Mit einem Multimeter können Sie einfache elektrische Größen wie Strom, Widerstand, Spannung messen. Sie werden jedoch nicht in der Lage sein, die Form des Signals oder sein Verhalten im Laufe der Zeit zu untersuchen. Daher wird ein Oszilloskop zum Messen, Überprüfen und Feinabstimmen von Geräten benötigt. Früher wurde dieses Universalgerät nur in Labors und Servicezentren eingesetzt, heute ist es für Funkamateure durchaus zugänglich.

Typen und Eigenschaften

Verschiedene Studien auf dem Gebiet der Elektrizität erforderten ein Instrument, das eine Reihe von Messungen des Verhaltens eines bestimmten Parameters über einen bestimmten Zeitraum durchführen konnte. Der Erfinder dieses Geräts war Andre Blondel, geboren 1863 in Frankreich. Während seines Studiums der Elektrotechnik gründete er ein Labor in der Stadt Levalloupe. Darin erfand und konstruierte der Wissenschaftler basierend auf der Theorie von Alfred Cornu ein magnetoelektrisches Gerät mit einer bifilaren Aufhängung. Dies geschah im Jahr 1893.

Dieses Gerät ermöglichte die Aufzeichnung der Intensität von Wechselströmen, indem es die Schwingungen eines Pendels mit Tinte aufzeichnete, das an einen Induktor angeschlossen war. Das Messgerät zeichnete sich aufgrund mechanischer Teile durch eine geringe Genauigkeit aus. Und seine Bandbreite lag im Bereich von 10-19 kHz.

Die Weiterentwicklung des Geräts führte 1897 zum Erscheinen eines Oszilloskops mit einer Kathodenstrahlröhre (CRT). Sein Designer war der deutsche Physiker Karl Braun. Das erste industrielle Exemplar wurde jedoch erst 1932 von der britischen Firma A. C. Cossor Ltd. herausgebracht. Im November stellte das amerikanische Unternehmen Allen B. DuMont Laboratories ein Oszilloskop vor, das aus zwei Teilen besteht: einer Kathodenstrahlröhre und einem Gehäuse. Letztere beherbergten Strahlfokussierungseinheiten, eine Stromquelle und eine Scaneinheit. Die Technologie zur Herstellung des Bildschirms erlaubte jedoch eine Nutzungsdauer von nicht mehr als tausend Stunden.

Der Zweite Weltkrieg stoppte die Entwicklung des Geräts, aber nach seinem Ende führten die Ingenieure Wollum und Murdoch, die Gründer von Tektronix, einen Warte-Sweep in das Gerät ein, der nur dann ausgelöst wird, wenn ein elektromagnetisches Signal auftritt. Dieses Gerät arbeitete mit einer Bandbreite von 10 MHz.

Die Entwicklung der Halbleitertechnologie führte 1980 zur Entwicklung eines digitalen Geräts durch LeCroy. Danach begann in Europa die Massenproduktion digitaler Geräte, nicht nur auf professioneller Ebene, sondern auch auf Amateurfunkebene. Auf den Märkten sind verschiedenste Geräte erschienen, die sich in Genauigkeit und Funktionalität unterscheiden.

Zu Beginn der 2000er Jahre verdrängte die Digitaltechnik analoge Instrumente fast vollständig; dies wurde durch die Entwicklung von Personalcomputern und die Möglichkeit, ein Messgerät mit diesen zu verbinden, erleichtert. Doch unabhängig davon, welche Signalverarbeitungsmethode verwendet wird, bleibt das Funktionsprinzip verschiedener Oszilloskope gleich.

Analoges Gerät

Heutzutage findet man analoge Oszilloskope immer seltener in Forschungslaboren oder Servicezentren. Aber Funkamateure verfügen immer noch über eine ganze Reihe veralteter, aber immer noch recht funktionsfähiger solcher Geräte. Jedes analoge Gerät besteht aus einem oder mehreren vertikalen Kanälen, einem horizontalen Kanal, einer Triggerschaltung und einer Kathodenstrahlröhre (CRT).

Der CRT ist der Hauptteil des Geräts. Es zeigt die Form des untersuchten Signals an. Es besteht aus einer Vakuumflasche, in die Elektroden für verschiedene Zwecke eingelötet sind. Die erste Gruppe bildet eine Elektronenkanone, die einen Strahl erzeugt. Ihm wird das zu untersuchende Signal zugeführt. Und der zweite besteht aus Kontakten vertikal und horizontal ablenkender Platten und wird mit der Spannung des Scangenerators versorgt.

Auf diese Weise, Das Gerät besteht aus folgenden Teilen:

• Dämpfungsglied – Eingangsspannungsteiler;
• Vorverstärker;
• Verzögerungsblock;
• Synchronisations- und Sweep-Trigger-Schaltung;
• Generator;
• Endverstärker.

Das gemessene Signal wird vertikalen Platten und dann einem Dämpfungsglied zugeführt, mit dem Sie die Empfindlichkeit des Geräts anpassen können. Das Bediengerät ist in Form eines Drehknopfes ausgeführt. Die Schaltskala wird in Volt pro Division angegeben. Bei der Messung eines starken Signals werden Teiler verwendet. Hierbei handelt es sich um spezielle Geräte, die nach dem Prinzip von Dämpfungsgliedern arbeiten, gleichzeitig aber das Signal auf einen für die Eingangskreise des Oszilloskops sicheren Pegel reduzieren.

