Anda dapat mengukur besaran listrik sederhana seperti arus, hambatan, tegangan menggunakan multimeter. Namun mereka tidak akan dapat mempelajari bentuk sinyal atau perilakunya seiring berjalannya waktu. Oleh karena itu, osiloskop diperlukan untuk mengukur, memeriksa, dan menyempurnakan perangkat. Perangkat universal ini sebelumnya hanya digunakan di laboratorium dan pusat layanan, namun saat ini sudah cukup mudah diakses untuk digunakan oleh amatir radio.

Jenis dan karakteristik

Berbagai penelitian di bidang kelistrikan memerlukan suatu instrumen yang dapat melakukan serangkaian pengukuran terhadap perilaku suatu parameter tertentu dalam jangka waktu tertentu. Pendiri perangkat ini adalah Andre Blondel, lahir pada tahun 1863 di Perancis. Saat belajar teknik elektro, ia mendirikan laboratorium di kota Levalloupe. Di dalamnya, berdasarkan teori Alfred Cornu, ilmuwan menemukan dan merancang perangkat magnetoelektrik dengan suspensi bifilar. Ini terjadi pada tahun 1893.

Alat ini memungkinkan pencatatan intensitas arus bolak-balik dengan merekam osilasi pendulum dengan tinta yang dihubungkan ke induktor. Meteran ini ditandai dengan akurasi yang rendah karena komponen mekanis. Dan bandwidth-nya berada pada kisaran 10-19 kHz.

Evolusi lebih lanjut dari perangkat ini menyebabkan munculnya osiloskop dengan tabung sinar katoda (CRT) pada tahun 1897. Perancangnya adalah fisikawan Jerman Karl Braun. Tetapi salinan industri pertama baru dirilis pada tahun 1932 oleh perusahaan Inggris A. C. Cossor Ltd. Pada bulan November, perusahaan Amerika Allen B. DuMont Laboratories memperkenalkan osiloskop yang terdiri dari dua bagian: CRT dan rumahan. Yang terakhir menampung unit pemfokusan sinar, sumber listrik, dan unit pemindaian. Namun teknologi produksi layar memungkinkannya digunakan tidak lebih dari seribu jam.

Perang Dunia Kedua menghentikan pengembangan perangkat tersebut, tetapi setelah berakhir, insinyur Wollum dan Murdoch, pendiri Tektronix, memperkenalkan sistem menunggu ke dalam perangkat, yaitu yang dipicu hanya ketika sinyal elektromagnetik muncul. Perangkat ini dioperasikan dengan bandwidth 10 MHz.

Perkembangan teknologi semikonduktor menyebabkan dikembangkannya perangkat digital oleh LeCroy pada tahun 1980. Setelah itu perangkat digital mulai diproduksi secara massal di Eropa, tidak hanya di tingkat profesional, tetapi juga di tingkat radio amatir. Semua jenis perangkat telah muncul di pasar, berbeda dalam akurasi dan fungsionalitas.

Pada awal tahun 2000-an, teknologi digital hampir sepenuhnya menggantikan instrumen analog; hal ini difasilitasi oleh perkembangan komputer pribadi dan kemampuan untuk menghubungkan meteran dengannya. Namun pada saat yang sama, apa pun metode pemrosesan sinyal yang digunakan, prinsip pengoperasian osiloskop yang berbeda tetap sama.

Perangkat analog

Saat ini, osiloskop analog semakin jarang ditemukan di laboratorium penelitian atau pusat layanan. Namun para amatir radio masih memiliki beberapa perangkat yang sudah ketinggalan zaman, namun masih cukup fungsional. Setiap perangkat analog terdiri dari satu atau lebih saluran vertikal, saluran horizontal, rangkaian pemicu, dan tabung sinar katoda (CRT).

CRT adalah bagian utama perangkat. Ini menampilkan bentuk sinyal yang sedang dipelajari. Itu terbuat dari labu vakum di mana elektroda untuk berbagai keperluan disolder. Kelompok pertama membentuk senjata elektron yang menghasilkan berkas. Sinyal yang diteliti diumpankan ke sana. Dan yang kedua terdiri dari kontak pelat yang membelok secara vertikal dan horizontal dan tegangan generator pemindai disuplai ke sana.

Dengan demikian, perangkat terdiri dari bagian-bagian berikut:

• attenuator - pembagi tegangan masukan;
• penguat awal;
• blok penundaan;
• sinkronisasi dan rangkaian pemicu sapuan;
• generator;
• penguat akhir.

Sinyal yang diukur diumpankan ke pelat vertikal, dan kemudian ke attenuator, yang memungkinkan Anda menyesuaikan sensitivitas perangkat. Alat kendali dibuat dalam bentuk kenop putar. Skala peralihan ditunjukkan dalam volt per divisi. Saat mengukur sinyal yang kuat, pembagi digunakan. Ini adalah perangkat khusus yang beroperasi berdasarkan prinsip attenuator, tetapi pada saat yang sama mengurangi sinyal ke tingkat yang aman untuk rangkaian input osiloskop.

