Електронні технології проникають у всі сфери нашого життя. Мільйони та мільярди людей щодня користуються мобільними телефонами, телевізорами, комп'ютерами та іншими електронними пристроями У міру вдосконалення електронних технологій зростає швидкодія цього обладнання. Сьогодні у більшості сучасних пристроїв використовуються високошвидкісні цифрові інтерфейси.
Інженери повинні мати можливість правильно проектувати та достовірно тестувати компоненти своїх високошвидкісних цифрових пристроїв. Контрольно-вимірювальне обладнання, яке використовується інженерами в процесі розробки та випробувань, має бути придатним для роботи в умовах високих частот і високих швидкостейпередачі даних. І осцилограф є прикладом саме таких приладів.
Осцилографи - це потужні інструменти, які довели свою корисність при проектуванні та тестуванні електронних пристроїв. Ці прилади вкрай необхідні оцінки стану системи, з допомогою стає можливим визначити, які з компонентів працюють коректно, які є джерелом помилок. Крім того, вони допомагають дізнатися, чи функціонує новий компонент, як було спроектовано. Осцилографи набагато функціональніші в порівнянні з мультиметрами, тому що вони дозволяють вам побачити, як насправді виглядають електронні сигнали.
Осцилографи використовуються в різних сферах — від автомобільної промисловості до університетських науково-дослідних лабораторій і оборонної та аерокосмічної галузей. Фахівці довіряють осцилографам, які допомагають їм більш ефективно виявляти проблеми пристроїв і створювати продукти з широкими функціональними можливостями.
Що таке осцилограф і для чого він потрібний інженерам?
Основним призначенням осцилографа є точне візуальне подання сигналів. Тому цілісність сигналу є дуже важливою характеристикою. Поняття цілісності сигналу відноситься до здатності осцилографа відтворювати форму сигналу так, щоб максимально точно відображав вихідний сигнал. Осцилограф з низькою цілісністю сигналу марний, тому що безглуздо виконувати вимірювання, якщо осцилограма на екрані осцилографа відрізняється за формою та характеристиками від реального сигналу. При цьому, однак, важливо пам'ятати, що осцилограма на екрані приладу ніколи не буде точним поданням реального сигналу незалежно від того, наскільки осцилограф хороший. Це тому, що з підключенні осцилографа до схеми, сам осцилограф стає частиною цієї схеми. Іншими словами, має певний вплив навантаження. Виробники приладів прагнуть звести до мінімуму вплив навантаження, але воно тією чи іншою мірою існує завжди.
Як виглядає осцилограф
У більшості випадків сучасні цифрові осцилографи схожі на осцилограф, показаний на малюнку 1. Разом з тим, на ринку представлені різні моделі осцилографів, тому ваш прилад може виглядати зовсім інакше. Незважаючи на це, є деякі характерні ознаки, властиві більшій частині таких приладів.
Передня панель більшості осцилографів може бути розділена на кілька основних частин: входи каналів, дисплей, органи управління системою горизонтального відхилення, органи управління системою вертикального відхилення та органи управління системою синхронізації (запуску). Якщо ваш осцилограф працює під керуванням операційної системи, відмінної від Microsoft Windows, то він, швидше за все, буде мати набір функціональних клавіш для керування меню на екрані.
Рис. 1. Передня панель осцилографа Keysight серії InfiniiVision 2000 X
Сигнали подаються на осцилограф через входи каналів, які є роз'ємами підключення пробників. Дисплей - це просто екран, на якому відображаються досліджувані сигнали. Блоки органів управління системами горизонтального та вертикального відхилення містять регулятори та клавіші, за допомогою яких здійснюється налаштування параметрів горизонтальної (яка зазвичай являє собою вісь часу) та вертикальної (яка представляє напругу) осі при відображенні сигналів на екрані дисплея. Органи управління системою запуску вказують осцилографу, за яких умов він повинен починати захоплювати дані.
Приклад того, як виглядає задня панель осцилографа, показаний на малюнку 2. Як можна помітити, багато осцилографів мають такі ж можливості підключення, як і персональні комп'ютери. Тут і приводи CD-ROM, CD-RW і DVD-RW, USB порти, і послідовні порти, а також роз'єми для підключення зовнішнього монітора, миші та клавіатури.