Das Signal vom Teiler oder Dämpfer wird am Vorverstärker verzweigt und gelangt in den Verzögerungs- und Synchronisationsblock. Der letzte Knoten schafft Bedingungen zum Starten des Generators, wenn elektromagnetische Schwingungen auftreten. Das Sägezahnsignal des Generators gelangt in den horizontalen Kanal X, wo es verstärkt und dem Bildschirm zugeführt wird.

Der zweite Teil des Signals gelangt über die Verzögerungsleitung zum Kanal Y und dann zur CRT. Dadurch wird die Position des Pulses im XY-Koordinatensystem auf dem Bildschirm angezeigt. Die untere Frequenzgrenze liegt bei etwa 10 Hz, die obere hängt von der Kapazität der Platten und der Qualität der Verstärker ab.

Wenn daher die gemessene Spannung an die Platten angelegt wird, beginnt der Strahl vertikal und horizontal abzuweichen. Diese Bewegungen erfolgen synchron und dadurch „entfaltet“ sich das Signal zeitlich. Das resultierende Bild auf dem Bildschirm wird Oszillogramm genannt.

Digitales Gerät

Das digitale Gerät kombiniert ein analoges Oszilloskop und einen Minicomputer. Damit können Sie nicht nur die Form visuell sehen, sondern auch eine Reihe von Operationen durchführen, wie zum Beispiel das Addieren und Subtrahieren von Signalen, die Fourier-Transformation und die Bestimmung des Spektrums. Das Gerät beinhaltet:

Das Signal wird dem Eingang der Skalierungseinheit zugeführt und dort auf einen sicheren Wert für die internen Schaltkreise des Geräts reduziert. Anschließend wird es über einen Verstärker dem ADC zugeführt. Es wandelt die analoge Form in eine Reihe diskreter Sequenzen logischen Codes um. Hierzu wird ein Mikrocontroller verwendet, der nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation (PWM) arbeitet.

Der Code wird in den RAM geschrieben, von wo aus er nach Erfüllung einer bestimmten Bedingung in die Speicherzellen übertragen wird. Jeder Block entspricht einem beleuchteten Pixel. Die X-Koordinate wird durch die Zellennummer bestimmt, und die Y-Koordinate wird durch den darin geschriebenen Code bestimmt. Eine Speicherzelle kann mehrere Codesymbole enthalten, die eine Reihe kontinuierlich brennender Pixel bilden.

Digitale Oszilloskope sind in mehrere Untertypen unterteilt und können sein:

Die Verwendung eines LCD-Bildschirms erhöht den Komfort beim Arbeiten mit dem Oszilloskop. Es wird möglich, alle darauf befindlichen Daten visuell anzuzeigen, und durch die Verwendung des Speichers im Gerät können Sie alle Änderungen der Signalform im Laufe der Zeit vergleichen.

Ein Oszilloskop verfügt wie jedes elektrische Gerät über eine Reihe technischer Parameter. Sie bestimmen dessen Funktionalität und Nutzungsgrad. Für seinen Betrieb gelten Anforderungen an die Genauigkeitsklasse, die Betriebsstabilität und die Geräuscheigenschaften.

Die wichtigsten Parameter des Gerätes sind:

Ein Oszilloskop dient zur Untersuchung verschiedener Beziehungen zwischen mehreren Größen. Das auf dem Bildschirm angezeigte Oszillogramm zeigt, wie sich die Spannungsform im Laufe der Zeit ändert. Daraus können Sie ganz einfach Polarität, Amplitude, Dauer, Tastverhältnis und Frequenz des Signals bestimmen.

In grober Näherung funktioniert das Oszilloskop wie ein grafisches Voltmeter. Es misst das Signal und zeigt seine Wellenform auf dem Display an. Das Gerät kann sogar hochfrequente Spannungen messen. Sein Hauptzweck besteht darin, es zur Fehlersuche in komplexen elektronischen Schaltkreisen oder für Forschungsmessungen einzusetzen. Zum Beispiel, damit ist es möglich:

• Timing-Parameter bestimmen;
• Studienphasenverschiebung;
• Legen Sie die Signalfrequenz fest.
• Beachten Sie die Wechsel- und Gleichspannungsanteile;
• Beachten Sie das Vorhandensein von Harmonischen und deren Parameter.
• Identifizieren Sie Prozesse, die im Laufe der Zeit ablaufen.

Daher ist ein Oszilloskop erforderlich, damit Sie Schwankungen in einem elektrischen Signal deutlich beobachten sowie Interferenzen und Verzerrungen erkennen und so das fehlerhafte Element in verschiedenen Knoten anhand der Form der Eingangs- und Ausgangsimpulse identifizieren können. Darüber hinaus wird das Oszilloskop häufig zur Diagnose von Elektromotoren eingesetzt. Durch die Untersuchung der während des Motorbetriebs auftretenden Erzeugung ist es möglich, die Fehlfunktion des Katalysators zu berechnen, erhöhte Luftlecks zu erkennen und Signale verschiedener Sensoren zu verfolgen.

