Принцип перетворення сигналу в видиме зображення на екрані осцилографа

ОТРИМАННЯ осцилограми розгорнення зображення
Якщо на пластини вертикального відхилення (пластини У) задати сигнал у вигляді змінної напруги будь-якої форми, то на екрані трубки з'явиться слід рухається променя - осцилограма у вигляді вертикальної лінії /. За такою осцилограмі можна судити про наявність і значення прикладеної напруги, але форму його визначити неможливо (рис. 3.3),

При одночасній подачі на пластини У синусоїдальної напруги «у, а на пластини X лінійно-овозрастающего напруги їх на екрані трубки з'явиться осцилограма (рис. 3.4а), яка відтворює сигнал синусоїдальної форми.Зауважимо, що періоди обох напруг рівні

один одному: TY = Тх-У цьому умови електронний промінь під впливом лінійно-зростаючого (пилкоподібної) напруги переміщається з рівномірною швидкістю зліва направо по екрану трубки і під впливом синусоїдального сигналу відхиляється по вертикалі - вгору і вниз. У результаті сигнал uY представляється «розгорнутим» по осі X. Напруга пилкоподібної форми їх називають розгортається напружена, або напругою розгортки, а процес відхилення променя по горизонталі з рівномірною швидкістю - лінійної разетки. Лінійна розгортка характеризується періодом Тх або характеризується періодом Тх або

частотою fx і максиРисьним значенням відхиляє напруги UХ макс На рис.3.46 і в представлені ідеалізована і реальна форми напруги розгортки. У реальному (перекрученою) формі період розгорнення Тх розпадається на два тимчасові інтервали: прямого ходу променя Гщ> і зворотного ходу променя Гобрій. Таким чином, період 7 ^ = ГПР Гобрій. Під час прямого ходу променя він з рівномірною швидкістю пересувається в горизонтальному напрямку • по діаметру екрану, а під час зворотного ходу швидко повертається у вихідне положення.
На рис. 3.4г представлена реальна форма розгортає напруги, отриманого від транзисторного генератора. Тут період розгорнення Тх складається з трьох ділянок: тривалості прямого ходу променя Гщ, тривалості зворотного ходу T0 ^ v і тривалості блокування ГБЛ-Тривалість блокування дорівнює інтервалу часу між закінченням зворотного ходу і початком наступного прямого ходу променя.
Напруга розгортки також характеризується коефіцієнтом нелінійності на ділянці прямого ходу променя Кк, який обчислюється за такою формулою:

де cti і аг - кути між віссю абсцис і дотичними до кривої напруги; розгортки на початку і кінці прямого ходу відповідно (рис. 3.4а). В універсальних осцилографах нелінійність допускається близько 5%.
Щоб слід зворотного ходу променя не викликав світіння "екрану і не ускладнював" вид осцилограми, синхронно із зворотним ходом променя подають в канал Z «гасить» імпульс, що замикає трубку на час Гобрій. Цей же ефект можна отримати на трубках з додатковими «блакірующімі» пластинами, за допомогою яких промінь можна вивести за межі екрану.
Джерелом напруги лінійної розгортки є генератор розгортки - одні з основних вузлів каналу X осцилографа. Схеми генераторів розгортки різні, але принцип отримання пилкоподібної напруги однаковий і зводиться до заряду і розряду конденсатора через резистор або електронний прилад.

Переключення конденсатора з заряду на розряд відбувається за допомогою електронного ключа. Конденсатор і резистор називають времязадающих елементами, так як їх параметри визначають тривалість прямого ходу променя.
Найпростіша схема для формування пилкоподібної напруги наведена на рис. 3.5а. Тут R і С - времязадающих елементи, а Т-перемикаючий транзистор. У початковому стані транзистор Т відкритий і напруга на конденсаторі мініРисьно. Для отримання прямого ходу в ланцюг бази подається керуючий імпульс негативної полярності, транзистор закривається і конденсатор З заряджається через резистор R. Коли керуючий імпульс припиняється, транзистор відкривається і конденсатор швидко розряджається, формуючи зворотний хід, (рис. 3.56).
Відомо, що напруга на конденсаторі при заряді його через резистор зростає за експоненціальним

закону:
тобто спочатку лінійно, а потім асимптотично наближається до напруги джерела живлення Ек. Для отримання допустимої нелінійності пилкоподібної напруги доводиться використовувати тільки початкова ділянка експоненти. Це є головним недоліком схеми (рис. 3.5а). Тут коефіцієнт нелінійності

при заданих У

максиРисьне значення напруги прямого ходу складе всього 1 В. Причина нелінійності напруги полягає в тому, що по мірі зростання напруги зменшується зарядний струм ї3:

Якщо домогтися, щоб струм г'з не змінювався

то його можна винести за знак інтеграла. Тоді отримаємо

де а - коефіцієнт пропорційності, тобто напруга буде змінюватись пропорційно часу.
Для лінеаризації напруги розгортки можна отримати постійний зарядний струм за допомогою токо-стабілізуючого елемента, наприклад відкритого транзистора, в якому струм колектора змінюється незначно при великому зміні колекторного напруги (рис. 3.6) при постійній напрузі на емітер.
На рис. 3.7 наведена спрощена схема формування пилкоподібної напруги з токо-стабілізуючим транзистором Т2у який завжди знаходиться у відкритому стані. Транзистор Т \ працює в режимі електронного ключа. У початковому стані транзистор Т \ відкритий, напруга на конденсаторі Рисо.Управ-
ляющие імпульс негативної полярності закриває транзистор Т \, і конденсатор З заряджається постійним струмом, поточним через транзистор Т2, формуючи прямий хід. З припиненням керуючого імпульсу транзистор Ті відкривається, і конденсатор швидко розряджається через нього. Нелінійність напруги розгортки визначається ставленням Д / к / / к (див. рис. 3.6).
Для лінеаризації напруги розгортки також використовується негативний зворотний зв'язок, що реалізується в інтеграторах, про що буде викладено нижче.

Спостерігати сигнал на екрані осцилографа можна тільки при нерухомій осцилограмі. Для виконання цієї умови застосовується синхронізація, тобто примусова «подтопка» частоти розгортки до рівності або кратності частоти сигналу. Синхронізація називається внутрішньою, якщо проводиться досліджуваним сигналом, і зовнішньої, якщо в якості напруги синхронізації використовується напруга зовнішнього джерела, синхронного з сигналом. Передбачена синхронізація «від мережі», тобто з частотою 50 Гц.
Для визначення частотної та фазової залежності між двома синусоїдальними сигналами в обидва канали осцилографа подаються напруги, а внутрішній генератор лінійної розгортки вимикається. У цьому випадку досліджуваний сигнал uY розгортається за горизонталі напругою їх Така розгортка називається синусоїдальної. На рис. 3.8а показано побудову осцилограми при синусоїдальної розгортці у разі рівності частот обох напруг. Осцилограма являє собою фігуру Ліссажу у вигляді еліпса, форма якого залежить від фазових співвідношень напруг (рис. 3.86).
При нерівних частотах в і fx осцилограми набувають вигляд, представлений на рис. 3.8в. Осцилограми будуть метод

Рис. 3.8. Синусоїдальна розгортка:
а) отримання осцилограми у вигляді фігури Ліссажу; б) фігури при різних фазових зрушеннях, в) фігури при різних частотах
видно тільки за умови цілочисельного відношення частот досліджуваних напруг: При цьому за інтервал часу періоди обох напруг повторюються ціле число разів і повертаються у вихідне положення. Фігури Ліссажу мають замкнутий вигляд при кратному відношенні п / пг і разомкнутьій - при некратний. Замкнуті осцилограми стійкі, розімкнуті - переміщаються по екрану.
Кругова розгортка виходить при подачі на обидві пари пластин синусоїдальних напруг, зсунутих за фазою між собою. На 90 °:

і Такий

зрушення легко здійснити за допомогою простої JRC-ланцюжка (рис. 3.9а, б).
На екрані осцилографа виходить лінія розгортки у вигляді кола, що обертається з частотою напруги розгортки. Досліджуваний сигнал подається в канал Z, і яскравість світіння екрана змінюється в залежності від зміни сигналу, наприклад, при позитивному напівперіоді зростає, при негативному - зменшується. Можна відрегулювати початкову яскравість так, що при негативних напівперіодах трубка «гасне» і осцилограма буде мати вигляд кола, що складає зі світлих і темних штрихів. Кількість світлих (теміньїх) штрихів дорівнює відношенню частоти сигналу до частоти развертивающего1 напруги, {Рис. 3.9в).
Повернемося до лінійної розгортці. Розглянута вище безперервна лінійна розгортка забезпечує дослідження безперервних або імпульсних сигналів, частота яких одного порядку з частотою розгортки, тобто відношення / г до fx не перевищує 10. При дослідженні імпульсних сигналів Рисої тривалості з великою скважностью, неперіодичних або одиночних сигналів примівується чекає розгортка. Сутність чекає розгортки полягає в тому, що, коли досліджуваний сигнал відсутній, генератор розгортки не виробляє пилкоподібну напрузі - чекає, а при надходженні досліджуваного сигналу в канал У генератор розгортки запускається і в канал X, на пластини горизонтального відхилення подається один «зубець» пилкоподібної напруги, тривалість якого встановлюють більше тривалості сигналу. Щоб розглянути передній фронт сигналу, розгортку потрібно розпочати до надходження сигналу «а пластини У. Для цього сигнал в каналі У затримують за допомогою передбаченої для цієї мети позбав затримки ЛЗ.
Чекає розгорнення - процес неперіодичний, тому її можна характеризувати тривалістю tx і максиРисьною напругою UX максиРисьною напругою Ух max