15 июня 2018

Oscyloskopy elektroniczne

Oscyloskop elektroniczny jest urządzeniem służącym do monitorowania i pomiaru parametrów sygnałów elektrycznych. Wykorzystuje ugięcie wiązki elektronów w celu uzyskania obrazu chwilowych wartości funkcjonalnych zależności zmiennych, z których jedną jest zwykle czas.

Aby zbadać zależność napięcia w czasie, napięcie testowe jest podawane na wejście "Y" oscyloskopu i włącza się generator zamiatający wytwarzający liniowo zmienne napięcie.

Aby zbadać zależność jednego napięcia (prądu) od drugiego, pierwsze z tych napięć jest podawane na wejście "Y", a drugie - do wejścia "X", generator zgarniania w tym przypadku jest wyłączony.

Istnieją oscyloskopy wielościeżkowe i wielokanałowe. W oscyloskopach wielowiązkowych stosowane są specjalne wielowiązkowe lampy elektroniczne, a w wielokanałowych oscyloskopach stosowane są specjalne przełączniki sygnałów elektrycznych, pozwalające obserwować kilka sygnałów na ekranie pojedynczej wiązki CRT.

Aby zrozumieć zasadę działania oscyloskopu elektronicznego, patrz rysunek 2.16, który pokazuje schemat strukturalny oscyloskopu.

Struktura oscyloskopu obejmuje:

· Rura z wiązką elektronową (CRT);

· Kanał "Y" (pionowy kanał odchylania wiązki) zawierający urządzenie wejściowe, przedwzmacniacz Y, przewód opóźniający sygnał, wzmacniacz końcowy Y;

· Kanał "X" (kanał odchylania poziomego wiązki) zawierający generator zamiatania osi X, urządzenie synchronizujące, przedwzmacniacze końcowe i końcowe X;

· Kanał Z (kanał sterowania jasnością wiązki);

· Urządzenie do kalibracji.

Oprócz oscyloskopu elektronicznego nie pokazano na schemacie strukturalnym prostowników niskonapięciowych i wysokonapięciowych.

 Jednym z głównych elementów oscyloskopu jest lampa katodowa. Jest to szklana butelka z wysoką próżnią, w której znajduje się system elektrod i ekran pokryty luminoforem. Kiedy uderzysz w ekran elektronów, pojawi się poświata. W cylindrycznej części rury znajduje się katoda, modulator, pierwsza i druga anoda, dwie pary odchylających płyt. Źródłem elektronów jest katoda tlenkowa. Katoda jest ogrzewana przez żarnik izolowany z katody. Układ elektrod (katoda, modulator cylindryczny, pierwsza i druga anoda) nazywany jest działem elektronowym. W odniesieniu do katody modulator dostarczany jest ujemny potencjał, którego wartość jest regulowana przez rezystor zmienny, a tym samym zmiany jasności jasne plamki na ekranie kineskopu. Pierwsza anoda służy do ogniskowania wiązki elektronów. Druga anoda służy do przyspieszania elektronów. Niektóre lampy mają trzecią anodę, co pozwala zwiększyć jasność poświaty ekranu. Ostatnia litera w legendzie wskazuje typ CRT powłoki ekranu fluorescencyjnego: A - powłoka daje niebieski luminescencji oraz krótki czas poświaty, b - długo trwałości (rzędu kilku sekund), oraz - przykrycie dając zielone długość luminescencji. Czas trwania poświaty CRT można oszacować eksperymentalnie bez podłączania CRT. W tym celu, światło na kilka sekund, ekran CRT latarki i wyłączania latarkę zmniejszenie obserwowano w ciemności, w czasie jaskrawości ekranu luminescencyjnego. Powłoka typu I jest korzystna do wizualnej obserwacji sygnałów o częstotliwości powyżej 10 Hz.

Kanał urządzenie wejściowe „Y” zawiera kabel połączeniowy, selektor wejściowy i dzielników napięcia wejściowego.

Przewód łączący jest wykorzystywane do wyrównania wyjścia źródła sygnału na wejściu oscyloskopu w zakresie częstotliwości pracy (dopasowanie charakterystyki współczynnika fali stojącej), jak również ochronę przed zewnętrznymi zakłócających pól elektromagnetycznych. Kabel połączeniowy jest zazwyczaj współosiowe.

Kabel koncentryczny (fig. 2,17) ma wewnętrzny przewód 1, który stanowi cylindryczny izolator 2 jest oddzielony od zewnętrznej przewodzącej osłony 3 (płaszcz). Ta osłona jest również zwykle pokryte izolacją ochronną 4. osłona jest wykonana z wielu cienkich przewodów miedzianych. Jeden koniec kabla współosiowego ma zwykle złącze do podłączenia do urządzenia, a drugi z połączenia dwóch przewodów. Przewód podłączony do oplotu wybiera się zazwyczaj z izolowanym czerni. Przewód podłączony do centralnego rdzenia kabla, zwany sygnał. Przewodząca osłona połączona z obudową z pribora.S pomiaru jednego z dwóch sposobów, mogą być wybrane zasilania sygnału przez przełącznik do wejścia przedwzmacniacza: kondensator (wpis wewnątrz) lub bezpośrednio - sygnałów DC i impulsów długi okres (otwarte wejściowych).

