Puteți măsura mărimi electrice simple, cum ar fi curentul, rezistența, tensiunea folosind un multimetru. Dar ei nu vor putea studia forma semnalului sau comportamentul acestuia în timp. Prin urmare, este necesar un osciloscop pentru măsurarea, verificarea și reglarea fină a dispozitivelor. Acest dispozitiv universal a fost folosit anterior doar în laboratoare și centre de service, dar astăzi a devenit destul de accesibil pentru utilizarea radioamatorilor.

Tipuri și caracteristici

Diverse studii în domeniul energiei electrice au necesitat un instrument care să poată face o serie de măsurători ale comportamentului unui anumit parametru pe o perioadă de timp. Fondatorul acestui dispozitiv a fost Andre Blondel, născut în 1863 în Franța. În timp ce studia inginerie electrică, el a fondat un laborator în orașul Levalloupe. În ea, pe baza teoriei lui Alfred Cornu, omul de știință a inventat și proiectat un dispozitiv magnetoelectric cu suspensie bifilară. Acest lucru s-a întâmplat în 1893.

Acest dispozitiv a făcut posibilă înregistrarea intensității curenților alternativi prin înregistrarea oscilațiilor unui pendul cu cerneală conectată la un inductor. Contorul a fost caracterizat de o precizie scăzută datorită pieselor mecanice. Și lățimea de bandă a fost în intervalul 10-19 kHz.

Evoluția ulterioară a dispozitivului a dus la apariția în 1897 a unui osciloscop cu tub catodic (CRT). Proiectantul său a fost fizicianul german Karl Braun. Dar prima copie industrială a fost lansată abia în 1932 de către compania britanică A. C. Cossor Ltd. În noiembrie, compania americană Allen B. DuMont Laboratories a introdus un osciloscop format din două părți: un CRT și o carcasă. Acesta din urmă adăpostește unități de focalizare a fasciculului, o sursă de alimentare și o unitate de scanare. Dar tehnologia de producție a ecranului a permis să fie folosită nu mai mult de o mie de ore.

Al Doilea Război Mondial a oprit dezvoltarea dispozitivului, dar după încheierea acestuia, inginerii Wollum și Murdoch, fondatorii Tektronix, au introdus în dispozitiv o matură de așteptare, adică una care este declanșată numai atunci când apare un semnal electromagnetic. Acest dispozitiv a funcționat cu o lățime de bandă de 10 MHz.

Dezvoltarea tehnologiei semiconductoare a condus la dezvoltarea unui dispozitiv digital de către LeCroy în 1980. După care dispozitivele digitale au început să fie produse în masă în Europa, nu doar la nivel profesional, ci și la nivel de radioamatori. Pe piețe au apărut tot felul de dispozitive, care diferă prin precizie și funcționalitate.

La începutul anilor 2000, tehnologia digitală a înlocuit aproape complet instrumentele analogice; acest lucru a fost facilitat de dezvoltarea computerelor personale și de capacitatea de a interfața un contor cu acestea. Dar, în același timp, indiferent de metoda de procesare a semnalului utilizată, principiul de funcționare al diferitelor osciloscoape rămâne același.

Dispozitiv analogic

Astăzi, este din ce în ce mai rar să găsești osciloscoape analogice în laboratoarele de cercetare sau centrele de service. Dar radioamatorii au încă destul de multe astfel de dispozitive învechite, dar încă destul de funcționale. Orice dispozitiv analogic constă dintr-unul sau mai multe canale verticale, un canal orizontal, un circuit de declanșare și un tub catodic (CRT).

CRT este partea principală a dispozitivului. Afișează forma semnalului studiat. Este realizat dintr-un balon de vid în care sunt lipiți electrozi pentru diverse scopuri. Primul grup formează un tun de electroni care produce un fascicul. Semnalul aflat în studiu îi este furnizat. Iar cel de-al doilea este alcătuit din contacte ale plăcilor deflectoare pe verticală și orizontală și îi este furnizată tensiunea generatorului de scanare.

Prin urmare, dispozitivul este format din următoarele părți:

• atenuator - divizor tensiune de intrare;
• preamplificator;
• bloc de întârziere;
• sincronizare și circuit de declanșare a baleiajului;
• generator;
• amplificator final.

Semnalul măsurat este transmis la plăci verticale, iar apoi la un atenuator, care vă permite să reglați sensibilitatea dispozitivului. Dispozitivul de control este realizat sub forma unui buton rotativ. Scara de comutare este indicată în volți pe diviziune. Când se măsoară un semnal puternic, se folosesc divizoare. Acestea sunt dispozitive speciale care funcționează pe principiul atenuatoarelor, dar în același timp reduc semnalul la un nivel sigur pentru circuitele de intrare ale osciloscopului.