Рис. 2. Задня панель осцилографа Keysight серії Infiniium 9000
Призначення осцилографів
Осцилограф - це контрольно-вимірювальний прилад, який використовується для відображення графіка залежності однієї змінної від іншої. Наприклад, можна побудувати на дисплеї графік залежності напруги (вісь Y) від часу (вісь X). На малюнку 3 показано приклад такого графіка. Це може бути корисним, якщо ви хочете перевірити будь-який електронний компонент та визначити, наскільки коректно він функціонує. Якщо ви знаєте, яка форма сигналу повинна бути на виході даного компонента, ви можете використовувати осцилограф, щоб переконатися, що насправді компонент видає правильний сигнал. Зверніть увагу, що осі X і Y розбиті на ділення та утворюють сітку. Сітка дозволяє проводити візуальні вимірювання параметрів сигналу, хоча при використанні сучасних осцилографів більшість цих вимірювань можуть бути зроблені автоматично і більш точно самим осцилографом.
Рис. 3. Зображення залежності напруги прямокутного сигналу від часу на екрані осцилографа
Можливості осцилографа не обмежуються лише побудовою графіка залежності напруги від часу. Осцилограф має кілька входів, званих каналами, і кожен із них здатний працювати незалежно. Тому можна підключити канал 1 до одного пристрою, а канал 2 — до іншого пристрою. У цьому випадку осцилограф дозволяє побудувати графік залежності напруги, виміряного на каналі 1, від напруги, що вимірюється на каналі 2. Такий режим називається режимом осцилографа XY. Цей режим корисний для графічного уявленнявольт-амперних характеристик або побудови фігур Ліссажу, за формою яких можна судити про різницю фаз та відношення частот двох сигналів. На малюнку 4 показані приклади фігур Лісаж і значення різниці фаз і відношення частот, яким вони відповідають.
Рис. 4. Фігури Лісаж
Типи осцилографів
Аналогові осцилографи
Перші осцилографи були аналоговими, у яких для відображення сигналу використовувалися електронно-променеві трубки. Фотолюмінесцентний люмінофор, яким покритий екран, світиться при попаданні на нього електрона, і в міру того, як загоряється кожна наступна ділянка люмінофора, ви можете бачити зображення сигналу. Система синхронізації (запуску) осцилографа необхідна для того, щоб зображення сигналу на екрані виглядало стабільним. Після закінчення виведення на екран усієї осцилограми осцилограф чекає настання наступної певної події запуску (наприклад, перетину наростаючим фронтом сигналу заданого значення напруги), а потім запускає розгорнення знову. Несинхронізований запуск розгортки некорисний, тому що зображення сигналу на екрані буде нестабільним (це вірно також і для цифрових осцилографів DSO, що запам'ятовують, і осцилографів змішаних сигналів MSO, про які буде розказано нижче).
Рис. 5. Приклад аналогового осцилографа
Аналогові осцилографи корисні насамперед тому, що свічення люмінофора зникає не миттєво. Ви можете спостерігати кілька осцилограм, що накладаються один на одного, що дозволяє відстежувати глітчі та інші аномалії сигналу. Оскільки відображення сигналу відбувається, коли електрон стикається з екраном, яскравість осцилограми, що відображається безпосередньо пов'язана з інтенсивністю реального сигналу. Це дозволяє розглядати осцилограму як тривимірний графік (тобто, вісь X – час, вісь Y – напруга, вісь Z – інтенсивність).
Недолік аналогових осцилографів полягає в тому, що вони не дозволяють зафіксувати зображення на екрані та зберігати осцилограму протягом тривалого часу. Оскільки речовина люмінофора швидко гасне, частина сигналу може губитися. Крім того, ви не можете виконувати автоматичні вимірювання параметрів сигналу. Натомість зазвичай доводиться виконувати вимірювання з використанням сітки на дисплеї. Аналогові осцилографи можуть відображати не всі типи сигналів, оскільки існує верхня межа швидкості вертикальної та горизонтальної розгортки електронного променя. І хоча аналогові осцилографи досі використовуються багатьма інженерами, їх не часто можна побачити у продажу. Їм на зміну прийшли сучасніші цифрові осцилографи.