Arbeiten mit dem Messgerät

Vor der Verwendung des Oszilloskops wird eine Kalibrierung durchgeführt. Dazu werden die Messsonden mit dem Eingang des Verstärkers (Strahlablenkung in der Vertikalebene) und dem gemeinsamen Anschluss, der als Masse bezeichnet wird, verbunden. Wenn Sie eine Röhre verwenden, müssen Sie nach dem Einschalten eine Weile warten, bis sich der Bildschirm erwärmt. Dann müssen Sie die folgenden Schritte durchführen:

Somit können Sie mit einem Oszilloskop Vorgänge zur Konfiguration und Reparatur komplexer Geräte durchführen, die mit einem Tester nicht möglich sind. Die Arbeit an einem modernen Gerät ist nicht viel schwieriger als Messungen mit einem Multimeter.

Ich habe eine besondere Liebe zu Oszilloskopen. Manche Leute mögen Bentleys, andere mögen Oszilloskope. Jeder hat seine eigenen Macken. Ich mag Bentley auch, aber im Gegensatz zu all seinen anderen Besitzern mag ich auch Oszilloskope! =)

Die Hauptaufgabe eines Oszilloskops besteht darin, Änderungen im untersuchten Signal aufzuzeichnen und zur Betrachtung auf dem Bildschirm anzuzeigen. Dies ist das unverzichtbarste Gerät im Labor eines Funkamateurs. Sie können die Frequenz abschätzen, die Amplitude betrachten und, was oft noch wichtiger ist, die Form des Signals untersuchen. Ich habe mich für den Einstieg in die Elektronik entschieden – unbedingt kaufen.

Kurzgeschichte

Die Geschichte des Oszilloskops reicht mehr als 100 Jahre zurück. Zu verschiedenen Zeiten arbeiteten so berühmte Persönlichkeiten wie Adre Blondel, Robert Andreevich Colley, William Crookes, Karl Brown, I. Zenneck, A. Wenelt, Leonid Isaakovich Mandelstam und viele andere an der Verbesserung des Geräts.

Wussten Sie übrigens, dass der erste Anschein eines Oszilloskops im Russischen Reich geschaffen wurde? Dies wurde 1885 vom russischen Physiker Robert Colley durchgeführt. Das Gerät wurde Oszillometer genannt. Die damaligen Oszilloskope waren ganz anders als die heute verwendeten!

Allgemeines Funktionsprinzip

Ich muss sagen, dass es mittlerweile eine Vielzahl unterschiedlicher Oszilloskope gibt. Für uns ist jedoch das allgemeine Funktionsprinzip wichtig: Das Gerät erfasst die Änderung der Signalspannung und zeigt sie auf dem Bildschirm an. Ja, genau dafür ist ein Oszilloskop da, das ist alles. Aber das ist für Physiker und Ingenieure so wichtig, dass es schwer in Worte zu fassen ist. Die Bedeutung dieses Geräts ist vergleichbar mit der Entdeckung des Gesetzes der universellen Gravitation.

Das Bild oben zeigt ein typisches Oszilloskop-Bedienfeld. Eine Menge aller möglichen Bedienelemente, Tasten, Anschlüsse und ein Bildschirm. Horror, wie kann man das alles herausfinden? Ja, einfach. Gehen.

Niemand wird beleidigt sein, wenn ich sage, dass das Oszilloskop zwei Hauptsteuerungen hat. Darüber steht normalerweise „Sweep“ oder „Duration“, „V/div“. Lass es uns herausfinden!

Zunächst zu „V/div“. Sie können dem Eingang des Geräts ein Signal unterschiedlicher Amplitude zuführen. Ich wollte eine Sinuskurve mit einer Amplitude von 1 V liefern, wollte aber 0,2 V oder 10 V. Wie Sie im Bild oben sehen können, ist der Gerätebildschirm normalerweise in Zellen unterteilt. Ja, das ist das gleiche bekannte kartesische Koordinatensystem. Mit „V/div“ können Sie also die Skala entlang der Y-Achse ändern. Mit anderen Worten, Sie können die Größe der Zelle in Volt ändern. Wenn Sie 0,1 V auswählen und eine Sinuskurve mit einer Amplitude von 0,2 V anlegen, nimmt die gesamte Sinuskurve 4 Zellen auf dem Bildschirm ein.

Und wenn man ein Signal in einem realen Schaltkreis untersucht, kann die Signalamplitude so groß sein, dass das gesamte Signal nicht auf den Gerätebildschirm passt. Anschließend drehen Sie den „V/div“-Einstellknopf und stellen die erforderliche Y-Achsenskala ein, sodass Sie das gesamte Signal sehen können.

Nun zur „Dauer“. Die meisten elektronischen Oszilloskope waren in der Geschichte analog. Als Bildschirm wurden CRTs (Kathodenstrahlröhren) verwendet. Dieselben, die auf Fernsehern ohnehin kaum zu finden sind. Wer Interesse hat, kann sich das Video unten ansehen. Es erklärt perfekt das Prinzip der Darstellung des untersuchten Signals auf dem Bildschirm eines CRT-Oszilloskops. Oder lesen Sie weiter, wenn Sie zu faul zum Anschauen sind, erzähle ich Ihnen das Wichtigste.

Daher wird der Knopf „Dauer“ („Sweep“) benötigt, um die Geschwindigkeit einzustellen, mit der sich der Strahl auf dem Bildschirm des Geräts von links nach rechts bewegt. (Haben Sie gedacht, dass dort die gesamte Grenze gezogen ist? Nein, das trifft auf moderne digitale Geräte zu, aber sie kommen später) Wozu dient das? Ja, genau darauf basiert die Arbeit eines Oszilloskops. Der Strahl verläuft von links nach rechts und das am Eingang eingespeiste Signal lenkt ihn einfach nach oben oder unten ab. Als Ergebnis sehen Sie auf dem Gerätebildschirm ein schönes Bild einer Sinuskurve oder etwas Rauschen.

