Основные технические характеристики электронно-лучевых осциллографов

Для двух синусоидальных напряжений, совпадающих по фазе и имеющих одинаковую частоту и амплитуду при одинаковой чувствительности осциллографа по вертикальной и горизонтальной схеме, наблюдаемая фигура изображается прямой линией, составляющей с горизонтальной осью угол .

В случае неравенства амплитуд угол наклона прямой приобретает другие значения, лежащие в пределах от 0 до . При наличии сдвига фаз напряжениями на экране появляется эллипс, который расширяется с увеличением сдвига фаз и превращается в окружность, когда угол становится равным .

Рис. 5 Фигуры Лиссажу для разного соотношения частот и различных углов сдвига фаз .

Фигуры Лиссажу позволяют определить частоту и угол сдвига фаз исследуемого напряжения, относительно другого напряжения известной частоты. Для этого исследуемое напряжение подают на одну пару отклоняющих пластин, а на другую пару подают известное напряжение от генератора стандартных частот. Изменяя частоту генератора, получают какую либо фигуру и по ней определяют частоту и угол сдвига фаз исследуемого напряжения, так как каждая фигура соответствует конкретному отношению частот и углу сдвига фаз.

УСИЛИТЕЛИ

Для повышения чувствительности электронные осциллографы обычно имеют два усилителя. Один усиливает исследуемое напряжение. Так как это напряжение подается на пластины, смещающие луч в вертикальном направлении, то этот усилитель называется вертикальным усилителем. Второй усилитель усиливает напряжение, подаваемое на «горизонтальные» пластины» и называется горизонтальным усилителем.

БЛОК ПИТАНИЯ

Для работы электронно-лучевой трубки требуется довольно высокое постоянное напряжение. Кроме того, постоянное напряжение необходимо для работы усилителей и генератора развертки, а низковольтное переменное необходимо для питания нити накала ЭЛТ. Назначение блока питания заключается в обеспечении осциллографа постоянным напряжением требуемой величины.

Блок питания содержит выпрямитель и фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. На выходе обычно включается делитель напряжения, с которого снимаются требуемые напряжения.

Напряжение на сетке всегда отрицательно и имеет величину порядка нескольких десятков вольт.

Основные технические характеристики электронно-лучевых осциллографов.

ОСЦИЛЛОГРАФ C1-67

Предназначен для визуального наблюдения формы электрических сигналов и измерения их параметров.

ОБЩИЕ ПАРАМЕТРЫ:

Количество лучей (каналов) ЭЛТ – однолучевой

Диапазон измеряемых напряжений — 28 мВ – 200 В

Диапазон измеряемых интервалов времени — 0,2 мкс – 0,2 с

Полоса пропускания — 0 – 10 МГц

Погрешность измерения амплитуды сигнала — Не более 5 %

Погрешность измерения интервалов времени — Не более 5 %

Ширина линии луча — 0,6 мм

Рабочая площадь экрана по горизонтали — 60 мм

Рабочая площадь экрана по вертикали — 42 мм

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА Y :

Чувствительность — 10 мВ/дел – 20 В/дел

Входное сопротивление канала — 1 Мом

Входная емкость канала — 40 пФ

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА X:

Длительность развертки минимальная — 0,1 мкс/дел

Длительность развертки максимальная — 20 мс/дел

Амплитуда сигналов внешней синхронизации — 0,5 – 20 В

Диапазон частот внешней синхронизации — 5 Гц – 10 МГц

Входное сопротивление осциллографа достаточно велико, а входная емкость достаточно мала, что позволяет пренебречь искажением измеряемого сигнала при его подключении к осциллографу.

 Осциллографы имеют ручки ступенчатого переключения длительности развертки с указанием цены деления сетки (или частота развертки) и ручки коэффициента отклонения по оси У (или коэффициент усиления по вертикали) с ценой деления клетки сетки по вертикали.

Применение электронно-лучевого осциллографа (ЭЛО)

при измерении временных параметров

К временным параметрам следует отнести период колебаний электрических сигналов, скважность прямоугольных импульсов, длительность импульсов. Зная период колебаний можно определить частоту электрических колебаний.