Sinyal dari pembagi atau attenuator bercabang pada pra-penguat dan memasuki blok penundaan dan sinkronisasi. Node terakhir menciptakan kondisi untuk menghidupkan generator ketika osilasi elektromagnetik muncul. Sinyal gigi gergaji dari generator memasuki saluran horizontal X, yang diperkuat dan diumpankan ke layar.

Bagian kedua dari sinyal melewati jalur tunda ke saluran Y, dan kemudian ke CRT. Hasilnya, posisi pulsa ditampilkan di layar dalam sistem koordinat XY. Batas frekuensi bawah adalah sekitar 10 Hz, dan batas atas bergantung pada kapasitansi pelat dan kualitas amplifier.

Oleh karena itu, jika tegangan terukur diterapkan pada pelat, berkas mulai menyimpang secara vertikal dan horizontal. Gerakan-gerakan ini terjadi secara serempak, dan sebagai hasilnya, sinyal “terbuka” pada waktunya. Gambar yang dihasilkan pada layar disebut osilogram.

Perangkat digital

Perangkat digital menggabungkan osiloskop analog dan komputer mini. Dengan menggunakannya, Anda tidak hanya dapat melihat bentuknya secara visual, tetapi juga melakukan sejumlah operasi, seperti menambah dan mengurangi sinyal, transformasi Fourier, dan menentukan spektrum. Perangkat ini meliputi:

Sinyal diumpankan ke input unit penskalaan, di mana sinyal tersebut dikurangi ke nilai yang aman untuk sirkuit internal perangkat. Kemudian diumpankan melalui amplifier ke ADC. Ini mengubah bentuk analog menjadi serangkaian urutan kode logis yang terpisah. Untuk ini, mikrokontroler yang beroperasi berdasarkan prinsip modulasi lebar pulsa (PWM) digunakan.

Kode tersebut ditulis ke dalam RAM, yang setelah kondisi tertentu terpenuhi, kode tersebut ditransfer ke sel penyimpanan. Setiap blok berhubungan dengan piksel yang menyala. Koordinat X ditentukan oleh nomor sel, dan koordinat Y ditentukan oleh kode yang tertulis di dalamnya. Sebuah sel memori mungkin berisi beberapa simbol kode, yang membentuk garis piksel yang terus menyala.

Osiloskop digital dibagi menjadi beberapa subtipe dan dapat berupa:

Penggunaan layar LCD meningkatkan kenyamanan bekerja dengan osiloskop. Data apa pun di dalamnya dapat ditampilkan secara visual, dan penggunaan memori pada perangkat memungkinkan Anda membandingkan perubahan bentuk sinyal apa pun dari waktu ke waktu.

Osiloskop, seperti perangkat listrik lainnya, memiliki sejumlah parameter teknis. Mereka menentukan fungsionalitas dan tingkat penggunaannya. Pengoperasiannya tunduk pada persyaratan kelas akurasi, stabilitas operasional, dan karakteristik kebisingan.

Parameter terpenting perangkat adalah:

Osiloskop dirancang untuk mempelajari berbagai hubungan antara beberapa besaran. Osilogram yang ditampilkan di layar menunjukkan bagaimana bentuk tegangan berubah seiring waktu. Jadi, dari situ Anda dapat dengan mudah menentukan polaritas, amplitudo, durasi, siklus kerja, dan frekuensi sinyal.

Untuk perkiraan kasar, osiloskop bekerja seperti voltmeter grafis. Ini mengukur sinyal dan menampilkan bentuk gelombangnya di layar. Perangkat ini bahkan dapat mengukur tegangan frekuensi tinggi. Tujuan utamanya adalah menggunakannya untuk pemecahan masalah di sirkuit elektronik yang kompleks atau pengukuran penelitian. Misalnya, dengan itu dimungkinkan:

• menentukan parameter waktu;
• pergeseran fase studi;
• perbaiki frekuensi sinyal;
• amati komponen tegangan bolak-balik dan searah;
• perhatikan keberadaan harmonik dan parameternya;
• mengidentifikasi proses yang terjadi sepanjang waktu.

Oleh karena itu, diperlukan osiloskop agar fluktuasi sinyal listrik dapat diamati dengan jelas, serta interferensi dan distorsi dapat dilihat, sehingga dapat mengidentifikasi elemen yang rusak di berbagai node berdasarkan bentuk pulsa input dan output. Selain itu, osiloskop banyak digunakan dalam mendiagnosis motor listrik. Dengan mempelajari pembangkitan yang terjadi selama pengoperasian mesin, dimungkinkan untuk menghitung kerusakan katalis, mengidentifikasi peningkatan kebocoran udara, dan melacak sinyal dari berbagai sensor.