Okay, warum das nötig ist, ist jetzt klar. Bleibt die Frage: Warum die Bewegungsgeschwindigkeit oder anders gesagt die Frequenz des über den Bildschirm laufenden Strahls (Sweep-Frequenz) ändern?

Vielleicht haben Sie selbst bei einer Show oder einem Konzert einen solchen Effekt bemerkt oder gesehen, dass, wenn ein helles Licht für den Bruchteil einer Sekunde in der Dunkelheit aufblitzte, es schien, als ob alle Bewegung aufhörte und die Welt stillstand? Herzlichen Glückwunsch, Sie haben den Stroboskopeffekt bemerkt. Es gibt sogar ein solches Gerät – ein Blitzlicht. Mit einem Blitzlicht können Sie sich schnell bewegende Objekte betrachten. Das Gleiche gilt für ein Oszilloskop; es ist im Wesentlichen ein „elektronischer“ Blitz! Nur durch Ändern der Scanfrequenz erreichen wir ein Einfrieren des Bildes auf dem Gerätebildschirm. Und wenn die Wobbelfrequenz nahe bei der Signalfrequenz liegt oder mit dieser übereinstimmt, sehen Sie auf dem Bildschirm ein statisches Bild, das wie auf Papier gezeichnet zu sein scheint.

Andernfalls scheint es, als ob die Sinuskurve irgendwo verläuft. Ich werde Ihnen nicht sagen, wie dies erreicht wird. Die Hauptsache ist, das Prinzip zu verstehen, und die Details der konkreten Implementierung sind nicht so wichtig. Alle anderen Funktionen des Oszilloskops sind bereits eine Ergänzung. Ihre Anwesenheit vereinfacht die Untersuchung von Signalen erheblich. Und wenn einige davon nicht in Ihrem Gerät vorhanden sind, können Sie in Frieden leben.

Welche Arten von Oszilloskopen gibt es?

Bisher lassen sich drei Haupttypen von Oszilloskopen unterscheiden: analoge, digitale und Analog-zu-Digital-Oszilloskope. Seit den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts gibt es immer mehr digitale. Mittlerweile stellen sie die größte Gruppe dar. Sie verfügen über viele nützliche Zusatzfunktionen, geringe Größe, geringes Gewicht und einen angemessenen Preis.

Zum Zeitpunkt des Schreibens dieser Zeilen liegt der Durchschnittspreis für ein digitales Gerät bei 15.000 für das unhandlichste Modell. Ein mehr oder weniger normales Gerät kann ab 25.000 gekauft werden. Ein altes sowjetisches Gerät mit ernsthaften Eigenschaften, die dem durchschnittlichen digitalen Modell um ein Vielfaches überlegen sind, ist zwar für 3-6.000 zu finden, das Gewicht, die Abmessungen und einige andere Eigenschaften sind jedoch möglicherweise nicht der Fall passt zu jedem =)

Hauptmerkmale

Oszilloskope haben viele Eigenschaften. Für einen Funkamateur ist es sinnlos, über alles Bescheid zu wissen. Es sei denn, ein Funkamateur hat sich entschieden, Profi zu werden =) Aber es gibt einige, die Sie kennen und verstehen sollten, was sie bedeuten.

In elektronischen Oszilloskopen können Sie auf dem Bildschirm Kurven verschiedener elektrischer und Impulsprozesse beobachten, die mit einer Frequenz von mehreren Hertz bis zu mehreren zehn Megahertz variieren.

Mit elektronischen Oszilloskopen können Sie verschiedene elektrische Größen messen, eine Kennlinienfamilie von Halbleiterbauelementen ermitteln, die Parameter elektronischer Geräte bestimmen und auch viele andere Studien durchführen.

Elektronische Oszilloskope werden an eine Wechselspannung von 127 oder 220 V mit einer Frequenz von 50 Hz angeschlossen, und einige von ihnen können zusätzlich Strom von einer Wechselspannungsquelle von 115 oder 220 V mit einer Frequenz von 400 Hz beziehen. oder von einer Gleichspannungsquelle von 24 V, eingeschaltet durch Drücken einer Taste „NETWORK“ (Abb. 1).

Reis. 1. Frontplatte des elektronischen Oszilloskops S1-72

Durch Drehen der beiden entsprechenden Knöpfe im unteren linken Teil der Frontplatte des Geräts können Sie Helligkeit und Fokus anpassen, um auf dem Bildschirm einen kleinen leuchtenden Fleck mit scharf definierter Kontur zu erhalten, der nicht lange bewegungslos bleiben kann Zeit, um Schäden am Bildschirm der Kathodenstrahlröhre zu vermeiden.

Durch Drehen der Drehknöpfe, neben denen sich doppelseitige Pfeile befinden, lässt sich dieser Punkt ganz einfach an jede beliebige Stelle auf dem Bildschirm verschieben. Bevor Sie das Oszilloskop jedoch an die Stromquelle anschließen, ist es besser, seine Bedienelemente so zu positionieren, dass Sie auf dem Bildschirm anstelle eines Punktes sofort eine leuchtende horizontale Scanlinie erhalten, deren Helligkeit, Fokus und Position auf dem Bildschirm angezeigt werden können durch Drehen der entsprechenden Knöpfe an die Anforderungen des Experiments angepasst werden.