Niektóre oscyloskopy nie tylko wbudowaną dzielniki napięcia wejściowego. Zewnętrzny dzielnik napięcia wejściowego nazywa się sonda. dzielenia wejściowego wymagają skomplikowanych ustawień w produkcji oscyloskopu, tak aby przekazywać bez zniekształcenia sygnału, niezależnie od kształtu i amplitudy w całym zakresie częstotliwości w urządzeniu. dzielniki napięcia zbudowany przy użyciu rezystory i kondensatory. Schemat jednego przykładu wykonania prostej kompensacją częstotliwości dzielnika napięcia, pokazanego na rysunku 2.18. Jest przystosowane do tego, dzielniki napięcia za pomocą generatora impulsów napięcia prostokątnego i oscyloskopu. Dzielnik ustawić trymer tak, że impulsy dzielnik wyjścia były prostokątne, a także na jego wejściu.

Wzmacniacz pionowy kanał odchylający do wzmacniania sygnału, konwersja na sygnał niesymetryczny symetryczne ustawienie sygnału obrazu (z tłumikiem w urządzeniu wejściowym) w obrębie części roboczej ekranu pionowo zapewnienie współpracy z przełącznikiem w oscyloskopie wielokanałowego.

Linia opóźniająca, zawarta w kanale odchyleń pionowych oscyloskopów, pozwala opóźnić sygnał na czas wymagany do uruchomienia generatora zamiatania. W przypadku braku linii opóźniającej przód badanego sygnału nie będzie widoczny na ekranie oscyloskopu. Linia opóźniająca nie powinna zniekształcać kształtu badanego sygnału.

Wzmacniacz końcowy kanał odchylania wiązki zapewnia wzmocnienie sygnału do wartości wystarczającej do odchylania wiązki kineskopu pionowo wewnątrz część robocza ekranu.

Przełącznik sygnałów (w schemacie blokowym na oscyloskopie nie pokazany) pozwala na użycie kanału wzmacniacza Y w następujących sposobów: tylko Y1 kanałów, jedynie Y2 kanału, równoczesną pracę obu kanałów (sygnał dodatek do zmiany polaryzacji sygnału w jednym z kanałów) alternatywną operację obu kanałów ( kanał przepływu wstecznego wycierania przełączania), w trybie przerywanym (przełączanie kanałów do częstotliwości kilkudziesięciu lub kilkuset kiloherców specjalnego generatorem impulsów prostokątnych napięcia).

Jeżeli napięcie testowe (w razie potrzeby jest wzmacniany przez wzmacniacz) służy tylko do płyty „Y”, a następnie na ekranie oscyloskop

Widać pionową linię, której długość jest równa dwukrotności amplitudy oscylacji. Aby zbadać zmianę sygnału w czasie, konieczne jest zastosowanie napięcia na poziomych płytach odchylających. Napięcie do odchylania wiązki w kierunku poziomym jest dołączony do kanału wyjściowego „X”, zawierający generator skanowania, urządzenie do synchronizacji, wstępnego (na schemacie blokowym nie jest pokazany) oraz wzmacniaczy H.

Generuje piłokształtny przemiatania generator (liniowo zmieniającym napięcie), który jest przeznaczony do zapewnienia jednolitego przemieszczania wiązki wzdłuż osi x z lewej strony do prawej krawędzi ekranu, a potem szybki powrót do jego skrajnej lewej pozycji. Odwrotne przesunięcie promienia na ekranie odpowiada obszarom szybkiej zmiany napięcia piłokształtnego.

Częstotliwość napięcia wytwarzanego przez generator omiatania można zmieniać stopniowo i płynnie w dość dużych granicach (zwykle od 10 Hz do 1 MHz i więcej).

Jeśli napięcie na wejściu "Y" wynosi zero, ale generator zamiatania jest włączony, na ekranie będzie widoczna pozioma linia. Gdy dwa napięcia jednocześnie (wejściowego i generator przemiatania) będzie widoczne na ekranie przebiegu sygnału.

Generator zamiatania w kanale X może mieć trzy tryby działania: samo-oscylacyjne, tj. Okresowych (na obserwacji sinusoidalne i impulsowych sygnałów o małej cyklu roboczego), oczekiwanie (na obserwację sygnału testowego z dużą cyklu pracy i zmienną) jedno - pojedynczego skanu (do fotografowania, a oscyloskop do bezpośredniego badania pojedynczych sygnałów). W stanie spoczynku, generator przemiatania zaczyna generować piłokształtny napięcia jeśli wejściowy „Y” oscyloskop wchodzi monitorowanego sygnału o odpowiedniej amplitudzie (w tym trybie, na przykład, nie zapewnia synchronizację wewnętrzną a wyprostowane napięcie w małych tętnień współczynnika badania). Niektóre dostępne oscyloskopy tryb przemiatania rozciągnięcie, co pozwala na uzyskanie większej skali obrazu wzdłuż osi poziomej, przez zwiększenie wzmocnienia wzmacniacza w końcowym X.