Цифрові осцилографи (DSO - digital storage oscilloscopes)
Цифрові запам'ятовуючі осцилографи (DSO або ЦЗО) були створені для того, щоб можна було компенсувати недоліки, властиві аналоговим осцилографам. У цифровому осцилографі сигнал, що подається на вхід, оцифровується за допомогою аналого-цифрового перетворювача (АЦП). На малюнку 6 показаний приклад архітектури одного із цифрових осцилографів компанії Keysight Technologies, Inc.
Рис. 6. Архітектура цифрового осцилографа
Атенюатор призначений для масштабування сигналу. Підсилювач вертикального відхилення забезпечує додаткове масштабування сигналу перед подачею на АЦП. Аналого-цифровий перетворювач робить вибірку та оцифрування вхідного сигналу. Ці дані зберігаються в пам'яті приладу. Система синхронізації здійснює пошук подій запуску, а блок розгортки визначає тривалість інтервалу часу, що відображається на екрані осцилографа. Мікропроцесор виконує задану користувачем додаткову пост-обробку, після чого сигнал відтворюється на екрані осцилографа.
Наявність даних у цифровій формі дозволяє осцилографу виконати безліч вимірювань різних параметрів сигналу. Крім того, сигнали можуть зберігатися в пам'яті як завгодно довго. Дані можуть бути роздруковані або передані на комп'ютер за допомогою флеш-накопичувача або DVD-RW, а також через інтерфейси LAN і USB. В даний час програмне забезпечення дозволяє керувати осцилографом з комп'ютера за допомогою віртуальної передньої панелі.
Осцилографи змішаних сигналів (MSO)
У цифрових осцилографах вхідний сигнал є аналоговим, і аналого-цифровий перетворювач робить його оцифрування. Разом з тим у міру розвитку технологій цифрової електроніки суттєво зросла необхідність одночасного спостереження аналогових та цифрових сигналів. В результаті виробники осцилографів почали випускати осцилографи змішаних сигналів, які здатні відображати і аналогові, і цифрові сигнали, і здійснювати запуск по них. Як правило, типовий осцилограф змішаних сигналів містить два або чотири аналогових та більшу кількість цифрових каналів (рис. 7).
Рис. 7. Вхідні роз'єми на передній панелі осцилографа змішаних сигналів: чотири аналогові канали та вісім або шістнадцять цифрових каналів
Перевага осцилографів змішаних сигналів полягає в тому, що вони дозволяють здійснювати запуск комбінації аналогових і цифрових сигналів і відображати їх в єдиному масштабі часу.
Органи керування на передній панелі
Як правило, для керування осцилографом використовуються регулятори та клавіші на передній панелі. На додаток до органів управління на передній панелі багато сучасних високопродуктивних осцилографів тепер оснащуються. операційними системами, внаслідок чого вони поводяться як комп'ютери. Ви можете підключити до осцилографа мишу та клавіатуру і використовувати їх для налаштування органів управління за допомогою меню та кнопок на дисплеї. Крім того, деякі осцилографи мають сенсорні екрани, тому для доступу до меню можна використовувати стілус або дотик пальцями.
Перед початком вимірювань...
Коли ви приступаєте до роботи з осцилографом, перш за все перевірте, що вхідний канал увімкнений. Щоб установити осцилограф у початковий стан за замовчуванням, натисніть клавішу (Налаштування за замовчуванням), якщо вона є. Потім, за наявності, натисніть клавішу (Автоматичне масштабування). Це дозволяє автоматично налаштувати вертикальний і горизонтальний масштаб, щоб сигнал відображався на дисплеї якнайкраще. Ці настройки можуть розглядатися як відправна точка, і в них потім можна вносити необхідні зміни. Якщо сигнал раптом буде втрачено, або виникнуть проблеми з відображенням сигналу, рекомендується повторити ці кроки. Передні панелі більшості осцилографів включають принаймні чотири основні блоки: органи управління системами вертикального та горизонтального відхилення, органи управління системою запуску та органи управління вхідними каналами.