Bekerja dengan meteran

Sebelum menggunakan osiloskop, dilakukan kalibrasi. Untuk melakukan ini, probe pengukur dihubungkan ke input penguat (defleksi berkas pada bidang vertikal) dan terminal umum, yang ditetapkan sebagai ground. Jika Anda menggunakan CRT, setelah dinyalakan Anda harus menunggu beberapa saat hingga layar memanas. Maka Anda harus melalui langkah-langkah berikut:

Dengan demikian, penggunaan osiloskop memungkinkan Anda melakukan operasi untuk mengkonfigurasi dan memperbaiki perangkat kompleks yang tidak dapat dilakukan menggunakan tester. Mengerjakan perangkat modern tidak jauh lebih sulit daripada pengukuran yang dilakukan dengan multimeter.

Saya memiliki kecintaan khusus pada osiloskop. Beberapa orang menyukai Bentley, yang lain menyukai osiloskop. Setiap orang memiliki keunikannya masing-masing. Saya juga menyukai Bentley, tetapi tidak seperti pemilik lainnya, saya juga menyukai osiloskop! =)

Tugas utama osiloskop adalah merekam perubahan sinyal yang dipelajari dan menampilkannya di layar untuk dilihat. Ini adalah perangkat yang paling diperlukan di laboratorium amatir radio. Anda dapat memperkirakan frekuensi dan melihat amplitudonya dan, yang seringkali lebih penting, mempelajari bentuk sinyalnya. Saya memutuskan untuk terjun ke bidang elektronik - pastikan untuk membelinya.

Cerita pendek

Sejarah osiloskop sudah ada sejak lebih dari 100 tahun yang lalu. Pada waktu yang berbeda, orang-orang terkenal seperti Adre Blondel, Robert Andreevich Colley, William Crookes, Karl Brown, I. Zenneck, A. Wenelt, Leonid Isaakovich Mandelstam dan banyak lainnya berupaya meningkatkan perangkat.

Ngomong-ngomong, tahukah Anda bahwa osiloskop pertama kali diciptakan di Kekaisaran Rusia? Hal ini dilakukan pada tahun 1885 oleh fisikawan Rusia Robert Colley. Alat itu disebut osilometer. Osiloskop pada masa itu sangat berbeda dengan yang digunakan saat ini!

Prinsip operasi umum

Saya harus mengatakan bahwa sekarang ada banyak sekali osiloskop yang berbeda. Namun prinsip umum pengoperasiannya penting bagi kami, yaitu perangkat mencatat perubahan tegangan sinyal dan menampilkannya di layar. Ya, itulah gunanya osiloskop, itu saja. Namun hal ini sangat penting bagi fisikawan dan insinyur sehingga sulit diungkapkan dengan kata-kata. Pentingnya alat ini sebanding dengan penemuan hukum gravitasi universal.

Gambar di atas menunjukkan panel kontrol osiloskop yang khas. Berbagai macam kontrol, tombol, konektor, dan layar. Horor, bagaimana cara mengetahui semuanya? Ya Mudah. Pergi.

Tidak ada yang akan tersinggung jika saya mengatakan bahwa osiloskop memiliki dua kontrol utama. Di atasnya biasanya tertulis “Sweep” atau “Duration”, “V/div”. Mari kita cari tahu!

Pertama tentang "V/div". Anda dapat memberikan sinyal dengan amplitudo berbeda ke input perangkat. Saya ingin menyuplai sinusoidal dengan amplitudo 1V, tetapi saya menginginkan 0,2V atau 10V. Seperti yang Anda lihat pada gambar di atas, layar perangkat biasanya terbagi menjadi beberapa sel. Ya, ini adalah sistem koordinat Cartesian yang sama. Jadi, “V/div” memungkinkan Anda mengubah skala sepanjang sumbu Y. Dengan kata lain, Anda dapat mengubah ukuran sel dalam volt. Jika Anda memilih 0,1V dan menerapkan sinusoidal dengan amplitudo 0,2V, maka seluruh sinusoida akan menempati 4 sel di layar.

Dan ketika mempelajari sinyal di sirkuit nyata, amplitudo sinyal mungkin sedemikian rupa sehingga seluruh sinyal tidak dapat masuk ke layar perangkat. Kemudian Anda akan memutar kenop penyesuaian “V/div”, mengatur skala sumbu Y yang diperlukan sehingga Anda dapat melihat keseluruhan sinyal.

Sekarang tentang "Durasi". Dalam sebagian besar sejarah osiloskop elektronik, osiloskop bersifat analog. CRT (tabung sinar katoda) digunakan sebagai layar. Hal yang sama yang sudah sulit ditemukan di TV. Bagi yang berminat, simak videonya di bawah ini. Ini dengan sempurna menjelaskan prinsip menggambar sinyal yang diteliti pada layar osiloskop CRT. Atau baca terus, jika Anda terlalu malas untuk melihatnya, saya akan memberi tahu Anda tentang hal yang paling penting.