Aby uzyskać obraz nieruchomy, częstotliwość generatora przeciągnięcia musi być równa lub całkowita liczba razy mniejsza niż częstotliwość badanego sygnału. W tym celu częstotliwość generatora przeciągania (zsynchronizowana w czasie) jest zsynchronizowana z częstotliwością badanego sygnału. Gdy częstotliwość zamiatać oscylator zbliżona do częstotliwości napięcia testowego, to napięcie zmienia częstotliwość oscylatora zamiatać dopasować dokładną częstotliwość sygnału.

Dopasowanie częstotliwości generatora omiatania do częstotliwości badanego sygnału zapewnia jednostka synchronizująca. Istnieją trzy rodzaje synchronizacji: zewnętrzne, wewnętrzne i z sieci. Synchronizacja z sieci służy do badania sygnałów o częstotliwości równej lub wielokrotności częstotliwości sieci zasilającej (50 Hz). Najczęściej używana jest synchronizacja wewnętrzna. W tym przypadku część badanego napięcia jest podawana do jednostki synchronizującej, w której generowane są impulsy sterujące działaniem generatora omiatania. Badane napięcie, jak gdyby "narzuciło" swój okres na generator zamiatania. Jeżeli naturalny okres oscylatora wycierania jest prawie równe (lub prawie wielokrotnością) okres oscylacji napięcia testowego drgań oscylatorów są zsynchronizowane i występują w takt napięcia pomiarowego. Oscyloskopy są wyposażone w przełącznik typu synchronizacji i przełącznik polaryzacji napięcia synchronizującego.

Końcowy wzmacniacz kanału X ma na celu wzmocnienie napięcia skanowania lub sygnału zewnętrznego do wartości wystarczającej do odchylenia wiązki w poziomie ekranu.

Kanał Z jest przeznaczony głównie do oświetlania bezpośredniego zamiatania wiązki i do anulowania wiązki podczas suwu powrotnego. Kanał Z umożliwia modulowanie jasności obrazu za pomocą zewnętrznego sygnału modulującego. Jeśli wejścia X i Y oraz plik częstotliwości sygnału audio, a napięcie kanał Z wyżej znanej częstotliwości, przez nieciągłą eliptyczny skanowania może określić częstotliwość sygnałów doprowadzonych do wejść X i Y.

Wbudowane kalibratory oscyloskopowe zwiększają dokładność pomiaru częstotliwości i amplitudy sygnału. Kalibrator jest generatorem napięcia o znanej amplitudzie i częstotliwości. Napięcie DC jest najczęściej stosowany i napięcia w kształcie meandra (prostokątnych impulsów napięciowych o współczynnika wypełnienia równy dwa, to znaczy, szerokość impulsu jest czas trwania przerwy).

Wysokie napięcie zasilania jest stosowany prostownik do zasilania elektrod lampy kineskopowej i zasilacz niskiego napięcia do wszystkich składników oscyloskopu.

Oscyloskopy produkowane w ostatnich latach mają z reguły skalibrowany czas trwania skanowania wzdłuż osi X i skalibrowany współczynnik wzmocnienia wzmacniacza "U". Dzięki temu łatwo jest określić częstotliwość i napięcie badanego sygnału.

 Podczas prowadzenia badań z oscyloskopem elektronicznym należy zwrócić uwagę na szerokość pasma kanału odchylania pionowego. Przeprowadzimy eksperyment z oscylografami OML-3M i OMSH-3M.

E-3M AML oscyloskop kanał pasma "y" od 0 do 5 MHz do OMSH-3M oscyloskopu - od 0 do 25 kHz. Wejścia obydwu pionowych oscyloskopów odchylających zapewnia jednocześnie prostokątne impulsy 3,2 mikrosekund z współczynnika wypełnienia równy dwa. Oscyloskopu AML 3M kształt impulsu jest prostokątna, a impulsy ekran oscyloskop OMSH-3M ma kształt podobny do kształtu impulsów na wyjściu RC włączający - (fig. 2,19) obwodu, gdy stosowane do jego wejścia prostokątne impulsy napięcia. Przy zmianie częstotliwości powtarzania w szerokim zakresie prostokątnych impulsów dostarczanych do pionowego wejścia oscyloskopu, obserwować zmiany przebiegu na ekranach. Uzyskane wyniki można wyjaśnić, analizując skład spektralny prostokątnych impulsów. Wyniki eksperymentu wzywać do umieszczenia przepustowości pionowych kanałów oscyloskopu dla obserwacji bez odchodzenia prostokątny zakłócenia impulsowe.