Органи управління системою вертикального відхилення
Органи управління системою вертикального відхилення осцилографа зазвичай поєднуються в блок, який позначений як «Vertical». Ці елементи дозволяють настроювати параметри відображення сигналу вертикальної осі дисплея. Так, наприклад, серед них є регулятори, за допомогою яких визначається число вольт на поділ (коефіцієнт відхилення) по осі Y сітки екрана. Ви можете розтягувати осцилограму по вертикалі, зменшуючи значення коефіцієнта відхилення або навпаки стискати її, збільшуючи цю величину. Крім того, до блоку «Vertical» входять органи управління положенням (зміщенням) сигналу по вертикалі. Ці регулятори дозволяють просто переміщати всю осцилограму вгору або вниз дисплеєм. На малюнку 7 показаний блок органів управління системою вертикального відхилення осцилографа Keysight серії InfiniiVision 2000 Х.
Рис. 8. Блок органів управління системою вертикального відхилення осцилографа Keysight серії InfiniiVision 2000 X
Органи керування системою горизонтального відхилення
Органи керування системою горизонтального відхилення на передній панелі осцилографа зазвичай поєднуються в блок, який позначений як «Horizontal». Ці органи управління забезпечують налаштування горизонтального масштабу осцилограми. Один із елементів цього блоку дозволяє задавати масштаб по осі X - число секунд на розподіл (або коефіцієнт розгортки). Зменшуючи величину коефіцієнта розгортки, можна зменшити інтервал часу, що відображається на екрані. Ще один регулятор цього блоку призначений для керування положенням (зміщенням) осцилограми по горизонталі. Він дозволяє переміщати осцилограму екраном зліва направо і навпаки точно в потрібне положення. На малюнку 9 показаний блок органів управління системою горизонтального відхилення осцилографа Keysight серії InfiniiVision 2000 X.
Рис. 9. Блок органів управління системою горизонтального відхилення осцилографа Keysight серії InfiniiVision 2000 X
Для будь-якого професійного налаштування електронних пристроїв або для інженера з радіоелектронних пристроїв основним робочим пристроєм є осцилограф. Без нього не можна обійтися при налаштуванні телевізора, передавача.
Осцилографи служать для контролю та спостереження за періодичними сигналами різних форм, у тому числі синусоїдальної. Завдяки широкому інтервалу розгортки він дає можливість розгорнути імпульс навіть контролю наносекундних проміжків часу. Осцилограф подібний до роботи телевізора, який зображує електричні сигнали.
Пристрій та принцип дії
Для кращого розуміння дії приладу розберемо блок-схему типового осцилографа, так як всі їх основні види мають аналогічний пристрій.
На цій схемі не зображені блоки живлення: низьковольтний блок, що подає живлення для роботи вузлів, і джерело підвищеної напруги, що використовується для генерування високої напруги, що приходить на електронно-променеву трубку. Також на схемі немає калібратора для налаштування та підготовки приладу до роботи.
Тестований сигнал надходить на канал вертикального відхилення Y, далі на атенюатор, виконаний у вигляді багатопозиційного перемикача, що налаштовує чутливість осцилографа. Його шкала розмічена у вольтах на сантиметр або у вольтах на один поділ. Це означає один розподіл сітки координат на екрані променевої трубки. Там само зображені самі величини. Якщо амплітуда сигналу невідома, то встановлюється найменша чутливість. У цьому випадку навіть великий сигнал на 300 не пошкодить приладу.
Зазвичай у комплекті з осцилографом є дільникиу вигляді спеціальних насадок з роз'ємами. Вони працюють так само, як атенюатор. Ці насадки компенсують ємність кабелю під час роботи з малими імпульсами. На фото показаний дільник. Коефіцієнт розподілу дорівнює 1:10.
За допомогою дільника можливості приладу розширюються, можна досліджувати сигнали кілька сотень вольт. Після дільника сигнал проходить на попередній підсилювач , роздвоюється і приходить на перемикач синхронізації та лінію затримки яка служить для компенсації часу спрацювання генератора розгортки. Кінцевий підсилювач створює напругу, що надходить на Y -пластини, і відхиляє промінь у вертикальній площині.