Semnalul de la divizor sau atenuator este ramificat la preamplificator și intră în blocul de întârziere și sincronizare. Ultimul nod creează condiții pentru pornirea generatorului atunci când apar oscilații electromagnetice. Semnalul dinți de ferăstrău de la generator intră în canalul orizontal X, unde este amplificat și alimentat pe ecran.

A doua parte a semnalului trece prin linia de întârziere către canalul Y și apoi către CRT. Ca rezultat, poziția pulsului este afișată pe ecran în sistemul de coordonate XY. Limita inferioară de frecvență este în jur de 10 Hz, iar cea superioară depinde de capacitatea plăcilor și de calitatea amplificatoarelor.

Prin urmare, dacă tensiunea măsurată este aplicată plăcilor, fasciculul începe să devieze vertical și orizontal. Aceste mișcări au loc sincron și, ca urmare, semnalul „se desfășoară” în timp. Imaginea rezultată de pe ecran se numește oscilogramă.

Dispozitiv digital

Dispozitivul digital combină un osciloscop analog și un mini-computer. Folosind-o, puteți nu numai să vedeți vizual forma, ci și să efectuați o serie de operații, cum ar fi adăugarea și scăderea semnalelor, transformarea Fourier și determinarea spectrului. Aparatul include:

Semnalul este alimentat la intrarea unității de scalare, unde este redus la o valoare sigură pentru circuitele interne ale dispozitivului. Acesta este apoi alimentat printr-un amplificator la ADC. Acesta convertește forma analogică într-o serie de secvențe discrete de cod logic. Pentru aceasta, se folosește un microcontroler care funcționează pe principiul modulării lățimii impulsului (PWM).

Codul este scris în RAM, din care, după îndeplinirea unei anumite condiții, este transferat în celulele de stocare. Fiecare bloc corespunde unui pixel care este iluminat. Coordonata X este determinată de numărul celulei, iar coordonata Y este determinată de codul scris în ea. O celulă de memorie poate conține mai multe simboluri de cod, care formează o linie de pixeli care arde continuu.

Osciloscoape digitale sunt împărțite în mai multe subtipuri și pot fi:

Utilizarea unui ecran LCD mărește confortul lucrului cu osciloscopul. Devine posibil să afișați vizual orice date de pe acesta, iar utilizarea memoriei în dispozitiv vă permite să comparați orice modificări ale formei semnalului în timp.

Un osciloscop, ca orice dispozitiv electric, are o serie de parametri tehnici. Ele determină funcționalitatea și gradul de utilizare ale acestuia. Funcționarea sa este supusă cerințelor privind clasa de precizie, stabilitatea operațională și caracteristicile de zgomot.

Cei mai importanți parametri ai dispozitivului sunt:

Un osciloscop este conceput pentru a studia diverse relații între mai multe cantități. Oscilograma afișată pe ecran arată cum se modifică forma tensiunii în timp. Deci, din acesta puteți determina cu ușurință polaritatea, amplitudinea, durata, ciclul de lucru și frecvența semnalului.

La o aproximare aproximativă, osciloscopul funcționează ca un voltmetru grafic. Măsoară semnalul și își afișează forma de undă pe afișaj. Dispozitivul poate măsura chiar și tensiunea de înaltă frecvență. Scopul său principal este de a-l folosi pentru depanare în circuite electronice complexe sau măsurători de cercetare. De exemplu, cu el este posibil:

• determinarea parametrilor de sincronizare;
• schimbarea de fază a studiului;
• fixați frecvența semnalului;
• observați componentele de tensiune alternativă și continuă;
• notați prezența armonicilor și a parametrilor acestora;
• identificarea proceselor care au loc în timp.

Astfel, este necesar un osciloscop, astfel încât să puteți observa în mod clar fluctuațiile unui semnal electric, precum și să vedeți interferența și distorsiunea, identificând astfel elementul defect în diferite noduri pe baza formei impulsurilor de intrare și de ieșire. În plus, osciloscopul este utilizat pe scară largă în diagnosticarea motoarelor electrice. Studiind generarea care are loc în timpul funcționării motorului, este posibil să se calculeze funcționarea defectuoasă a catalizatorului, să se identifice scurgeri de aer crescute și să se urmărească semnalele de la diverși senzori.