Die zu prüfende Spannung u(t) wird über ein Verbindungskabel an die Buchse „INPUT Y“ geliefert und sorgt so für die Einspeisung in den Eingangsspannungsteiler, gesteuert über den Drehknopf „AMPLIFIER Y“, und anschließend in die vertikale Strahlablenkung Verstärker. Gab es zuvor einen festen Punkt auf dem Bildschirm, erscheint nun darauf ein vertikaler Streifen, dessen Länge direkt proportional zur Amplitude der zu prüfenden Spannung ist.

Durch Einschalten des im Oszilloskop eingebauten Sägezahnspannungsgenerators, der über einen horizontalen Strahlablenkverstärker mit der Kathodenstrahlröhre verbunden ist und dessen Verstärkung durch Drehen des Schaltknopfs in der oberen rechten Ecke der Frontplatte des Geräts einstellbar ist, ändert sich die Wobbeldauer und sorgt dafür, dass die u(t)-Kurve auf dem Bildschirm erscheint.

Wenn die Bedienelemente des Oszilloskops vor dem Einschalten auf Positionen eingestellt waren, die das Erscheinen einer horizontalen Scanlinie gewährleisten, wird beim Anlegen der Prüfspannung an „INPUT Y“ die gleiche Kurve und u (t) auf dem Bildschirm angezeigt . Die Stabilität der Prüfspannungskurve wird durch Drücken einer der Tasten des Synchronisationsblocks und entsprechendes Drehen der Knöpfe „STABILITY“ und „LEVEL“ erreicht. Eine transparente Skala, die den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre bedeckt, erleichtert die erforderlichen vertikalen und horizontalen Messungen.

Die meisten elektronischen Oszilloskope ermöglichen das gleichzeitige Anlegen von jeweils zwei Prüfspannungen an die Y-Eingänge und X, wenn Sie zuerst die Taste INPUT X drücken.

Bei zwei um a phasenverschobenen Sinusspannungen gleicher Frequenz und Amplitude erscheinen auf dem Bildschirm Lissajous-Figuren (Abb. 2), deren Form von der Phasenverschiebung α = arcsin B/A abhängt,

wobei B die Ordinate des Schnittpunkts der Lissajous-Figur mit der vertikalen Achse ist; A ist die Ordinate des oberen Punktes der Lissajous-Figur.

Reis. 2. Lissajous-Figuren für zwei Sinusspannungen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude, phasenverschoben um α.

Das Vorhandensein eines Strahls in einer Kathodenstrahlröhre ist ein wesentlicher Nachteil des Oszilloskops, der die gleichzeitige Beobachtung mehrerer Prozesse auf dem Bildschirm ausschließt, was durch den Einsatz eines elektronischen Schalters beseitigt werden kann.

Zweikanalige elektronische Schalter verfügen über zwei Eingänge mit einem gemeinsamen Anschluss und einen Ausgang, der mit dem Eingang des elektronischen Oszilloskops verbunden ist. Beim Betrieb des Schalters werden dessen Eingänge automatisch abwechselnd mit dem Y-Eingang verbunden, wodurch beide an den Schaltereingängen angeschlossenen Spannungskurven gleichzeitig auf dem Bildschirm des Oszilloskops beobachtet werden können. Abhängig von der Eingangsschaltfrequenz erscheint das Bild der Kurven auf dem Bildschirm in Form von gepunkteten oder durchgezogenen Linien. Um die gewünschten Skalen der Kurven zu erhalten, werden an den Eingängen der Schalter Spannungsteiler installiert.

Vierkanalige elektronische Schalter verfügen über vier Doppelklemmeneingänge mit Spannungsteiler und einen Ausgang, der mit dem Y-Eingang eines elektronischen Oszilloskops verbunden ist, wodurch Sie vier Kurven gleichzeitig auf dem Bildschirm betrachten können. Normalerweise verfügen elektronische Schalter über Knöpfe, mit denen sich die Wellenformen auf dem Oszilloskopbildschirm nach oben und unten verschieben lassen, sodass sie entsprechend den Anforderungen des Experiments positioniert werden können.

Die gleichzeitige Beobachtung mehrerer Kurven ist auch bei Mehrstrahloszilloskopen möglich, bei denen die Kathodenstrahlröhre über mehrere Elektrodensysteme verfügt, die die Strahlen erzeugen und steuern.

Elektronische Oszilloskope ermöglichen es, nicht nur verschiedene stationäre periodische Prozesse auf dem Bildschirm zu beobachten, sondern auch Oszillogramme verschiedener schneller Prozesse zu fotografieren.

Derzeit werden analoge Oszilloskope durch ersetzt digitale Speicheroszilloskope, die über schwerwiegendere funktionale und messtechnische Fähigkeiten verfügen.

Digitale Speicheroszilloskope werden über einen parallelen LPT- oder USB-Anschluss an einen PC oder Laptop angeschlossen und nutzen die Fähigkeiten des Computers zur Anzeige elektrischer Signale. Die meisten Modelle benötigen keine zusätzliche Stromversorgung.