Генератор розгортки створює пилкоподібну напругу, що надходить на пластини Х і горизонтальний підсилювач, при цьому промінь відхиляється в горизонтальній площині.
Пристрій синхронізації створює умови для роботи генератора розгортки одночасно з появою сигналу. У результаті дисплей осцилографа виводиться зображення імпульсу. Перемикач синхронізації працює в положеннях синхронізації від:
- Досліджуваного сигналу.
- Мережі.
- Зовнішнє джерело.
Перше положення застосовується частіше, оскільки воно зручніше.
Класифікація
Осцилограф є поширеним видом вимірювальних приладів. Існує кілька видів осцилографів, що мають різні характеристики, будову та роботу.
Аналогові
Такі осцилографи є класичними моделями цього вимірювальних приладів. Будь-які аналогові осцилографи мають дільник, вертикальний підсилювач, синхронізацію та відхилення, блок живлення та променеву трубку.
Такі трубки мають більший діапазон частоти. Відхилення променя на екрані залежить від напруги пластин. Горизонтальна розгортка працює за лінійною залежністю від напруги горизонтальних пластин.
Нижня межа частоти дорівнює 10 герцям. Верхня межа визначається ємністю пластин та підсилювачем. Сьогодні аналогові пристрої витісняються цифровими приладами зі своїми перевагами. Але аналогові прилади поки не зникають через їхню малу вартість.
Цифрові пам'ятники
Якщо цифрові прилади порівнювати з аналоговими, вони мають більше можливостей. Вартість їх поступово знижується. Цифровий осцилограф включає дільник, підсилювач, перетворювач аналогового сигналу, пам'яті, блоку управління і виведення на РК панель.
Принцип дії такого виду осцилографів надає їм більших можливостей. Вхідний аналоговий сигнал модифікується цифрову форму, і зберігається. Швидкість збереження визначається керуючим пристроєм. Її верхня межа визначається швидкістю перетворювача, а нижня межа не має обмежень.
Перетворення сигналу на цифровий код дає можливість збільшити стійкість відображення, зберігати дані на згадку, зробити розтяжку і масштаб простіше. Застосування дисплея замість електронної трубки дозволяє відображати будь-які дані та здійснювати керування приладом. Дорогі прилади оснащуються кольоровим екраном, що дозволяє розрізняти сигнали інших каналів, курсори, виділяти різні місця.
Параметри цифрових осцилографів набагато вищі за аналогові моделі, у великих межах знаходиться розтяжка сигналу. Крім простих схемувімкнення синхронізації, може використовуватися синхронізація при деяких подіях або параметрах сигналу. Синхронізацію можна побачити безпосередньо перед увімкненням розгортки.
Процесори обробки сигналу, що застосовуються, дають можливість обробки спектра сигналу за допомогою аналізу перетворенням Фур'є. Інформація в цифровому вигляді дозволяє записати в пам'ять екран з результатами вимірювання, а також надрукувати на принтері. Багато приладів оснащені накопичувачами для запису зображення до архіву та подальшої обробки.
Цифрові люмінофорні
Такий тип осцилограф працює на новій структурі побудови, заснованої на цифровому люмінофорі. Він імітує подібно до аналогових приладів зміну зображення на екрані. Люмінофорні цифрові типиОсцилографи дають можливість спостерігати на дисплеї всі подробиці модульованих сигналів, як і аналогові типи. При цьому забезпечується їх аналіз та зберігання у пам'яті.
Люмінофорні прилади, як і розглянута попередня модель, має свою пам'ять для зберігання різної інформації, в тому числі зберігається різниця затримки часу між різними пробниками. Можливість люмінофорних осцилографів виводити дані зі змінною інтенсивністю значно спрощує пошук пошкоджень в імпульсних блоках. Це виражено при обчисленні глибини модуляції сигналу при регулюванні напруги на виході, що призводить до нестабільного функціонування блоків.
