобами...
83422. Здається, байка просто бреше, а справді ясну правду чеше. Л.Глібов «Лебідь, Щука і Рак», «Коник-стрибунець» 37 KB
  Ознайомити дітей із жанром байки; розвивати способи і види читання байки вчити передавати в інтонації характери дійових осіб оцінювати їхні вчинки виявляти мотиви їхньої поведінки; виховувати в дітей товариськість любов до праці. Сьогодні ми ознайомимося з новим розділом Байки.
83423. У різні пори року приваблива земля 237.5 KB
  У зелених пишних шатах у яскравому вінку прийшла до нас весна. Не забула весна заглянути і в ліс посіяла там травицю пролісками заквітчала галявини задзвеніла піснями пташок. Весна стала господаркою і в нашому краї а земля дочекалася працелюбних рук.
83424. Два різних світи – одне ціле. Програма виховної роботи 340 KB
  Дорослішання сучасної молоді відбувається в складних умовах. Нестабільність сімейного інституту, неактуальність традиційної підготовки молоді до шлюбу диктують необхідність використання спеціальних заходів для надання допомоги дітям в усвідомленні своєї статевої приналежності, формування адекватного...
83425. Розважально-пізнавальна програма. Сім’Я. Сім’Я. Сім’Я 105 KB
  А зараз з великим задоволенням разом рушимо вперед. Кожному з вас доведеться сім разів проявити себе. Оскільки в сім’ї тільки починає складатися життєвий досвід дитини, тому, проявляючи своє Я, він має право звернутися по допомогу або до мами, або до тата, а, може, і до обох відразу.