Alle Standardfunktionen eines Oszilloskops werden durch spezielle Programme realisiert, die auf einem Computer laufen, d. h. Das Computerdisplay wird als Oszilloskopbildschirm verwendet. Solche Oszilloskope zeichnen sich durch eine sehr hohe Empfindlichkeit und Bandbreite aus.

Reis. 3. Digitales Speicheroszilloskop ZET 302

Reis. 4. Programm zum Arbeiten mit einem digitalen Oszilloskop

Ein digitales Speicheroszilloskop ist eigentlich ein spezielles Computerzubehör; es nimmt im Vergleich zu analogen Modellen deutlich weniger Arbeitsfläche ein, da die Funktionen der Signalverarbeitung und Anzeige auf einen normalen Computer übertragen werden. Die Leistung eines digitalen Speicheroszilloskops wird nur durch die Leistung des Computers begrenzt.

Die allgemeine Steuerung des Betriebsablaufs digitaler Oszilloskopkomponenten erfolgt durch einen Mikroprozessor. Das Funktionsdiagramm eines digitalen Oszilloskops enthält eine Reihe von Komponenten, die für einen Computer charakteristisch sind. Dies sind vor allem ein Mikroprozessor, digitale Steuerschaltungen und ein Speicher.

Digitale Oszilloskop-Software kann viele Funktionen ausführen, die für ein Lichtstrahlen-Oszilloskop nicht typisch sind, wie z. B. die Mittelung des Signals zur Beseitigung von Rauschen, die schnelle Fourier-Transformation zur Erstellung von Spektrogrammen des Signals usw.

Kathodenstrahloszilloskope (elektronische Oszilloskope) sind für die visuelle Beobachtung, Messung und Aufzeichnung elektrischer Signale konzipiert. Die Fähigkeit, zeitlich veränderliche Signale zu beobachten, macht Oszilloskope äußerst nützlich bei der Bestimmung der verschiedenen Amplituden- und Zeitparameter der beobachteten Signale. Wichtige Vorteile von Oszilloskopen sind ein großer Frequenzbereich (bis zu 100 MHz), eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Eingangsimpedanz. All dies führte zu ihrer breiten praktischen Anwendung.

Der Betrieb jedes elektronischen Oszilloskops basiert auf der Umwandlung der untersuchten Signale in ein sichtbares Bild, das auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre erhalten wird.

Kathodenstrahlröhren.

Die einfachste Einzelstrahlröhre (CRT) ist ein entlüfteter Glaszylinder, in dem sich eine beheizte Kathode befindet (Abb. 4.20). ZU, Modulator (Gitter) M, Fokussierungsanode Eine 1 Beschleunigungsanode Eine 2, zwei Paare senkrecht zueinander stehender Ablenkplatten OP x Und OP(horizontale und vertikale Ablenkplatten). Die Innenfläche des Bodens des Zylinders (Sieb). E) mit einem Leuchtstoff beschichtet, der bei Beschuss mit Elektronen leuchten kann.

Reis. 4.20. Steuerschaltung für den Strahl einer Kathodenstrahlröhre

Satz Elektroden ZU, M, A 1, A 2 Elektronenkanone genannt. Strukturell bestehen diese Elektroden aus Zylindern, die entlang der Rohrachse angeordnet sind. Eine Elektronenkanone sendet einen schmalen Elektronenstrahl aus – einen Elektronenstrahl. Dazu wird eine Spannung an die Pistolenelektroden angelegt, wie in Abb. 4.20 dargestellt TSUEL— Elektronenstrahl-Steuerschaltungen.

Intensität Die Regulierung des Elektronenstrahls erfolgt durch Änderung der negativen Spannung relativ zur Kathode am Modulator, was zu einer Änderung der Helligkeit des Leuchtstoffs führt. Die Spannungen an der ersten und zweiten Anode bilden eine Elektronenlinse, um den Elektronenfluss in einen schmalen Strahl zu bündeln, wodurch ein kleiner Leuchtfleck auf dem Röhrenschirm erzeugt werden kann. Eine dritte Anode wird verwendet, um Elektronen auf die Geschwindigkeit zu beschleunigen, die zum Leuchten des Leuchtstoffs erforderlich ist. A3, an den eine hohe positive Spannung angelegt wird.

Der erzeugte Elektronenstrahl verläuft zwischen Ablenkplattenpaaren OP x Und OP und unter dem Einfluss der auf diese Platten ausgeübten Spannungen weicht es jeweils entlang der Koordinatenachsen ab X und U, was zu einer Verschiebung des Leuchtflecks auf dem Röhrenschirm führt. Abbildung 4.20 zeigt außerdem ein vereinfachtes Kontrolldiagramm für die Erstinstallation des Balkens entlang der Achse Y(entlang der Achse X Management ist ähnlich). Durch Ändern der Position des beweglichen Kontakts des variablen Widerstands („Bias Y“) können Sie die Spannung an den Platten ändern Y und dadurch den Strahl über den Bildschirm verschieben.

Die Empfindlichkeit einer Kathodenstrahlröhre beträgt

Wo l t- Strahlablenkung am Röhrenschirm durch Spannung Ut an den Umlenkplatten befestigt. Typischerweise S T = 0,5 ÷ 5 mm/V.

Aufbau und Funktionsprinzip eines Oszilloskops.