У люмінофорних цифрових осцилографах об'єднані переваги цифрових та аналогових пристроїв, а багато в чому перевершують їх. Люмінофорні прилади володіють усіма перевагами осцилографів, що запам'ятовують, забезпечуючи можливості аналогових приладів: швидку реакцію на зміну сигналу і його відображення з різною яскравістю.
Цифрові стробоскопічні
У цьому виді осцилографів застосовується ефект послідовного стробування сигналу. При повторенні сигналу вибирається миттєве значення певної точки. При надходженні нового сигналу точка вибору зміщується сигналом. Так продовжується до повного стробування сигналу. Модифікований таким чином сигнал у вигляді огинальної лінії миттєвих величин сигналу входу, повторює форму сигналу.
Тривалість модифікованого сигналу набагато більше тривалості тестованого сигналу, отже, є стиск спектра. Це відповідає збільшенню смуги пропускання. Стробоскопічні види осцилографів мають великі смуги пропускання і дають можливість проводити дослідження періодичних сигналів з найменшою тривалістю. Вартість стробоскопічних осцилограф дуже висока, тому їх застосовують найчастіше для складних завдань.
Віртуальні осцилографи
Новий вид приладів може бути окремим пристроєм з паралельним портом для виведення або введення інформації, а також із портом USB, а також вбудованим допоміжним приладом на базі карток ISA. Програмна оболонка віртуальних осцилографів дозволяє повністю управляти пристроєм, і має кілька можливостей сервісу: імпорт та експорт інформації, цифрова фільтрація, різноманітні вимірювання, обробка інформації математичним способом тощо.
Осцилографи із застосуванням персонального комп'ютераможуть застосовуватись для широких можливостей вимірювання. Наприклад, для обслуговування та розробки радіотехнічної та електронної апаратури, у телекомунікаційному зв'язку, при виготовленні комп'ютеризованого обладнання, при виконанні діагностичних заходів засобів автотранспорту на станціях технічного обслуговування та для багатьох інших випадків, де потрібна оцінка та тестування нестійких перехідних процесів.
Віртуальні моделі осцилографів є хорошим альтернативним варіантом для стандартних цифрових осцилографів, що запам'ятовують, так як вони мають переваги у вигляді малої вартості, простоті застосування, компактних розмірів і високої швидкодії. До недоліків віртуальних осцилографів відноситься неможливість вимірювання та відображення постійної величинисигналів.
Портативні осцилографи
Цифрові технології швидко розвиваються, в результаті чого цифрові стаціонарні прилади модифікують портативні пристрої з хорошими параметрами габаритних розмірівта маси, а також низькою витратою електричної енергії.
При цьому портативні моделі осцилографів з живленням не поступаються за характеристиками стаціонарним приладам за кількістю функцій, мають великі можливості використання в різних галузях наукових досліджень, промисловому виробництві.
Електронний осцилограф (ЕО) - пристрій, за допомогою якого спостерігають, досліджують та вимірюють амплітуди електричних сигналів та їх часові параметри. Такий прилад є найбільш поширеним радіовимірювальним агрегатом, завдяки якому можна побачити електричні процеси, що відбуваються, незалежно від моменту появи імпульсу і його тривалості. По зображенню, що передається на екран, можливо з точністю визначити амплітудні коливання досліджуваного сигналу і їх тривалість на будь-якій ділянці мережі.
Осцилографи, що працюють на основі електронно-променевої трубки - громіздкі та маломобільні агрегати. Однак вони відрізняються високою точністю вимірів. Такі прилади здатні швидко обробляти вхідні сигнали. Вони мають широкий частотний діапазон та відмінну чутливість.
Сфера використання ЕО
Область застосування осцилографів велика. За допомогою дослідник зможе спостерігати форми електричних імпульсів, завдяки чому цей прилад став незамінним «помічником» у налагоджувальних роботах електронної апаратури. Можливості ЕО:
- визначення напруги та часових параметрів сигналу та його частоти;
- спостереження форми сигналу;
- відстеження спотворення імпульсів на будь-якій ділянці мережі;
- визначення зсуву фаз;
- вимір сили струму, опору.
При вимірі значень напруги електричних ланцюгахосцилограф практично не споживає енергію і працює у широкому діапазоні частот.