Jadi, kenop “durasi” (“sapu”) diperlukan untuk mengatur kecepatan pergerakan sinar di layar perangkat dari kiri ke kanan. (Apakah menurut Anda seluruh garis tergambar di sana? Tidak, hal ini berlaku pada perangkat digital modern, tetapi hal ini terjadi belakangan) Untuk apa ini? Ya, sebenarnya hal inilah yang menjadi dasar kerja osiloskop. Sinar berjalan dari kiri ke kanan, dan sinyal yang disuplai ke input membelokkannya ke atas atau ke bawah. Hasilnya, Anda melihat gambar sinusoidal yang indah atau semacam noise di layar perangkat.

Oke, mengapa ini diperlukan sekarang sudah jelas. Pertanyaannya tetap: mengapa mengubah kecepatan gerakan atau, dengan kata lain, frekuensi pancaran sinar melintasi layar (frekuensi sapuan)?

Mungkin Anda sendiri memperhatikan atau melihat di suatu pertunjukan atau konser efek sedemikian rupa sehingga ketika cahaya terang bersinar di kegelapan selama sepersekian detik, maka seolah-olah semua gerakan berhenti, dunia terhenti? Selamat, Anda memperhatikan efek stroboskopiknya. Bahkan ada alat seperti itu - lampu strobo. Lampu strobo memungkinkan Anda melihat objek yang bergerak cepat. Hal yang sama juga berlaku pada osiloskop; pada dasarnya ia adalah strobo “elektronik”! Hanya dengan mengubah frekuensi pemindaian kita dapat membekukan gambar di layar perangkat. Dan jika frekuensi sapuan mendekati atau bertepatan dengan frekuensi sinyal, maka di layar Anda akan melihat gambar statis yang seolah-olah digambar di atas kertas.

Jika tidak, sinusoidal akan terlihat berjalan di suatu tempat. Saya tidak akan memberi tahu Anda bagaimana hal ini dicapai. Yang utama adalah memahami prinsipnya, dan detail implementasi spesifiknya tidak begitu penting. Semua fungsi osiloskop lainnya sudah merupakan tambahan. Kehadiran mereka sangat menyederhanakan studi tentang sinyal. Dan jika beberapa di antaranya tidak ada di perangkat Anda, maka Anda bisa hidup damai.

Jenis osiloskop apa yang ada?

Sejauh ini, tiga jenis utama osiloskop dapat dibedakan: analog, digital, dan analog-ke-digital. Ada semakin banyak yang digital sejak tahun 80-an abad ke-20. Sekarang mereka mewakili kelompok terbesar. Mereka memiliki banyak fungsi tambahan yang berguna, ukuran kecil, berat dan harga yang layak.

Pada saat penulisan ini, harga rata-rata perangkat digital adalah dari 15 ribu untuk model paling canggung. Perangkat yang kurang lebih normal dapat dibeli mulai dari 25.000. Sementara perangkat Soviet lama dengan karakteristik serius yang berkali-kali lebih unggul dari model digital rata-rata dapat ditemukan dengan harga 3-6 ribu, tetapi berat, dimensi, dan beberapa karakteristik lainnya mungkin tidak. cocok untuk semua orang =)

Karakter utama

Osiloskop memiliki banyak karakteristik. Tidak ada gunanya bagi seorang amatir radio untuk mengetahui segalanya. Kecuali jika seorang amatir radio memutuskan untuk menjadi seorang profesional =) Namun ada beberapa yang harus Anda waspadai dan pahami maksudnya.

Dalam osiloskop elektronik, Anda dapat mengamati kurva berbagai proses kelistrikan dan pulsa di layar, bervariasi dengan frekuensi dari beberapa hertz hingga puluhan megahertz.

Dengan menggunakan osiloskop elektronik, Anda dapat mengukur berbagai besaran listrik, memperoleh karakteristik perangkat semikonduktor, menentukan parameter perangkat elektronik, dan juga melakukan banyak penelitian lainnya.

Osiloskop elektronik dihubungkan dengan tegangan AC 127 atau 220 V, dengan frekuensi 50 Hz, dan beberapa di antaranya juga dapat menerima daya dari sumber tegangan AC 115 atau 220 V, dengan frekuensi 400 Hz, atau dari sumber tegangan DC 24 V, dinyalakan dengan menekan tombol "JARINGAN" (Gbr. 1).

Beras. 1. Panel depan osiloskop elektronik S1-72

Dengan memutar dua kenop terkait yang terletak di bagian kiri bawah panel depan perangkat, Anda dapat menyesuaikan kecerahan dan fokus untuk mendapatkan titik bercahaya kecil di layar dengan kontur yang jelas, yang tidak dapat dibiarkan tidak bergerak dalam waktu lama. waktu untuk menghindari kerusakan pada layar tabung sinar katoda.

