Осциллографы. Виды. Структурная схема осциллографа

1.

Лекция №7
Осциллографы. Виды.
Структурная схема
осциллографа

2.

Осциллограф (лат. oscillo — качаюсь и graph
- пишу) – контрольно–измерительный прибор для
исследования и визуализации электрических
сигналов, а также определения их параметров :
амплитуды и мгновенного значения тока и
напряжения;
временных параметров сигнала (скважность,
частота, длительность фронта, фаза и т. д.);
сдвиг фаз;
частоты гармонических сигналов (метод фигур
Лиссажу и круговой развертки),
амплитудно-частотных и фазовых характеристик.

3.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫХ
ОСЦИЛЛОГРАФОВ
По способу обработки входного сигнала:
Аналоговые ЭЛО;
Цифровые ЭЛО.
Цифровой осциллограф состоит из входного
делителя, нормализующего усилителя, аналогоцифрового преобразователя, блока памяти,
устройства
управления
и
устройства
отображения.

4.

Цифровой осциллограф С8-44

5.

Электронно-лучевой осциллограф GOS-7630FC

6.

Электронно-лучевой осциллограф С1-172

7.

Портативный осциллограф Fluke 199C

8.

Светолучевой осциллограф

9.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫХ
ОСЦИЛЛОГРАФОВ
В зависимости от назначения:
Универсальные ЭЛО (тип С1);
Скоростные ЭЛО (тип С7);
Стробоскопические ЭЛО (тип С7);
Запоминающие ЭЛО (тип С8);
Специальные ЭЛО (тип С9);
Регистрирующие с записью на фотобумагу
(тип Н).
По числу одновременно наблюдаемых на экране
сигналов:
одноканальные
многоканальные

10.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫХ
ОСЦИЛЛОГРАФОВ
В зависимости от времени послесвечения экранов
ЭЛО с малым послесвечением
ЭЛО большим послесвечением.
По масштабу времени, в котором исследуется
процесс:
ЭЛО, работающие в реальном масштабе
времени
ЭЛО, работающие в измененном масштабе
времени
(например,
запоминающие
и
стробоскопические)

11.

Универсальные осциллографы
Универсальные
осциллографы
обладают
многофункциональностью за счет применения сменных
блоков. Полоса пропускания от 0 до сотен мегагерц,
амплитуда исследуемого сигнала от десятков микровольт до
сотен вольт.
Скоростные осциллографы
Скоростные осциллографы предназначены для регистрации
однократных и повторяющихся импульсных сигналов в полосе
частот порядка единиц гигагерц.
Стробоскопические осциллографы
Стробоскопические
осциллографы
предназначены
для
исследования быстродействующих повторяющихся сигналов в
полосе частот от нуля до единиц гигагерц при амплитуде
исследуемого сигнала от единиц милливольт до единиц вольт.

12.

Запоминающие осциллографы
Запоминающие
осциллографы
предназначены
для
регистрации однократных и редко повторяющихся сигналов.
Полоса пропускания до 20 МГц при амплитуде исследуемого
сигнала от десятков мВ до сотен вольт. Время
воспроизведения записанного изображения от 1 до 30 мин.
Для регистрации быстропротекающих и переходных
процессов на фотобумаге применяют электронно-лучевые
осциллографы с фотооптическим способом переноса луча на
носитель записи, например Н023. Высокая скорость записи
(до 2000 м/с) и большой диапазон регистрируемых частот (до
сотен килогерц) позволяют применять эти осциллографы,
если невозможно использование светолучевых, имеющих
сравнительно небольшую скорость записи и диапазон
регистрируемых частот.

13.

Устройство ЭЛТ

14.

Основные характеристики ЭЛТ
разрешающая способность, равная диаметру
светового пятна, для большинства трубок 0,5 1 мм;
чувствительность вертикально отклоняющих
пластин примерно 0,2 2,5 мм/В;
граничная частота не более 150 МГц;
рабочая часть экрана 100 120 мм2;
рабочие напряжения на второй анод 800 3000 В, на
первый от 0,2 до 0,5 от указанного значения
напряжения на втором аноде;
напряжение накала 6,3 В

15.

Отклонение потока электронов в поле пластин

16.

Структурная схема осциллографа

17.

Осциллограф состоит из ЭЛТ, трех электрических
каналов
управления
лучом,
измерительных
устройств и блока питания.
Канал Y (КВО) – канал вертикального
отклонения луча осциллографа. По нему подается
исследуемое напряжение.
Канал X (КГО) – канал горизонтального
отклонения луча осциллографа.
Одновременное воздействие напряжений Ux и
Uу по двум каналам вызывает появление
осциллограммы.
Напряжение
Ux
называется
развертывающим напряжением, а канал X –
каналом развертки.
Канал Z – предназначен для управления
яркостью луча.

18.

Сокращения:
ВУ- входное устройство;
ЛЗ- линия задержки;
У- усилитель;
К- калибратор;
СС- схема синхронизации;
ГР- генератор развертки;
ЭЛТ- электроннолучевая трубка;
УВО и УГО – усилители КВО и
КГО .