Електронний осцилограф використовується в дослідницьких лабораторіях, діагностичних автосервісах, майстернях з ремонту електроніки. Завдяки такому приладу можна оперативно визначити причину несправності мікросхеми.
Влаштування електронних осцилографів
Незважаючи на широкий асортимент радіовимірювальних приладів, схема осцилографа незалежно від моделі та конструктивних особливостейагрегатів, приблизно одна й та сама. Найбільш важливі складові будь-якого ЕО:
- електронно-променева трубка (ЕЛТ);
- канали відхилення (вертикальний та горизонтальний);
- блок керування;
- калібратори;
- джерело живлення.
Головна частина ЕО — вакуумна ЕЛТ, яка є витягнутою ємністю зі скла. У ній знаходяться комплекс електродів (званий електронною гарматою) та люмінофорний екран, завдяки якому в результаті влучення електронів можна спостерігати біолюмінесценцію. У вакуумній трубці також знаходиться катод, модулятор, 2 анода і пара пластин, що відхиляють. Горизонтальний канал містить генератор розгортки, синхронізуючий пристрій та підсилювач. В канал вертикального відхилення входить кабель з'єднання, вхідний тумблер, і навіть дільники напруги.
Блок керування призначається для підсвічування прямого ходу розгортки і необхідний погашення електронного променя в процесі ходу. Калібратор - пристрій, що виконує функцію генератора напруги. Він призначений для високоточного визначення частоти та амплітуди імпульсних сигналів. Живильний блок забезпечує електроживлення всіх вузлів та механізмів ЕО. На блок проводиться подача напруги 220В, після чого відбувається його перетворення і напрямок на нитки, що розжарюють, генераторні підсилювачі та інші складові приладу.
Особливості функціонування електронних осцилографів
Функціонування будь-яких моделей ЕО передбачає перетворення досліджуваних імпульсів на наочний малюнок, що відображається на екран вакуумної ЕЛТ. Випускання електронів здійснюється за допомогою електронної гармати, яка розташована протилежно до кінця променевої трубки. Між системою електродів і екраном розташований модулятор, за допомогою якого відбувається регулювання потоку електронів, а також дві пари пластин, що дозволяють виробляти відхилення електронного променя по горизонталі або вертикалі.
Принцип роботи ЕПТ полягає в наступному: на нитку розжарювання подається змінна, а на модулятор - постійна напруга. На пластини, що відхиляються, проводиться подача. постійної напруги, за рахунок чого відбувається зміщення потоку електронів у сторони, та змінного, необхідного для створення лінії розгортки. На її довжину впливає значення амплітуди пилкоподібної напруги. При одноразовій подачі напруги одну і другу пару пластин на екрані відображається синусоїдальна лінія розгортки досліджуваного імпульсу.
Вибір ЕО в залежності від призначення
Найпоширенішими моделями електронних осцилографів є універсальні пристрої. Вони подача досліджуваного сигналу здійснюється через атенюатори і підсилювачі на ЕЛТ, що вертикально відхиляється. Горизонтальний нахил відбувається за рахунок генератора розгортки. Такі прилади дозволяють досліджувати електричні імпульси у широкому діапазоні частот та амплітуд. Завдяки цим моделям осцилографів можливий вимір тривалості сигналу, що надходить від часток секунд.
Використання стробоскопічних електронних осцилографів дозволяє проводити дослідження форм і вимірювати амплітудні і часові параметри сигналів, що періодично виникають. Такі прилади необхідні, щоб досліджувати перехідні процеси в напівпровідниковій техніці, що швидко діє, мікромодульних та інтегральних пристроях. За допомогою цього вимірювального приладу можна спостерігати за сигналами, що повторюються, з тривалістю в частки секунд.
Спеціальні електронно-променеві осцилографи призначені для вирішення конкретних завдань. Найчастіше такі прилади застосовують для дослідження телевізійних та радіолокаційних сигналів. Агрегати спеціального призначення містять у своєму пристрої специфічні вузли.