Lucrul cu contorul

Înainte de a utiliza osciloscopul, se efectuează calibrarea. Pentru a face acest lucru, sondele de măsurare sunt conectate la intrarea amplificatorului (deformarea fasciculului în plan vertical) și la terminalul comun, desemnat ca masă. Dacă utilizați un CRT, după ce îl porniți, trebuie să așteptați un timp pentru ca ecranul să se încălzească. Apoi, va trebui să parcurgeți următorii pași:

Astfel, utilizarea unui osciloscop vă permite să efectuați operațiuni de configurare și reparare a dispozitivelor complexe care nu pot fi efectuate cu ajutorul unui tester. Lucrul pe un dispozitiv modern nu este mult mai dificil decât măsurătorile efectuate cu un multimetru.

Am o dragoste deosebită pentru osciloscoape. Unora le plac Bentley-urile, altora le plac osciloscoapele. Fiecare are propriile sale ciudatenii. Îmi place și Bentley, dar spre deosebire de toți ceilalți proprietari, îmi plac și osciloscoapele! =)

Sarcina principală a unui osciloscop este de a înregistra modificările semnalului studiat și de a-l afișa pe ecran pentru vizualizare. Acesta este cel mai indispensabil dispozitiv din laboratorul unui radioamator. Puteți estima frecvența și vă uitați la amplitudine și, ceea ce este adesea mai important, studiați forma semnalului. Am decis să intru în electronică - asigurați-vă că o cumpărați.

Poveste scurta

Istoria osciloscopului datează de mai bine de 100 de ani. În diferite momente, oameni celebri precum Adre Blondel, Robert Andreevich Colley, William Crookes, Karl Brown, I. Zenneck, A. Wenelt, Leonid Isaakovich Mandelstam și mulți alții au lucrat la îmbunătățirea dispozitivului.

Apropo, știați că prima aparență de osciloscop a fost creată în Imperiul Rus? Acest lucru a fost făcut în 1885 de către fizicianul rus Robert Colley. Dispozitivul se numea oscilometru. Osciloscoapele de atunci erau foarte diferite de cele folosite astăzi!

Principiul general de funcționare

Trebuie să spun că acum există un număr mare de osciloscoape diferite. Dar principiul general de funcționare este important pentru noi, și anume că dispozitivul înregistrează modificarea tensiunii semnalului și o afișează pe ecran. Da, exact pentru asta este un osciloscop, asta e tot. Dar acest lucru este atât de important pentru fizicieni și ingineri încât este dificil de exprimat în cuvinte. Importanța acestui dispozitiv este comparabilă cu descoperirea legii gravitației universale.

Imaginea de mai sus arată un panou de control tipic pentru osciloscop. O grămadă de tot felul de comenzi, butoane, conectori și un ecran. Horror, cum să-ți dai seama de toate? Da Ușor. Merge.

Nimeni nu va fi supărat dacă spun că osciloscopul are două comenzi principale. Deasupra lor se scrie de obicei „Sweep” sau „Duration”, „V/div”. Să ne dăm seama!

Mai întâi despre „V/div”. Puteți furniza un semnal de diferite amplitudini la intrarea dispozitivului. Am vrut să furnizez un sinusoid cu o amplitudine de 1V, dar am vrut 0,2V sau 10V. După cum puteți vedea în imaginea de mai sus, ecranul dispozitivului este de obicei împărțit în celule. Da, acesta este același sistem de coordonate carteziene familiar. Deci, „V/div” vă permite să schimbați scara de-a lungul axei Y. Cu alte cuvinte, puteți modifica dimensiunea celulei în volți. Dacă selectați 0,1V și aplicați un sinusoid cu o amplitudine de 0,2V, atunci întregul sinusoid va ocupa 4 celule pe ecran.

Și atunci când studiați un semnal într-un circuit real, amplitudinea semnalului poate fi astfel încât întregul semnal să nu se potrivească pe ecranul dispozitivului. Apoi veți roti butonul de reglare „V/div”, setând scara necesară pentru axa Y, astfel încât să puteți vedea întregul semnal.

Acum despre „Durata”. Pentru cea mai mare parte a istoriei osciloscoapelor electronice, acestea au fost analogice. CRT-urile (tuburi catodice) au fost folosite ca ecran. Aceleași care sunt deja greu de găsit la televizoare. Pentru cei interesați, urmăriți videoclipul de mai jos. Acesta explică perfect principiul trasării semnalului studiat pe ecranul unui osciloscop CRT. Sau citiți mai departe, dacă vă este prea lene să priviți, vă voi spune despre cel mai important lucru.

Deci, butonul „durată” („măturare”) este necesar pentru a seta viteza cu care fasciculul se va mișca pe ecranul dispozitivului de la stânga la dreapta. (Credeai că toată linia este trasă acolo? Nu, acest lucru este adevărat în dispozitivele digitale moderne, dar vin mai târziu) Pentru ce este aceasta? Da, pe asta se bazează de fapt munca unui osciloscop. Fasciculul merge de la stânga la dreapta, iar semnalul furnizat intrării îl deviază pur și simplu în sus sau în jos. Ca rezultat, vedeți o imagine frumoasă a unei sinusoide sau un zgomot pe ecranul dispozitivului.

Bine, de ce este nevoie de acest lucru este acum clar. Rămâne întrebarea: de ce se schimbă viteza de mișcare sau, cu alte cuvinte, frecvența fasciculului care trece pe ecran (frecvența de baleiaj)?

Poate că tu însuți ai observat sau ai văzut la vreun spectacol sau concert un astfel de efect, încât atunci când o lumină strălucitoare a fulgerat în întuneric pentru o fracțiune de secundă, atunci părea că toată mișcarea s-a oprit, lumea a rămas nemișcată? Felicitări, ai observat efectul stroboscopic. Există chiar și un astfel de dispozitiv - o lumină stroboscopică. O lumină stroboscopică vă permite să priviți obiectele care se mișcă rapid. Același lucru este valabil și pentru un osciloscop; este în esență un stroboscop „electronic”! Numai prin schimbarea frecvenței de scanare obținem înghețarea imaginii pe ecranul dispozitivului. Și dacă frecvența de baleiaj este apropiată sau coincide cu frecvența semnalului, atunci pe ecran veți vedea o imagine statică care pare a fi desenată pe hârtie.

În caz contrar, se va părea că sinusoidul rulează undeva. Nu vă voi spune cum se realizează acest lucru. Principalul lucru este să înțelegeți principiul, iar detaliile implementării specifice nu sunt atât de importante. Toate celelalte funcții ale osciloscopului sunt deja o adăugare. Prezența lor simplifică foarte mult studiul semnalelor. Și dacă unele dintre ele nu sunt în dispozitivul tău, atunci poți trăi în pace.

Ce tipuri de osciloscoape există?

Până în prezent, se pot distinge trei tipuri principale de osciloscoape: analog, digital și analog-digital. Au existat din ce în ce mai multe digitale încă din anii 80 ai secolului XX. Acum ei reprezintă cel mai mare grup. Au multe funcții suplimentare utile, dimensiuni mici, greutate și preț decent.

La momentul scrierii acestor rânduri, prețul mediu pentru un dispozitiv digital va fi de la 15 mii pentru cel mai stângaci model. Un dispozitiv mai mult sau mai puțin normal poate fi cumpărat de la 25 000. În timp ce un vechi dispozitiv sovietic cu caracteristici serioase care sunt de multe ori superioare modelului digital mediu poate fi găsit pentru 3-6 mii, dar greutatea, dimensiunile și unele alte caracteristici s-ar putea să nu se potrivește tuturor =)

Principalele caracteristici

Osciloscoapele au multe caracteristici. Este inutil ca un radioamator să știe totul. Cu excepția cazului în care un radioamator a decis să devină profesionist =) Dar există unele de care ar trebui să le cunoașteți și să înțelegeți ce înseamnă.

În osciloscoapele electronice, puteți observa pe ecran curbele diferitelor procese electrice și puls, variind cu o frecvență de la câțiva herți la zeci de megaherți.

Folosind osciloscoapele electronice, puteți măsura diferite cantități electrice, puteți obține o familie de caracteristici ale dispozitivelor semiconductoare, puteți determina parametrii dispozitivelor electronice și, de asemenea, efectuați multe alte studii.

Osciloscoapele electronice sunt conectate la o tensiune AC de 127 sau 220 V, cu o frecvență de 50 Hz, iar unele dintre ele, în plus, pot primi energie de la o sursă de tensiune AC de 115 sau 220 V, cu o frecvență de 400 Hz, sau de la o sursă de tensiune DC de 24 V, pornită prin apăsarea unui buton „NETWORK” (Fig. 1).

Orez. 1. Panoul frontal al osciloscopului electronic S1-72

Prin rotirea celor două butoane corespunzătoare situate în partea stângă jos a panoului frontal al dispozitivului, puteți regla luminozitatea și focalizarea pentru a obține un mic punct luminos pe ecran cu un contur clar definit, care nu poate fi lăsat nemișcat pentru o lungă perioadă de timp. timp pentru a evita deteriorarea ecranului tubului catodic.

Acest punct poate fi mutat cu ușurință în orice loc de pe ecran prin rotirea butoanelor, lângă care există săgeți cu două fețe. Cu toate acestea, înainte de a conecta osciloscopul la sursa de alimentare, este mai bine să-i poziționați comenzile astfel încât pe ecran, în loc de un punct, să obțineți imediat o linie de scanare orizontală luminoasă, a cărei luminozitate, focalizare și locație pe ecran pot fi afișate. să fie reglate în conformitate cu cerințele experimentului prin rotirea butoanelor corespunzătoare.