Tempat ini dapat dengan mudah dipindahkan ke tempat mana pun di layar dengan memutar kenop, di sebelahnya terdapat panah dua sisi. Namun, sebelum menghubungkan osiloskop ke sumber listrik, lebih baik posisikan kontrolnya sehingga di layar, alih-alih titik, Anda segera mendapatkan garis pemindaian horizontal bercahaya, yang kecerahan, fokus, dan lokasinya di layar dapat disesuaikan sesuai dengan persyaratan percobaan dengan memutar kenop yang sesuai.

Tegangan yang diuji u(t) disuplai oleh kabel penghubung ke soket “INPUT Y”, yang memastikan bahwa tegangan tersebut disuplai ke pembagi tegangan input, dikendalikan oleh kenop “AMPLIFIER Y”, dan kemudian ke defleksi berkas vertikal penguat. Jika sebelumnya terdapat titik tetap pada layar, kini akan muncul garis vertikal di atasnya, yang panjangnya berbanding lurus dengan amplitudo tegangan yang diuji.

Menghidupkan generator tegangan gigi gergaji yang terpasang pada osiloskop, dihubungkan ke tabung sinar katoda melalui penguat defleksi berkas horizontal dengan penguatan yang dapat disesuaikan dengan memutar kenop sakelar yang terletak di sudut kanan atas panel depan perangkat, mengubah durasi sapuan dan memastikan bahwa kurva u(t) muncul di layar).

Jika, sebelum menyalakan osiloskop, kontrolnya diatur ke posisi yang memastikan munculnya garis pemindaian horizontal, penerapan tegangan uji ke “INPUT Y” disertai dengan munculnya kurva dan u (t) yang sama di layar. . Stabilitas kurva tegangan uji dicapai dengan menekan salah satu tombol blok sinkronisasi dan memutar kenop “STABILITY” dan “LEVEL”. Skala transparan yang menutupi layar tabung sinar katoda memfasilitasi pengukuran vertikal dan horizontal yang diperlukan.

Kebanyakan osiloskop elektronik memungkinkan Anda menerapkan dua tegangan uji secara bersamaan ke input Y dan X jika pertama kali menekan tombol INPUT X.

Dengan dua tegangan sinusoidal dengan frekuensi dan amplitudo yang sama, pergeseran fasa relatif satu sama lain sebesar a, gambar Lissajous muncul di layar (Gbr. 2), yang bentuknya bergantung pada pergeseran fasa = arcsin B/A,

dimana B adalah ordinat titik potong bangun Lissajous dengan sumbu vertikal; A adalah ordinat titik teratas bangun Lissajous.

Beras. 2. Angka Lissajous untuk dua tegangan sinusoidal dengan frekuensi yang sama dan amplitudo yang sama, fase digeser sebesar α.

Kehadiran satu sinar dalam tabung sinar katoda merupakan kelemahan signifikan dari osiloskop, yang menghalangi pengamatan simultan dari beberapa proses di layar, yang dapat dihilangkan dengan menggunakan saklar elektronik.

Sakelar elektronik dua saluran memiliki dua masukan dengan satu terminal umum dan satu keluaran yang terhubung ke masukan osiloskop elektronik. Ketika sakelar beroperasi, inputnya secara otomatis dihubungkan secara bergantian ke input Y, sebagai akibatnya kedua kurva tegangan yang terhubung ke input sakelar diamati secara bersamaan pada layar osiloskop. Tergantung pada frekuensi peralihan input, gambar kurva di layar muncul dalam bentuk garis putus-putus atau padat. Untuk mendapatkan skala kurva yang diinginkan, pembagi tegangan dipasang pada input sakelar.

Sakelar elektronik empat saluran memiliki empat input penjepit ganda dengan pembagi tegangan dan satu output yang terhubung ke input Y dari osiloskop elektronik, yang memungkinkan Anda melihat empat kurva di layar secara bersamaan. Biasanya, sakelar elektronik memiliki kenop untuk menggerakkan bentuk gelombang pada layar osiloskop ke atas dan ke bawah, sehingga dapat diposisikan sesuai dengan persyaratan percobaan.

Pengamatan beberapa kurva secara bersamaan juga dimungkinkan dalam osiloskop multibeam, di mana tabung sinar katoda memiliki beberapa sistem elektroda yang membuat dan mengontrol berkas.

Osiloskop elektronik memungkinkan tidak hanya mengamati berbagai proses periodik keadaan tunak di layar, tetapi juga memotret osilogram dari berbagai proses cepat.

Saat ini, osiloskop analog digantikan oleh osiloskop penyimpanan digital, yang memiliki kemampuan fungsional dan metrologi yang lebih serius.

Osiloskop penyimpanan digital terhubung ke komputer pribadi atau laptop melalui LPT paralel atau port USB dan menggunakan kemampuan komputer untuk menampilkan sinyal listrik. Kebanyakan model tidak memerlukan daya tambahan.

Semua fungsi standar osiloskop diimplementasikan menggunakan program khusus yang dijalankan di komputer, mis. Layar komputer digunakan sebagai layar osiloskop. Osiloskop semacam itu mempunyai sensitivitas dan bandwidth yang sangat tinggi.

Beras. 3. Osiloskop penyimpanan digital ZET 302

Beras. 4. Program untuk bekerja dengan osiloskop digital

Osiloskop penyimpanan digital sebenarnya adalah lampiran komputer khusus, yang memakan ruang kerja jauh lebih sedikit dibandingkan model analog, karena fungsi pemrosesan dan tampilan sinyal ditransfer ke komputer biasa. Kinerja osiloskop penyimpanan digital hanya dibatasi oleh kinerja komputer.

Kontrol umum atas urutan pengoperasian komponen osiloskop digital dilakukan oleh mikroprosesor. Diagram fungsional osiloskop digital berisi sejumlah komponen karakteristik komputer. Pertama-tama, ini adalah mikroprosesor, sirkuit kontrol digital, dan memori.

Perangkat lunak osiloskop digital dapat melakukan banyak fungsi yang tidak biasa dilakukan osiloskop sinar cahaya, seperti merata-ratakan sinyal untuk menghilangkan noise, transformasi Fourier cepat untuk mendapatkan spektogram sinyal, dll.

Osiloskop sinar katoda (elektronik) dirancang untuk pengamatan visual, pengukuran dan perekaman sinyal listrik. Kemampuan untuk mengamati sinyal yang berubah-ubah terhadap waktu membuat osiloskop sangat berguna dalam menentukan berbagai parameter amplitudo dan waktu dari sinyal yang diamati. Keuntungan penting dari osiloskop adalah rentang frekuensi yang luas (hingga 100 MHz), sensitivitas tinggi, dan impedansi masukan yang tinggi. Semua ini mengarah pada penggunaan praktisnya yang luas.

Pengoperasian osiloskop elektronik apa pun didasarkan pada konversi sinyal yang dipelajari menjadi gambar tampak yang diperoleh pada layar tabung sinar katoda.

Tabung sinar katoda.

Tabung balok tunggal (CRT) yang paling sederhana adalah silinder kaca tempat udara dievakuasi dan di dalamnya terdapat katoda yang dipanaskan (Gbr. 4.20). KE, modulator (kisi) M, anoda pemfokusan Sebuah 1 mempercepat anoda Sebuah 2, dua pasang pelat pembelok yang saling tegak lurus OP x Dan op(pelat defleksi horizontal dan vertikal). Permukaan bagian dalam bagian bawah silinder (layar E) dilapisi dengan fosfor yang mampu bersinar ketika dibombardir oleh elektron.

Beras. 4.20. Rangkaian kendali berkas sinar tabung sinar katoda

Seperangkat elektroda KE, M, SEBUAH 1, SEBUAH 2 disebut senjata elektron. Secara struktural, elektroda ini dibuat dalam bentuk silinder yang terletak di sepanjang sumbu tabung. Pistol elektron memancarkan berkas elektron yang sempit—berkas elektron. Untuk melakukan ini, tegangan diterapkan ke elektroda pistol, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.20, di mana TSUEL— rangkaian kendali berkas elektron.

Intensitas Berkas elektron diatur dengan mengubah tegangan negatif relatif terhadap katoda pada modulator, yang menyebabkan perubahan kecerahan fosfor. Tegangan pada anoda pertama dan kedua membentuk lensa elektron untuk memfokuskan aliran elektron menjadi berkas sempit, sehingga memungkinkan diperoleh titik bercahaya kecil pada layar tabung. Anoda ketiga digunakan untuk mempercepat elektron ke kecepatan yang diperlukan untuk menyalakan fosfor. A3, dimana tegangan positif tinggi diterapkan.

Berkas elektron yang dihasilkan melewati antara pasangan pelat yang membelok OP x Dan op dan di bawah pengaruh tegangan yang diterapkan pada pelat-pelat ini, pelat-pelat tersebut masing-masing menyimpang sepanjang sumbu koordinat X dan U, menyebabkan perpindahan titik bercahaya pada layar tabung. Gambar 4.20 juga menunjukkan diagram kontrol yang disederhanakan untuk pemasangan awal balok sepanjang sumbu Y(sepanjang sumbu X manajemen serupa). Dengan mengubah posisi kontak bergerak dari resistor variabel (“Bias Y”), Anda dapat mengubah tegangan pada pelat Y dan dengan demikian menggeser sinar melintasi layar.

Sensitivitas tabung sinar katoda adalah

Di mana aku t- Lendutan berkas pada layar tabung yang disebabkan oleh tegangan Ut melekat pada pelat defleksi. Biasanya ST = 0,5 5 mm/V.

Desain dan prinsip pengoperasian osiloskop.