Ein vereinfachtes Funktionsdiagramm eines Oszilloskops (Abb. 4.21) umfasst eine Kathodenstrahlröhre CRT, Eingangsspannungsteiler VD, Vertikalablenkverstärker UVO, bestehend aus einem Vorverstärker PU, Verzögerungsleitungen LZ und Ausgangsverstärker VU, Synchronisationsblock BS, Sweep-Generator GR, Horizontalablenkverstärker UGO und Amplitudenkalibratoren CA und Dauer KD.

Abb.4.21. Funktionsdiagramm eines Kathodenstrahloszilloskops

Das zu untersuchende Signal wird dem Eingang zugeführt Y Vertikalablenkkanal, der einen Eingangsteiler und einen Vertikalablenkverstärker umfasst. Ausgangsspannung UVO, Beim Eintritt in die vertikalen Ablenkplatten steuert es die Ablenkung des Elektronenstrahls in der Röhre entlang der Achse Y.

Wenn am Eingang Wechselspannung anliegt Y Der Elektronenstrahl zeichnet eine vertikale Linie auf dem Bildschirm des Oszilloskops. Um ein zeitlich entfaltetes Bild des untersuchten Signals zu erhalten, muss der Strahl entlang der Achse verschoben (entfaltet) werden X mit gleichmäßiger Geschwindigkeit. Dies geschieht durch Zustellung der Umlenkbleche OP x linear variierende Sägezahnspannung, die von einem Wobbelgenerator erzeugt wird GR.

Das Prinzip der Bildabtastung ist in Abb. 4.22 dargestellt, die Spannungsänderungskurven zeigt ihre Und u, den Tellern zugeführt OP x Und OP y und das resultierende Bild auf dem Oszilloskopbildschirm. In Zahlen 1 - 4, 1’ - 4" Angegeben sind die Punkte der Kurven zu den entsprechenden Zeitpunkten. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Belastungsperioden gleich sind ihre Und Du Y Auf dem Bildschirm wird ein Standbild einer Periode des untersuchten Signals angezeigt. Mit zunehmender Periode der Sägezahnspannung ihre V P sobald das Bild auf dem Bildschirm erscheint P Perioden des untersuchten Signals.

Um ein stabiles Bild auf dem Oszilloskopbildschirm zu erhalten, muss die Frequenz der Sägezahn-Sweep-Spannung ein Vielfaches der Frequenz des untersuchten Signals sein. In der Praxis erweist es sich aufgrund der „Verschiebung“ der Frequenz des GR-Generators und der Änderung der Frequenz des untersuchten Signals als recht schwierig, die genaue Frequenzmultiplizität der Spannungen uY und uY aufrechtzuerhalten. Dies führt zu einer Instabilität des Signalbildes. Um die Bildstabilität zu gewährleisten, verfügt das Oszilloskop über eine BS-Synchronisationseinheit, die die Frequenz des GR-Generators (innerhalb bestimmter Grenzen) entsprechend der Frequenz des untersuchten Prozesses ändert.

Zur Beobachtung nichtperiodischer oder einzelner Signale wird ein Standby-Betriebsmodus des Scangenerators verwendet, bei dem erst beim Eintreffen des untersuchten Impulses ein Sägezahnimpuls erzeugt wird. Um das Bild des Anfangsteils des Signals auf dem Bildschirm nicht zu verlieren, wird im vertikalen Ablenkkanal eine Verzögerungsleitung LS verwendet. Dadurch erreicht das untersuchte Signal einige Zeit t ZURÜCK nach Betriebsbeginn des Scangenerators die vertikalen Ablenkplatten.

Oszilloskope bieten außerdem die Möglichkeit, den Wobbelgenerator über eine externe Signalquelle zu starten, die an einen speziellen „Synchronisationseingang“-Eingang angeschlossen ist.

Hauptmerkmale von Oszilloskopen.

Abweichungskoeffizient K U ist das Verhältnis der Eingangssignalspannung zur durch diese Spannung verursachten Strahlablenkung (in Skalenteilen). Der typische Wertebereich liegt zwischen 50 µV/Div und 10 V/Div.

Sweep-Faktor K t ist das Verhältnis der Zeit Δt zur Strahlablenkung, die während dieser Zeit durch die Scanspannung verursacht wird. Der typische Wertebereich liegt zwischen 0,01 µs/Div und 1 s/Div.

Bandbreite- Frequenzbereich, in dem sich der Abweichungskoeffizient um nicht mehr als 3 dB gegenüber dem Wert bei der Durchschnittsfrequenz ändert. Moderne Oszilloskope haben eine Bandbreite von 100 MHz.

Genauigkeitsklassen Oszilloskope - 1, 2, 3 oder 4 mit dem Hauptfehler bei der Messung von Spannung bzw. Zeitintervallen, nicht mehr als 3, 5, 10, 12 %.

Eingabeparameter Oszilloskope werden durch den aktiven Widerstand R ВХ (>1 MΩ) und die Eingangskapazität С ВХ (Einheiten Pikofarad) bestimmt.

11. ELEKTRONISCHE OSZILLOSKOPE.

11.1 Allgemeine Merkmale.

Elektronische Oszilloskope sind konzipiert für:

a) visuelle Beobachtung der Form elektrischer Signale,

b) Messung der Parameter elektrischer Signale.

Die Fähigkeit, die Form zeitlich veränderlicher elektrischer Signale zu beobachten, macht das Oszilloskop zur bequemen Bestimmung verschiedener Parameter elektrischer Signale und zu einem der vielseitigsten Messgeräte. Folgende Vorteile von Oszilloskopen haben zu ihrer weiten Verbreitung geführt:

Großer Frequenzbereich;

Hohe Empfindlichkeit;

Großer Dynamikbereich der untersuchten Signale;

hohe Eingangsimpedanz und niedrige Eingangskapazität.