Tensiunea testată u(t) este furnizată printr-un cablu de conectare la priza „INPUT Y”, care asigură alimentarea divizorului de tensiune de intrare, controlat de butonul „AMPLIFIER Y”, și apoi la deviația verticală a fasciculului amplificator. Dacă înainte de aceasta exista un punct fix pe ecran, acum va apărea o bandă verticală pe el, a cărei lungime este direct proporțională cu amplitudinea tensiunii testate.

Pornirea generatorului de tensiune din dinți de ferăstrău încorporat în osciloscop, conectat la tubul catodic printr-un amplificator de deviere a fasciculului orizontal cu un câștig reglabil prin rotirea butonului de comutare situat în colțul din dreapta sus al panoului frontal al dispozitivului, se modifică durata de baleiaj. și se asigură că curba u(t) apare pe ecran).

Dacă, înainte de a porni osciloscopul, comenzile acestuia au fost setate în poziții care asigură aspectul unei linii de scanare orizontală, aplicarea tensiunii de testare la „INPUT Y” este însoțită de apariția aceleiași curbe și u (t) pe ecran . Stabilitatea curbei tensiunii de testare se realizează prin apăsarea unuia dintre butoanele blocului de sincronizare și rotirea corespunzătoare a butoanelor „STABILITATE” și „NIVEL”. O scară transparentă care acoperă ecranul tubului catodic facilitează măsurătorile verticale și orizontale necesare.

Majoritatea osciloscoapelor electronice vă permit să aplicați simultan două tensiuni de testare, respectiv, la intrările Yși X dacă apăsați mai întâi butonul INPUT X.

Cu două tensiuni sinusoidale de aceleași frecvențe și amplitudini, defazate una față de alta de a, pe ecran apar cifre Lissajous (Fig. 2), a căror formă depinde de defazarea α = arcsin B/A,

unde B este ordonata punctului de intersecție a figurii Lissajous cu axa verticală; A este ordonata punctului superior al figurii Lissajous.

Orez. 2. Cifrele Lissajous pentru două tensiuni sinusoidale de frecvențe egale și amplitudini egale, defazate cu α.

Prezența unui fascicul într-un tub catodic este un dezavantaj semnificativ al osciloscopului, care împiedică observarea simultană a mai multor procese pe ecran, care pot fi eliminate prin utilizarea unui comutator electronic.

Comutatoarele electronice cu două canale au două intrări cu un terminal comun și o ieșire conectată la intrarea osciloscopului electronic. Când comutatorul funcționează, intrările sale sunt conectate automat la rândul lor la intrarea Y, drept urmare ambele curbe de tensiune conectate la intrările comutatorului sunt observate simultan pe ecranul osciloscopului. În funcție de frecvența de comutare de intrare, imaginea curbelor de pe ecran apare sub formă de linii punctate sau continue. Pentru a obține scalele dorite ale curbelor, la intrările comutatoarelor sunt instalate divizoare de tensiune.

Comutatoarele electronice cu patru canale au patru intrări cu clemă dublă cu divizoare de tensiune și o ieșire conectată la intrarea Y a unui osciloscop electronic, ceea ce vă permite să vizualizați simultan patru curbe pe ecran. De obicei, comutatoarele electronice au butoane pentru a muta formele de undă de pe ecranul osciloscopului în sus și în jos, permițându-le să fie poziționate conform cerințelor experimentului.

Observarea simultană a mai multor curbe este posibilă și în osciloscoapele cu mai multe fascicule, în care tubul cu raze catodice are mai multe sisteme de electrozi care creează și controlează fasciculele.

Osciloscoapele electronice fac posibilă nu numai observarea diferitelor procese periodice în stare de echilibru pe ecran, ci și fotografiarea oscilogramelor diferitelor procese rapide.

În prezent, osciloscoapele analogice sunt înlocuite de osciloscoape cu stocare digitală, care au capacități funcționale și metrologice mai serioase.

Osciloscoapele de stocare digitală se conectează la un computer personal sau laptop printr-un port paralel LPT sau USB și folosesc capacitățile computerului pentru a afișa semnale electrice. Majoritatea modelelor nu necesită putere suplimentară.

Toate funcțiile standard ale unui osciloscop sunt implementate folosind programe speciale care rulează pe un computer, de exemplu. Ecranul computerului este folosit ca ecran de osciloscop. Astfel de osciloscoape se caracterizează prin sensibilitate și lățime de bandă foarte ridicate.