Diagram fungsional osiloskop yang disederhanakan (Gbr. 4.21) mencakup tabung sinar katoda CRT, pembagi tegangan masukan VD, penguat defleksi vertikal tidak jelas, terdiri dari preamplifier PU, garis tunda LZ dan penguat keluaran VU, blok sinkronisasi BS, generator penyapu GR, penguat defleksi horizontal jelek sekali dan kalibrator amplitudo CA dan durasi KD.

Gambar 4.21. Diagram fungsional osiloskop sinar katoda

Sinyal yang diteliti diumpankan ke input Y saluran defleksi vertikal, yang mencakup pembagi input dan penguat defleksi vertikal. Tegangan keluaran tidak jelas, memasuki pelat defleksi vertikal, ia mengontrol defleksi berkas elektron dalam tabung sepanjang sumbu Y.

Ketika tegangan AC diterapkan ke input Y Berkas elektron menarik garis vertikal pada layar osiloskop. Untuk memperoleh gambaran sinyal yang diteliti, yang tidak terbungkus dalam waktu, perlu dilakukan pergeseran (pembukaan) berkas sepanjang sumbunya. X dengan kecepatan seragam. Hal ini dilakukan dengan mengumpankan pelat defleksi OP x tegangan gigi gergaji yang bervariasi secara linier yang dihasilkan oleh generator penyapu GR.

Prinsip pemindaian gambar diilustrasikan pada Gambar 4.22, yang menunjukkan kurva perubahan tegangan milik mereka Dan kamu, diumpankan ke piring OP x Dan OP kamu dan gambar yang dihasilkan pada layar osiloskop. Dalam angka 1 - 4, 1’ - 4" titik-titik kurva pada titik-titik waktu yang bersesuaian ditunjukkan. Terlihat dari gambar jika periode tegangannya sama milik mereka Dan kamu Gambar diam dari satu periode sinyal yang diteliti diperoleh di layar. Dengan meningkatnya periode tegangan gigi gergaji milik mereka V P setelah gambar muncul di layar P periode sinyal yang diteliti.

Untuk memperoleh gambar yang stabil pada layar osiloskop, frekuensi tegangan sapuan gigi gergaji harus kelipatan dari frekuensi sinyal yang dipelajari. Dalam prakteknya, ternyata cukup sulit untuk mempertahankan multiplisitas frekuensi yang tepat dari tegangan uY dan uY karena “pergeseran” frekuensi generator GR dan perubahan frekuensi sinyal yang diteliti. Hal ini menyebabkan ketidakstabilan gambar sinyal. Untuk menjamin kestabilan gambar, osiloskop mempunyai unit sinkronisasi BS yang mengubah frekuensi generator GR (dalam batas tertentu) sesuai dengan frekuensi proses yang diteliti.

Untuk mengamati sinyal non-periodik atau tunggal, digunakan mode operasi siaga generator pemindai, di mana pulsa gigi gergaji dihasilkan hanya dengan kedatangan pulsa yang diteliti. Agar tidak kehilangan gambar pada layar bagian awal sinyal, digunakan garis tunda LS pada saluran defleksi vertikal. Berkat itu, sinyal yang diteliti tiba di pelat defleksi vertikal beberapa saat t KEMBALI setelah generator pemindaian dimulai.

Osiloskop juga menyediakan kemampuan untuk memulai generator sapuan dari sumber sinyal eksternal yang terhubung ke input “Input Sinkronisasi” khusus.

Ciri-ciri utama osiloskop.

Koefisien deviasi KU adalah rasio tegangan sinyal masukan terhadap defleksi berkas (dalam pembagian skala) yang disebabkan oleh tegangan ini. Kisaran nilai umumnya adalah 50 µV/div - 10 V/div.

Faktor sapuan Kt adalah rasio waktu Δt terhadap defleksi berkas yang disebabkan oleh tegangan pemindaian selama waktu tersebut. Kisaran nilai umumnya adalah 0,01 µs/div - 1 s/div.

Bandwidth- rentang frekuensi di mana koefisien deviasi berubah tidak lebih dari 3 dB relatif terhadap nilai pada frekuensi rata-rata. Osiloskop modern memiliki bandwidth 100 MHz.

Kelas akurasi osiloskop - 1, 2, 3 atau 4 dengan kesalahan utama dalam mengukur tegangan dan interval waktu masing-masing tidak lebih dari 3, 5, 10, 12%.

Parameter masukan osiloskop ditentukan oleh resistansi aktif R ВХ (>1 MΩ) dan kapasitansi input С ВХ (satuan pikofarad)

11. OSILOSKOP ELEKTRONIK.

11.1 Ciri-ciri umum.

Osiloskop elektronik dirancang untuk:

a) pengamatan visual terhadap bentuk sinyal listrik,

b) mengukur parameter sinyal listrik.

Kemampuan untuk mengamati bentuk sinyal listrik yang berubah terhadap waktu menjadikan osiloskop nyaman untuk menentukan berbagai parameter sinyal listrik dan salah satu alat ukur paling serbaguna. Keuntungan osiloskop berikut ini menyebabkan penggunaannya secara luas:

Rentang frekuensi yang luas;

Sensitivitas tinggi;

Rentang dinamis yang besar dari sinyal yang dipelajari;

impedansi masukan tinggi dan kapasitansi masukan rendah.