Derzeit werden viele Oszilloskope hergestellt, die sich in Zweck und Eigenschaften unterscheiden. Die Industrie produziert:

Analoge und digitale elektronische Oszilloskope;

Elektronische Oszilloskope zur Beobachtung und Messung kontinuierlicher und gepulster Signale;

Universelle elektronische Oszilloskope, elektronische Niederfrequenz- und Hochfrequenzoszilloskope;

Multifunktionsoszilloskope mit austauschbaren Einheiten;

Speicheroszilloskope zur Aufzeichnung einzelner Impulse;

Einkanalig und mehrkanalig (meist zweikanalig) usw.

Der Betrieb jedes elektronischen Oszilloskops basiert auf der Umwandlung des untersuchten elektrischen Signals in ein Oszillogramm, das auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre oder einem Matrixanzeigefeld erzeugt wird.

11.2 Elektrostatisch gesteuerte Kathodenstrahlröhre.

In modernen elektronischen Oszilloskopen wird das erzeugte Oszillogramm mithilfe einer Kathodenstrahlröhre oder eines Matrixanzeigefelds visualisiert. Derzeit weit verbreitete Oszilloskope verwenden hauptsächlich Kathodenstrahlröhren (CRTs) mit elektrostatischer Steuerung.

Die einfachste Einzelstrahl-CRT mit elektrostatischer Steuerung ist ein Glaszylinder, aus dem Luft evakuiert wurde. Im Inneren des Zylinders befinden sich (siehe Abb. 1):

Beheizte Kathode - K;

Modulator (Gitter) – M;

Fokussierungsanode – A 1;

Beschleunigungsanode – A2;

Zwei Paare zueinander senkrechter Ablenkplatten – OP X (horizontal) und OP U (vertikal);

Die Innenfläche des Bodens des Ballons ist mit einer Phosphorschicht bedeckt, die an der Stelle, an der sie mit Elektronen bombardiert wird, leuchten kann und den Schirm der E-Röhre bildet.

Abbildung 1 – Aufbau einer Kathodenstrahlröhre

mit elektrostatischer Kontrolle

Der Elektrodensatz K, M, A 1, A 2 wird als Elektronenkanone bezeichnet. Strukturell bestehen die Pistolenelektroden aus Zylindern, die auf der Rohrachse angeordnet sind. Eine Elektronenkanone sendet einen schmalen Elektronenstrahl aus – einen Elektronenstrahl. Die Intensität des Elektronenstrahls wird durch Änderung des negativen Potentials M relativ zu K reguliert, was zu einer Änderung der Helligkeit des Leuchtstoffs führt. Eine positive Spannung an A 1 (relativ zu K) fokussiert den Elektronenfluss in einen schmalen Strahl, wodurch es möglich ist, auf dem CRT-Bildschirm einen Leuchtfleck mit kleinem Durchmesser zu erhalten. Um die Elektronen des Strahls auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen, die das Leuchten des Leuchtstoffs gewährleistet, wird an die Anode A 2 eine hohe positive Spannung angelegt. Der gebildete Strahl verläuft zwischen zwei Ablenkplattenpaaren OP x und OP y und wird unter dem Einfluss der an diese Platten angelegten Spannungen entlang der X- bzw. Y-Achse abgelenkt, was zu einer Verschiebung des Leuchtflecks auf dem CRT-Bildschirm führt.

Bei der Untersuchung schneller Prozesse mit geringer Wiederholungsrate oder einzelner Pulse hat der Elektronenstrahl keine Zeit, ausreichend kinetische Energie zu gewinnen und den Leuchtstoff ausreichend anzuregen. Daher ist die Bildschirmbeleuchtung möglicherweise nicht ausreichend. In modernen CRTs werden die Elektronen des Strahls zusätzlich über die dritte Anode A 3 beschleunigt, wodurch eine hohe positive Spannung angelegt wird.

Moderne ELOs verwenden auch komplexere CRTs, insbesondere Mehrstrahlröhren zur gleichzeitigen Beobachtung von zwei oder mehr Signalen.

11.3 Blockschaltbild von elo.

Ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Einzelstrahl-ELO ist in Abb. dargestellt. 2. Das zu untersuchende Signal Uc, dessen Oszillogramm auf dem CRT-Bildschirm angezeigt werden muss, wird dem „Eingang U“ zugeführt. Über den „Input Divider“ und den „U Channel Amplifier“ gelangt es in die OP-U-Platten und steuert die Bewegung des Strahls in vertikaler Richtung. Für die Arbeit mit Signalen mit großer Amplitude ist ein Teiler erforderlich.

Abbildung 2 – Blockdiagramm von ELO

Um die Bewegung des Strahls in horizontaler Richtung zu steuern, wird ein „Scan-Generator“ verwendet, dessen Ausgangsspannung über den „Channel-X-Verstärker“ an OP X geliefert wird (linearer Scan-Modus). Bei Bedarf kann der „Scan Generator“ ausgeschaltet werden, indem Schalter P2 auf die untere Position gestellt wird, und ein externes Signal von „Input X“ kann über den „Channel X Amplifier“ an OP (am häufigsten wird ein harmonisches Signal geliefert).