Orez. 3. Osciloscop cu stocare digitală ZET 302

Orez. 4. Program pentru lucrul cu un osciloscop digital

Un osciloscop de stocare digitală este de fapt un atașament special pentru computer; ocupă mult mai puțin spațiu de lucru în comparație cu modelele analogice, deoarece funcțiile de procesare a semnalului și afișare sunt transferate pe un computer obișnuit. Performanța unui osciloscop cu stocare digitală este limitată doar de performanța computerului.

Controlul general al secvenței de funcționare a componentelor osciloscopului digital este efectuat de un microprocesor. Diagrama funcțională a unui osciloscop digital conține o serie de componente caracteristice unui computer. Acestea sunt, în primul rând, un microprocesor, circuite digitale de control și memorie.

Software-ul pentru osciloscop digital poate îndeplini multe funcții care nu sunt tipice pentru un osciloscop cu raze de lumină, cum ar fi media semnalului pentru a elimina zgomotul, transformarea Fourier rapidă pentru a obține spectrograme ale semnalului etc.

Osciloscoapele cu raze catodice (electronice) sunt proiectate pentru observarea vizuală, măsurarea și înregistrarea semnalelor electrice. Capacitatea de a observa semnale care variază în timp face ca osciloscoapele să fie extrem de utile în determinarea diferiților parametri de amplitudine și sincronizare a semnalelor observate. Avantajele importante ale osciloscoapelor sunt o gamă largă de frecvențe (până la 100 MHz), sensibilitatea ridicată și impedanța de intrare ridicată. Toate acestea au dus la utilizarea lor practică largă.

Funcționarea oricărui osciloscop electronic se bazează pe conversia semnalelor studiate într-o imagine vizibilă obținută pe ecranul unui tub catodic.

Tuburi catodice.

Cel mai simplu tub cu un singur fascicul (CRT) este un cilindru de sticlă din care a fost evacuat aerul și în care se află un catod încălzit (Fig. 4.20). LA, modulator (grilă) M, anod de focalizare A 1 anod de accelerare A 2, două perechi de plăci deflectoare reciproc perpendiculare OP xȘi OP(plăci de deviere orizontale și verticale). Suprafața interioară a fundului cilindrului (ecran E) acoperit cu un fosfor capabil să strălucească atunci când este bombardat de electroni.

Orez. 4.20. Circuit de control al fasciculului tubului catodic

Set de electrozi LA, M, A 1, A 2 numit tun cu electroni. Din punct de vedere structural, acești electrozi sunt realizați sub formă de cilindri situati de-a lungul axei tubului. Un tun de electroni emite un fascicul îngust de electroni - un fascicul de electroni. Pentru a face acest lucru, se aplică tensiune electrozilor pistolului, așa cum se arată în Fig. 4.20, unde TSUEL— circuite de control al fasciculului de electroni.

Intensitate Fasciculul de electroni este reglat prin modificarea tensiunii negative în raport cu catodul de pe modulator, ceea ce duce la o modificare a luminozității fosforului. Tensiunile de pe primul și al doilea anod formează o lentilă de electroni pentru a focaliza fluxul de electroni într-un fascicul îngust, ceea ce face posibilă obținerea unui mic punct luminos pe ecranul tubului. Un al treilea anod este folosit pentru a accelera electronii la viteza necesară pentru a străluci fosforul. A3, căruia i se aplică o tensiune pozitivă ridicată.

Fasciculul de electroni generat trece între perechi de plăci deflectante OP xȘi OP iar sub influența tensiunilor aplicate acestor plăci, se abate, respectiv, de-a lungul axelor de coordonate Xși U, provocând o deplasare a punctului luminos de pe ecranul tubului. Figura 4.20 prezintă, de asemenea, o diagramă de control simplificată pentru instalarea inițială a grinzii de-a lungul axei Y(de-a lungul axei X managementul este similar). Schimbând poziția contactului mobil al rezistenței variabile („Bias Y”), puteți modifica tensiunea de pe plăci Yși astfel deplasați fasciculul peste ecran.

Sensibilitatea unui tub catodic este

Unde l t- deformarea fasciculului pe ecranul tubului cauzată de tensiune Ut atașat la plăcile de deviere. De obicei S T = 0,5 ÷ 5 mm/V.

Proiectarea și principiul de funcționare a unui osciloscop.

O diagramă funcțională simplificată a unui osciloscop (Fig. 4.21) include un tub catodic CRT, divizor de tensiune de intrare VD, amplificator de deviere verticală UVO, format dintr-un preamplificator PU, linii de întârziere LZ si amplificator de iesire VU, bloc de sincronizare BS, generator de măturare GR, amplificator de deviere orizontală UGOși calibratoare de amplitudine CA si durata KD.