Saat ini banyak sekali osiloskop yang diproduksi dengan tujuan dan karakteristik yang berbeda-beda. Industri ini menghasilkan:

Osiloskop elektronik analog dan digital;

Osiloskop elektronik untuk mengamati dan mengukur sinyal kontinu dan berdenyut;

Osiloskop elektronik universal, osiloskop elektronik frekuensi rendah dan frekuensi tinggi;

Osiloskop multifungsi dengan unit yang dapat diganti;

Osiloskop penyimpanan untuk merekam pulsa tunggal;

Saluran tunggal dan multisaluran (kebanyakan saluran ganda), dll.

Pengoperasian osiloskop elektronik apa pun didasarkan pada konversi sinyal listrik yang diteliti menjadi osilogram yang dibentuk pada layar tabung sinar katoda atau panel tampilan matriks.

11.2 Tabung sinar katoda yang dikontrol secara elektrostatis.

Dalam osiloskop elektronik modern, osilogram yang dihasilkan divisualisasikan menggunakan tabung sinar katoda atau panel tampilan matriks. Saat ini, osiloskop yang banyak digunakan terutama menggunakan tabung sinar katoda (CRT) dengan kontrol elektrostatis.

CRT sinar tunggal paling sederhana dengan kontrol elektrostatis adalah silinder kaca tempat udara dievakuasi. Di dalam silinder terdapat (lihat Gambar 1):

Katoda yang dipanaskan - K;

Modulator (kisi) – M;

Anoda pemfokusan – A 1;

Mempercepat anoda – A2;

Dua pasang pelat defleksi yang saling tegak lurus - OP X (horizontal) dan OP U (vertikal);

Permukaan bagian dalam bagian bawah balon ditutupi dengan lapisan fosfor yang dapat bersinar pada titik di mana balon tersebut dibombardir dengan elektron, membentuk layar tabung E.

Gambar 1 – Desain tabung sinar katoda

dengan kontrol elektrostatik

Himpunan elektroda K, M, A 1, A 2 disebut senjata elektron. Secara struktural, elektroda pistol dibuat dalam bentuk silinder yang terletak pada sumbu tabung. Pistol elektron memancarkan berkas elektron yang sempit - berkas elektron. Intensitas berkas elektron diatur dengan mengubah potensial negatif M relatif terhadap K, yang menyebabkan perubahan kecerahan fosfor. Tegangan positif pada A 1 (relatif terhadap K) memfokuskan aliran elektron ke dalam berkas sempit, yang memungkinkan diperolehnya titik bercahaya berdiameter kecil pada layar CRT. Untuk mempercepat elektron berkas ke kecepatan yang menjamin cahaya fosfor, tegangan positif tinggi diterapkan ke anoda A 2. Sinar yang terbentuk melewati antara dua pasang pelat defleksi OP x dan OP y dan, di bawah pengaruh tegangan yang diterapkan pada pelat ini, masing-masing dibelokkan sepanjang sumbu X dan Y, menyebabkan perpindahan titik cahaya pada layar CRT.

Saat mempelajari proses cepat dengan tingkat pengulangan rendah atau pulsa tunggal, berkas elektron tidak punya waktu untuk memperoleh energi kinetik yang cukup dan cukup menggairahkan fosfor. Oleh karena itu, cahaya layar mungkin tidak cukup. Dalam CRT modern, elektron berkas juga dipercepat menggunakan anoda ketiga A 3, menerapkan tegangan positif tinggi padanya.

ELO modern juga menggunakan CRT yang lebih kompleks, khususnya tabung multi-balok untuk pengamatan 2 sinyal atau lebih secara bersamaan.

11.3 Diagram blok elo.

Diagram blok yang disederhanakan dari ELO berkas tunggal ditunjukkan pada Gambar. 2. Sinyal Uc yang sedang dipelajari, osilogram yang harus diperoleh pada layar CRT, diumpankan ke “Input U”. Melalui “Input Divider” dan “U Channel Amplifier” ia memasuki pelat O U dan mengontrol pergerakan berkas dalam arah vertikal. Pembagi diperlukan untuk bekerja dengan sinyal amplitudo besar.

Gambar 2 – Diagram blok ELO

Untuk mengontrol pergerakan berkas dalam arah horizontal, digunakan “Scan Generator”, yang tegangan keluarannya disuplai ke OP X melalui “Channel X Amplifier” (mode pemindaian linier). Jika perlu, “Scan Generator” dapat dimatikan dengan mengatur saklar P2 ke posisi yang lebih rendah, dan sinyal eksternal dari “Input X” dapat disuplai ke OP X melalui “Channel X Amplifier” (mode sapuan sinusoidal, karena a sinyal harmonik paling sering diberikan).