19.

Лицевая панель осциллографа

20.

Основные режимы работы электроннолучевого
осциллографа
Развертка имеет вид линии,
которую
чертит
луч
на
экране
при
отсутствии
исследуемого
сигнала
в
результате
действия
Линейная развертка
только
одного
развертывающего
Круговая развертка
напряжения.
Ждущий режим;
Однократный режим.
Автоколебательная развертка

21.

Осциллограф работает следующим образом:
При
подаче
на
горизонтально
отклоняющие
пластины
напряжения
Ux
пилообразной
формы
сфокусированный
электронный луч под воздействием этого
напряжения перемещается слева направо в
интервале Тпр (точки 0-1-2 — длительность
прямого хода луча) и справа налево в
интервале Тобр (точки 2-3 — длительность
обратного хода луча). При этом скорость
движения луча в обратном направлении много
больше (обычно луч при этом гасится), чем в
прямом направлении.
С помощью напряжения развертки,
подаваемого на горизонтально отклоняющие
пластины ЭЛТ (пластины X) осциллографа, на
экране можно наблюдать исследуемый сигнал,
поступающий на пластины Yи изменяющийся
во времени, т. е. развернутый во времени.

22.

Принцип синхронизации

23.

Канал горизонтального отклонения

24.

Одноканальные осциллографы
Uразм
Тр период сигнала развертки Коэффициент отклонения по
вертикали
Т период исследуемого
Ко = u/h (В/дел.)
сигнала
u входной сигнал
Тр = nТ, где n = 1, 2, 3...
h отклонения луча на экране
uк
Развертывающее напряжение
0
t
uр
Tк
tпр
tобр
t
Коэффициент развертки
Кр = Тр/lрКр (время/дел.)
Тр – время прямого хода луча
lр – длина перемещения луча на экране

25.

Основные технические и метрологические
характеристики электроннолучевого
осциллографа
Коэффициент отклонения Ко – отношение напряжения
входного сигнала к отклонению луча по вертикали (в
делениях шкалы), вызванному этим напряжением
Коэффициент развертки КР – отношение времени Δt к
отклонению
луча
по
горизонтали,
вызванному
напряжением развертки за это время
Полоса пропускания – диапазон частот, в пределах
которого К о изменяется не более чем на 3дБ (~ 30%)
относительно его значения от некоторой средней (опорной)
частоты
Неравномерность
амплитудно-частотной
характеристики в полосе пропускания, измеряемая в
процентах

26.

Качество
воспроизведения
импульсного
сигнала,
определяемое по времени нарастания сигнала, его выбросам,
спаду вершины, неравномерности вершины и др.
Чувствительность - видимое отклонение луча на экране
ЭЛТ в миллиметрах к значению входного сигнала в вольтах,
вызвавшему это отклонение.
Длительность разверток - время прямого хода, за которое
луч проходит всю рабочую часть экрана в горизонтальном
направлении.
Погрешности калибраторов амплитуды и времени.
Параметры входов ЭЛО, которые определяются входным
активным сопротивлением R ВХ и входной емкостью С ВХ.
Точностные параметры, характеризующие
измерения напряжения и интервалов времени.
погрешности

27.

Оциллограмма на экране люминофорного
осциллографа

28.

ВЫВОДЫ:
1. Осциллографом называется СИТ предназначенный для
наблюдения, регистрации и измерения параметров
измеряемого сигнала или контролируемого процесса.
2.
Существует
два
типа
осциллографа:
светолучевые
осциллографы; электроннолучевые осциллографы.
3. Регистрация контролируемых параметров в светолучевых
осциллографах
производится
обычным
световым
или
ультрафиолетовым
лучом,
исполняющим
роль
регистрирующего органа на светочувствительной бумаге или
пленке (светочувствительном носителе).
4. Электроннолучевым осциллографом ЭЛО называется прибор,
предназначенный для наблюдения, регистрации и измерения
параметров исследуемого сигнала, как правило, напряжения,
зависящего от времени.
5. В зависимости от назначения ЭЛО подразделяются на
универсальные,
скоростные,
стробоскопические,
запоминающие и специальные.

29.

ВЫВОДЫ:
6. По числу одновременно наблюдаемых на экране сигналов
различают одноканальные и многоканальные осциллографы.
7. В зависимости от времени послесвечения экранов ЭЛО
подразделяются на ЭЛО с малым и большим послесвечением.
8. По масштабу времени, в котором исследуется процесс, ЭЛО
подразделяются на ЭЛО, работающие в реальном и
измененном масштабе времени (например, запоминающие и
стробоскопические).
9. ЭЛО могут различаться чувствительностью, полосой
пропускания, погрешностью воспроизведения формы сигнала и
другими характеристиками.
10. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) – это измерительный
элемент осциллографа, предназначенный для преобразования
исследуемых сигналов в видимое изображение. ЭЛТ
используется
в
ЭЛО
в
качестве
индикатора
с
электростатической фокусировкой и отклонением электронного
луча.