Fig.4.21. Diagrama funcțională a unui osciloscop cu raze catodice

Semnalul studiat este furnizat la intrare Y canal de deviere verticală, care include un divizor de intrare și un amplificator de deviere verticală. Tensiune de ieșire UVO, intrând în plăcile verticale de deviere, controlează deviația fasciculului de electroni în tub de-a lungul axei Y.

Când tensiunea de curent alternativ este aplicată la intrare Y Fasciculul de electroni desenează o linie verticală pe ecranul osciloscopului. Pentru a obține o imagine a semnalului studiat, desfășurată în timp, este necesară deplasarea (desfășurarea) fasciculului de-a lungul axei X cu o viteză uniformă. Acest lucru se realizează prin alimentarea plăcilor de deviere OP x tensiunea din dinți de ferăstrău care variază liniar generată de un generator de măturare GR.

Principiul scanării imaginilor este ilustrat în Fig. 4.22, care prezintă curbele de schimbare a tensiunii al lorȘi u, alimentat la farfurii OP xȘi OP yși imaginea rezultată pe ecranul osciloscopului. În cifre 1 - 4, 1’ - 4" sunt indicate punctele curbelor în momentele corespunzătoare în timp. Din figură se poate observa că dacă perioadele de stres sunt egale al lorȘi tu Y O imagine statică a unei perioade a semnalului studiat este obținută pe ecran. Odată cu creșterea perioadei de tensiune dinți de ferăstrău al lor V P odată ce imaginea apare pe ecran P perioadele semnalului studiat.

Pentru a obține o imagine stabilă pe ecranul osciloscopului, frecvența tensiunii de măturare a dinților de ferăstrău trebuie să fie un multiplu al frecvenței semnalului studiat. În practică, se dovedește a fi destul de dificil să se mențină multiplicitatea exactă de frecvență a tensiunilor uY și uY din cauza „deplasării” frecvenței generatorului GR și a modificării frecvenței semnalului studiat. Acest lucru duce la instabilitatea imaginii semnalului. Pentru a asigura stabilitatea imaginii, osciloscopul are o unitate de sincronizare BS, care modifică frecvența generatorului GR (în anumite limite) în funcție de frecvența procesului studiat.

Pentru a observa semnale neperiodice sau unice, se folosește un mod de funcționare de așteptare al generatorului de scanare, în care un impuls din dinte de ferăstrău este generat numai odată cu sosirea pulsului studiat. Pentru a nu pierde imaginea de pe ecran a părții inițiale a semnalului, se folosește o linie de întârziere LS în canalul de deviere verticală. Datorită acesteia, semnalul studiat ajunge la plăcile verticale de deviere la ceva timp t ÎNAPOI după începerea funcționării generatorului de scanare.

Osciloscoapele oferă, de asemenea, capacitatea de a porni generatorul de baleiaj de la o sursă externă de semnal conectată la o intrare specială „Intrare de sincronizare”.

Principalele caracteristici ale osciloscoapelor.

Coeficientul de abatere K U este raportul dintre tensiunea semnalului de intrare și deviația fasciculului (în diviziuni de scară) cauzată de această tensiune. Intervalul de valori tipic este 50 µV/div - 10 V/div.

Factorul de măturare K t este raportul dintre timpul Δt și deviația fasciculului cauzată de tensiunea de scanare în acest timp. Intervalul de valori tipic este 0,01 µs/div - 1 s/div.

Lățimea de bandă- intervalul de frecvență în care coeficientul de abatere se modifică cu cel mult 3 dB față de valoarea la frecvența medie. Osciloscoapele moderne au o lățime de bandă de 100 MHz.

Clase de precizie osciloscoape - 1, 2, 3 sau 4 cu eroarea principală în măsurarea tensiunii și, respectiv, a intervalelor de timp, nu mai mult de 3, 5, 10, 12%.

Parametrii de intrare osciloscoapele sunt determinate de rezistența activă R ВХ (>1 MΩ) și capacitatea de intrare С ВХ (unități de picofarads)

11. OSCILOSCOPE ELECTRONICE.

11.1 Caracteristici generale.

Osciloscoapele electronice sunt concepute pentru:

a) observarea vizuală a formei semnalelor electrice,

b) măsurarea parametrilor semnalelor electrice.

Capacitatea de a observa forma semnalelor electrice care variază în timp face ca osciloscopul să fie convenabil pentru determinarea diferiților parametri ai semnalelor electrice și unul dintre cele mai versatile instrumente de măsurare. Următoarele avantaje ale osciloscoapelor au condus la utilizarea lor pe scară largă:

Gamă largă de frecvență;

Sensibilitate crescută;

Gamă dinamică mare de semnale studiate;

impedanță de intrare mare și capacitate de intrare scăzută.