Також широко поширені запам'ятовуючі осцилографи. Вони застосовуються за необхідності дослідження повільних процесів та одиночних імпульсів. Такі моделі ЕО оснащені спеціальним пристроємз пам'яттю, завдяки якому можна зберегти отримані дані на певний час. У разі потреби сигнал можна відтворити для його дослідження та подальшої обробки.
Для спостереження за гармонійними або імпульсними сигналами, що протікають у режимі реального часу за одиниці наносекунд, використовують швидкісні ЕО. Оперативна обробка імпульсів такими пристроями досягається за рахунок застосування ЕПТ з хвилею, що біжить. У цих приладів немає підсилювача, що генерує, у вертикальному каналі відхилення.
Величезним попитом також користуються ЕО зі змінними блоками. Змінюючи блок на приладі, можна змінювати його характеристики та основні робочі параметри, такі як:
- смуга пропуску;
- коефіцієнт розгорнення;
- значення відхилення.
За допомогою зміни блоку можлива зміна функціональних можливостей пристрою.
Вибір ЕО в залежності від кількості каналів
Виробники радіовимірювальних приладів випускають осцилографи, які можуть бути одно, двома або багатопроменевими, а також двома і багатоканальними. Однопроменевий ЕО - агрегат, що має один вхідний пристрій. Найпоширенішими вважаються двопроменеві та двоканальні прилади. Вони призначені для одночасного спостереження та дослідження на одному екрані ЕЛТ двох імпульсних сигналів.
Двопроменеві осцилографи зручно використовувати при необхідності зіставлення імпульсних сигналів на виході та вході, для спостереження за різними перетворювачами та для вирішення інших завдань. Ці електронні пристрої мають 4 робочі режими:
- Одноканальний, при активації якого працює лише один із двох каналів.
- Чергування, що дозволяє включати по черзі один і другий канал після кожної розгортки.
- Переривання, що дозволяє активувати обидва канали. Однак їх перемикання відбувається з неоднаковою частотою.
- Додавання, завдяки якому обидва канали функціонують при одному навантаженні.
Двоканальні та двопроменеві пристрої мають свої переваги та недоліки. Переваги перших - бюджетна ціна та відмінні технічні характеристики. Переваги других полягають у можливості дослідження двох сигналів як окремо, і разом. Багатопроменеві електронні прилади виготовлені за принципом двопроменевих. Скільки променів має осцилограф, стільки ж у нього є сигнальних входів.
Переваги електронних осцилографів
Електронні осцилографи мають низку важливих переваг:
- оперативний вимір осцилографом амплітуди сигналу;
- висока стійкість зображення;
- підвищена чутливість;
- Великі функціональні можливості практичного застосування.
Вимірювання, зроблені ЕО, мають виняткову наочність. З їхньою допомогою можна розглянути будь-які електричні процеси. За зображенням на ЕПТ можливо провести вимірювання та порівняння струмів і напруги незалежно від форми, а також провести оцінку їх амплітудних значень, фазових характеристик різної техніки. Осцилограф - простий прилад із високою точністю вимірювань. Наявність величезного асортименту таких пристроїв радіовимірювання дозволить підібрати прилад для конкретних цілей.
Особливості підключення ЕО
Підключення радіовимірювального приладу до джерела досліджуваних сигналів необхідно проводити за допомогою проводів та кабелю коаксіального. Для спостереження за безперервними низько та середньочастотними імпульсами слід використовувати сполучні дроти. З метою дослідження імпульсів та високочастотних напруг доцільно застосувати кабелі високої частоти. Щоб послабити вплив вхідного ланцюга, пристрій підключають за допомогою повторювача. Такий пристрій має велике активний опір, невелику вхідну ємність, рівнозначні амплітудні та частотні параметри, Мінімальний коефіцієнт передачі.
У випадках вимірювання напруги з високовольтним імпульсом між виходом джерела сигналу та входом у радіовимірювальний прилад необхідно увімкнути дільник напруги. Щоб уникнути спотворень при видачі коротких імпульсів, доцільно застосовувати високочастотні кабелі, мають мінімальну довжину. При необхідності отримання осцилограм з імпульсами струму, досліджуваний ланцюг слід включити додатковий резистор з малим значенням індуктивності.