Для их определения необходимо подключить на вход Y осциллографа исследуемый сигнал. Пользуясь ручками переключения длительности развертки по оси Х (влияет на масштаб периода видимого сигнала и устойчивость изображения), ручками коэффициента отклонения по оси У (влияет на масштаб амплитуды видимого изображения на экране), ручками фокусировки (влияет на толщину линии изображения сигнала), ручками яркости (влияет на яркость линии изображения), ручками внутренней или внешней синхронизации изображения (устанавливается изображение неподвижным), добиться устойчивого изображения на экране одного или нескольких периодов колебаний.

Пример измерения периода и частоты гармонических колебаний.

Определив по экрану ЭЛО сколько клеточек NT масштабной сетки помещается в одном периоде Т , и зная цену клеточки (деления) nt по ручке переключения длительности развертки, можем определить длительность периода Т в единицах времени.

Т = NT*nt = 16*20 = 320 мс = 0,320 с;

 Зная период Т колебаний можно определить частоту колебаний ƒ:

ƒ=1/Т=1/0,320=3,125 Гц.

Применение ЭЛО при измерении амплитудных параметров электрических сигналов

Основным режимом работы электронных осциллографов является режим непрерывной развертки, пригодный для наблюдения любых непрерывных периодических сигналов и последовательностей импульсов с малой скважностью.

В этом режиме генератор развертки формирует периодическое пилообразное напряжение, синхронное с исследуемым сигналом.

Исследуемый сигнал, поданный на вход Y, может вызвать слишком большое или, наоборот, очень малое отклонение луча по вертикали. В этом случае с помощью ручек «Ослабление» или «Усиление» канала Y добиваются требуемого размера изображения на экране ЭЛТ.

Переключатель длительности развертки следует экспериментально установить в такое положение, при котором на экране ЭЛТ будет наблюдаться один или несколько периодов исследуемого сигнала.

Для устойчивости изображения на экране ЭЛТ следует синхронизировать колебания генератора развертки с ис­следуемым сигналом.

Яркость и фокусировку при этом необходимо от­регулировать так, чтобы изображение исследуемого сигна­ла было максимально четким.

Непериодические, случайные, импульсы большой скважности, а также однократные сиг­налы исследуют с помощью линейной ждущей разверт­ки.

Сущность ее заключается в том, что в отсутствие сигна­ла на входе Y развертывающее напряжение не вырабаты­вается, генератор развертки «ждет»; поступающий на вход Y исследуемый сигнал. при его появлении устройство синхронизации за­пускает генератор развертки, который вырабатывает оди­ночный линейно нарастающий импульс напряжения, посту­пающий на пластины X. Длительность развертки должна соответствовать параметрам исследуемого сигнала. Переход на ждущий режим работы осцилло­графа осуществляется регулятором «Синхронизация» до по­явления на экране трубки устойчивого изображения ис­следуемого сигнала.

Перед измерением амплитуды исследуемого сигнала, рекомендуется произвести проверку калибровки чувстви­тельности усилителя канала вертикального отклонения Y с помощью калибратора амплитуды (но он есть не у всех моделей осциллографов). Для этого переключа­тель ослабления входного аттенюатора устанавливают в положение «Калибровка», а ручку «Усиление» усилителя канала вертикального отклонения — в крайнее правое по­ложение, которое соответствует максимальному усилению. Вертикальный размер калиброванного напряжения на эк­ране ЭЛТ должен соответствовать заданному значению, указанному в паспорте осциллографа.

 Измерение амплитуды исследуемого сигнала произво­дят следующим образом.

На вход Y канала вертикаль­ного отклонения подается исследуемый сигнал и устанавливается удобный для отсчета размер вертикального от­клонения на экране ЭЛТ. Зная цену деления (клеточки) ny по ручке переключения коэффициента усиления по оси Y, количество делений (клеточек) NV, находим амплитудное значение напря­жения исследуемого сигнала Umax по формуле
  Umax= NV*ny,

 а действующее значение для синусоидального тока можно определить по формуле

U=0,707Umax.

 Поясним сказанное на рисунке 7

По формуле найдем амплитудное и действующее значения исследуемого сигнала.

Из рисунка определим, что: количество клеточек NV = 6 делений, цена деления nv =2,0*10=20 B/1деление, множитель усиления ky = 10, (если множитель не указан следовательно он равен х1) тогда:

Umax= NV*ny = 20*6=120 В.

 Найдем действующее значение для синусоидального тока: