Лек Тема 05-7 ЭЛО КВО

1.

Тема 5. Электронно-лучевые осциллографы
Лекция 7
Классификация осциллографов
Учебные вопросы
1. Классификация электронных осциллографов.
2. Структурная схема и функциональные элементы ЭЛО.
3. Канал вертикального отклонения ЭЛО.

2.

5. Электронно-лучевые осциллографы
2
5.1 Классификация электронных осциллографов
В измерительной технике широко применяют измерительные устройства,
позволяющие наблюдать электромагнитное колебание и использующие в для этого
электронно-лучевую трубку (ЭЛТ).
К таким устройствам относят электронно-лучевые осциллографы, измерители
параметров спектра, измерители временных интервалов, импульсные
рефлектометры, измерители характеристик электронных приборов и другие.
Эти средства измерений выделены в подгруппу приборов для наблюдения,
измерений и исследования формы сигнала (С):
С1 - осциллографы универсальные;
С2 - измерители коэффициента амплитудной модуляции (модулометры);
С3 - измерители девиации частоты (девиометры) и измерители модуляции
(АМ/ЧМ);
С4 - анализаторы спектра;
С6 - измерители нелинейных искажений;
С7 - осциллографы скоростные и стробоскопические;
С8 - осциллографы запоминающие;
С9 - осциллографы специальные.

3.

Электронно-лучевым осциллографом (ЭЛО) называют средство
3
измерения для наблюдения и измерения электрических сигналов, в котором
используется отклонение одного или нескольких электронных лучей электроннолучевой трубки (ЭЛТ) для получения изображений мгновенных значений
функциональных зависимостей сигналов от времени или других параметров.
ЭЛО различают по назначению, принципу действия, характеру исследуемых
сигналов, точностным характеристикам и конструктивному исполнению.

4.

Простейшая осциллографическая трубка выполняется в стеклянном баллоне.
На внутренней поверхности широкого торца баллона нанесен слой вещества,
способного светиться под действием электронной бомбардировки (люминофор).
Этот слой служит экраном, на котором и осуществляется преобразование
электрического процесса в световое изображение.
Со стороны цоколя внутри трубки имеются катод 6 косвенного накала и три
цилиндрических электрода, охватывающих ось трубки и образующих "электронный
прожектор" для создания пучка электронов. Ближайший к катоду управляющий
электрод 5 - модулятор охватывает катод и пропускает поток электронов лишь
через отверстие в своем торце - регулирует яркость луча.
За управляющим цилиндром размещены два анода цилиндрической формы с
диафрагмами. На анод 4 подается постоянное (относительно катода) напряжение
не более 300-400 В, а на анод 3 - постоянное напряжение от 600 В - до нескольких
тысяч вольт. Электроны ускоряются электрическим полем анодов и пролетают
сквозь них к экрану. Благодаря наличию диафрагм и воздействию продольного
электрического поля, образующегося между анодами, электронный поток
фокусируется в тонкий луч.

5.

Параметры специальных ЭЛО определяются их назначением.
5
К числу метрологических характеристик ЭЛО относят:
совокупность параметров сигналов, которые можно подавать на вход прибора
(диапазон амплитуд, граничные частоты, форма сигнала и т.п.);
характеристики входа ЭЛО (активная и реактивная составляющие входного
сопротивления);
погрешности воспроизведения формы сигнала осциллографом и погрешности
измерения параметров сигнала.

6.

5.2. Структурная схема и основные функциональные элементы ЭЛО
Вход Y А
Баланс
Усиление плавно ▼
ВхК
ПУ
Баланс
Усиление пл. ▼
Вольт/дел.
АТТ А
Вход Y Б
Коммут
Вольт/дел.
АТТ Б
ВхК
ПУ
Калибр
Сх.Бл
Ус.П
ЛЗ
УВО
Вход Z
Внешняя
синхр.
Внутрен.
синхр.
Коммут
Авт./
Ждущ.
Сх.С
Сх.З
Уровень
Стабильность
ГР
Вход X
Время/дел
УГО
Длительность плавно ▼
Обобщенная схема электронно-лучевого осциллографа
6

7.

7
Основными функциональными узлами электронного осциллографа являются:
электронно-лучевая трубка,
канал вертикального отклонения (КВО) или канал Y,
канал горизонтального отклонения (КГО) или канал X,
канал модуляции по яркости (канал Z) и
встроенные калибровочные устройства.
Канал вертикального отклонения предназначен для отклонения луча ЭЛТ под
действием исследуемого напряжения.
Канал горизонтального отклонения предназначен для развертки изображения
сигнала.
Основное назначение канала модуляции луча по яркости - подсвечивать прямой
ход развертки.
Калибраторы предназначены для повышения точности измерений.

8.

5.3.
Канал вертикального отклонения ЭЛО
8
Канал вертикального отклонения электронно-лучевого осциллографа
обеспечивает движение луча ЭЛТ по вертикали.
Для того, чтобы различить входной сигнал небольшой амплитуды на экране
ЭЛТ, напряжения в которой достигают сотен и тысяч вольт, слабый сигнал
необходимо усилить.
КВО предназначен для неискаженного усиления входного сигнала до значения
напряжения, обеспечивающего воспроизведение изображения на экране ЭЛТ.
То есть канал вертикального отклонения в основном служит для масштабного
изменения входного сигнала до таких значений, при которых изображение будет
различимо на экране ЭЛТ и, в то же время, не будет выходить за его пределы.

9.

Условиями неискаженного осциллографирования электрических сигналов 9
являются:
равномерность амплитудно-частотной (АЧХ) КВО;
линейность фазо-частотной (ФЧХ) характеристик КВО в пределах ширины
спектра;
линейность развертывающего напряжения во времени.
ивых
φвых
ивх
1
0,707
φ0
АЧХ КВО
Fгр
f
ФЧХ КВО
Fгр f
u t U sin t 0 ;
t t 0 2 f 0 .

10.

10
Uвх
1
t
Uкво
0,9
0,1
t
tнпх
Определение времени нарастания
переходной характеристики
Переходная характеристика КВО является его реакцией на единичный скачок
напряжения при идеально линейном развертывающем напряжении.
Существует жесткая связь между временем нарастания ПХ tнпх и верхней
граничной частотой полосы пропускания осциллографа Fгр
tнпх 0,35
Fгр

11.

Основными узлами канала вертикального отклонения осциллографа
являются: делитель с переключателями входного сопротивления, аттенюатор,
линия задержки и многокаскадные предварительные и выходные усилители.
Вход Y
11
Баланс Усиление пл. ▼
Вольт/дел.
АТТ Б
ВхК
ПУ
Структурная схема КВО ЭЛО
ЛЗ
УВО
К ЭЛТ
к схеме синхронизации
Входное устройство КВО ЭЛО предназначено для
1) обеспечения воспроизведения исследуемого сигнала с постоянной
составляющей или без постоянной составляющей и
2) уменьшения величины входного сигнала так, чтобы не допустить перегрузки
первого каскада усилителя.
Усилители вертикального отклонения предназначены для плавного
усиления слабых входных сигналов в широком диапазоне частот. Основное
требование к усилителю состоит в том, чтобы он не вносил частотных, фазовых и
амплитудных искажений и обеспечивал необходимый коэффициент усиления. В
широкополосных усилителях особое внимание обращается на уменьшение
паразитных емкостей и индуктивностей, применение безиндуктивных
радиоэлементов и сокращение размеров схемы.

12.

Основными узлами канала вертикального отклонения осциллографа
являются: делитель с переключателями входного сопротивления, аттенюатор,
линия задержки и многокаскадные предварительные и выходные усилители.
Вход Y
12
Баланс Усиление пл. ▼
Вольт/дел.
АТТ Б
ВхК
ПУ
Структурная схема КВО ЭЛО
ЛЗ
УВО
К ЭЛТ
к схеме синхронизации
Линией задержки называют устройство, на выходе которого через заданный
интервал времени появляется точная копия входного сигнала. Линия задержки
обеспечивает запаздывание сигнала, подаваемого на вертикальные отклоняющие
пластины, относительно момента запуска генератора развертки. Исследуемый
сигнал в линии задержки задерживается на 0,2 1,0 мкс, что обеспечивает
просмотр фронта импульсного сигнала при синхронизации по самому сигналу, так
как ГР будет запускаться несколько раньше, чем появится напряжение на
вертикально отклоняющих пластинах. Линия задержки может быть выполнена
либо на основе многозвенных секций, состоящих из емкостей и индуктивностей,
либо представлять собой отрезок коаксиального кабеля.