În prezent, sunt produse multe osciloscoape, care diferă ca scop și caracteristici. Industria produce:

Osciloscoape electronice analogice și digitale;

Osciloscoape electronice pentru observarea și măsurarea semnalelor continue și pulsate;

Osciloscoape electronice universale, osciloscoape electronice de joasă și înaltă frecvență;

Osciloscoape multifuncționale cu unități înlocuibile;

Osciloscoape de stocare pentru înregistrarea impulsurilor individuale;

Monocanal și multicanal (mai ales cu două canale), etc.

Funcționarea oricărui osciloscop electronic se bazează pe conversia semnalului electric studiat într-o oscilogramă formată pe ecranul unui tub catodic sau al panoului de afișare cu matrice.

11.2 Tub cu raze catodice controlat electrostatic.

În osciloscoapele electronice moderne, oscilograma generată este vizualizată folosind un tub catodic sau un panou de afișare cu matrice. În prezent, osciloscoapele utilizate pe scară largă folosesc în principal tuburi catodice (CRT) cu control electrostatic.

Cel mai simplu CRT cu un singur fascicul cu control electrostatic este un cilindru de sticlă din care a fost evacuat aerul. În interiorul cilindrului sunt amplasate (vezi Fig. 1):

catod incalzit - K;

Modulator (grilă) – M;

Anod de focalizare – A 1;

Anod de accelerare – A2;

Două perechi de plăci de deviere reciproc perpendiculare - OP X (orizontală) și OP U (verticală);

Suprafața interioară a fundului balonului este acoperită cu un strat de fosfor care poate străluci în punctul în care este bombardat cu electroni, formând ecranul tubului E.

Figura 1 – Proiectarea tubului catodic

cu control electrostatic

Setul de electrozi K, M, A 1, A 2 se numește tun cu electroni. Din punct de vedere structural, electrozii pistolului sunt realizati sub forma unor cilindri situati pe axa tubului. Un tun de electroni emite un fascicul îngust de electroni - un fascicul de electroni. Intensitatea fasciculului de electroni este reglată prin modificarea potențialului negativ M față de K, ceea ce duce la o modificare a luminozității fosforului. O tensiune pozitivă pe A 1 (față de K) concentrează fluxul de electroni într-un fascicul îngust, ceea ce face posibilă obținerea unui punct luminos de diametru mic pe ecranul CRT. Pentru a accelera electronii fasciculului la o viteză care să asigure strălucirea fosforului, anodului A 2 se aplică o tensiune pozitivă ridicată. Fasciculul format trece între două perechi de plăci de deviere OP x și OP y și, sub influența tensiunilor aplicate acestor plăci, este deviat de-a lungul axelor X și respectiv Y, provocând o deplasare a punctului luminos de pe ecranul CRT.

Când se studiază procese rapide cu o rată scăzută de repetiție sau impulsuri unice, fasciculul de electroni nu are timp să dobândească suficientă energie cinetică și să excite suficient fosforul. Prin urmare, strălucirea ecranului poate să nu fie suficientă. În CRT-urile moderne, electronii fasciculului sunt accelerați suplimentar folosind al treilea anod A 3, aplicând acestuia o tensiune pozitivă ridicată.

ELO-urile moderne folosesc, de asemenea, CRT-uri mai complexe, în special tuburi cu mai multe fascicule pentru observarea simultană a 2 sau mai multe semnale.

11.3 Diagrama bloc a elo.

O diagramă bloc simplificată a unui ELO cu un singur fascicul este prezentată în Fig. 2. Semnalul studiat Uc, a cărui oscilogramă trebuie obținută pe ecranul CRT, este alimentat la „Intrarea U”. Prin „Input Divider” și „U Channel Amplifier” intră în plăcile OP U și controlează mișcarea fasciculului în direcția verticală. Un divizor este necesar pentru a lucra cu semnale de amplitudine mare.

Figura 2 – Diagrama bloc a ELO

Pentru a controla mișcarea fasciculului în direcția orizontală, se folosește un „Generator de scanare”, a cărui tensiune de ieșire este furnizată OP X prin „Amplificatorul Canal X” (modul de scanare liniară). Dacă este necesar, „Scan Generator” poate fi oprit punând comutatorul P2 în poziția inferioară, iar un semnal extern de la „Input X” poate fi furnizat către OP X prin „Channel X Amplifier” (modul de baleiaj sinusoidal, deoarece un semnalul armonic este cel mai adesea furnizat).