Принцип дії і область застосування електронних осцилографів

Осцилографи. Класифікація та призначення

У перекладі з двох мов (грецької та латини) назва даного приладу «осцилограф» означає «качаюсь/пишу». Пристрій призначений, щоб досліджувати, спостерігати, вимірювати та записувати амплітудні, часові параметри електричних сигналів, які виводяться на вході, на екрані або записуються на фотострічці. Сучасний осцилограф може вимірювати сигнал гігагерцових хвиль.

Осцилографи належать до вимірювальної техніки, яка призначена для того, щоб вивчати тимчасові, амплітудні коливання електричних сигналів. Прилад використовується в багатьох сферах для контролю якості сигналу.

Історичний факт

Спочатку, електричні коливальні процеси фіксувалися в паперовому варіанті, і ви не повірите, вручну. Вперше автоматизувати процес вирішив Жюль Франсуа Жубер (1880 рік). Саме він визначив, що реєструвати сигнал необхідно крок за кроком. Метод Жубера розвинули й удосконалили російський фізик Коллі та француз Блондель, відповідно, в 1885 і 1893 роках. Перші осцилографи мали велику інерцію, яка не дозволяла фіксувати швидкі процеси. Даний недолік усунув Вільям Дадделл, який створив осцилограф світлопроменевий, в якому вимірювальним елементом служило дзеркальце, а показання проводилися на спеціальну пластину, чутливу до світла. Вершина розвитку методу — це багатоканальний стрічковий осцилограф. 1899 рік – І. Зеннек додає до пристрою горизонтальну розгортку, яка і робить апарат більш відповідним сучасному осцилографу.

Класифікація осцилографів

Логіка роботи й призначення

• Аналогові (в режимі реального часу)

• Запам’ятовуючі (аналогові, цифрові)

• Стробуючі

Кількість променів – одне — двох… променеві, кількість цих променів може досягти 16 і більше.

За розгорткою осцилографи діляться на:

• Універсальний

• Швидкісний

• Стробоскопічний

• Запам’ятовуючий

• Спеціальний

Є також і осцилографи, сумісні з іншими вимірювальними пристроями. Осцилограф може бути не тільки автономним приладом, але і приставкою, наприклад, до комп’ютерів, як карта розширення, або ж з підключенням до зовнішнього порту.

Будова та принцип дії осцилографів

Основною частиною осцилографа є електронно-променева трубка (ЕПТ). ЕПТ складається зі скляного балона, з якого викачано повітря до тиску порядку 10-8 мм.рт.ст. (рис.1)

Рис.1 – Схема осцилографа

Джерелом електронів служить катод 2, що підігрівається спіраллю 1. Фокусуючий циліндр 3, регулює кількість електронів, які вилітають в одиницю часу, тобто яскравість плями на екрані. Потенціал фокусуючого циліндра негативний, його інакше називають керуючим електродом. Аноди 4 і 5 прискорюють і фокусують електрони, концентрують їх у вузький пучок. Підігрівник 1, катод 2, фокусуючий циліндр 3 і обидва анода 4 і 5 утворюють так звану електронну гармату, а фокусуючий циліндр 3 і система анодів 4 і 5 фокусуючу систему. Виходячи із другого анода, електронний пучок проходить між двома парами пластин 6 і 7 – це вертикально й горизонтально відхиляючі пластини. Між катодом і першим анодом прикладена напруга порядку 103В, електрони прискорюються. Другий анод має потенціал вище першого й фокусує електрони. Між катодом і другим анодом напругастановить 2…5 кВ.

Якість фокусування залежить вид потенціалу першого анода, значення якого встановлюється за допомогою регулятора R₂ (фокусування). На рис.2 зазначено U_н, U_м, U_а1, U_а2 – напруги, що формуються блоком живлення для розжарювання катоду і управління потенціалом М₁, А₁ і А₂ відповідно.

На шляху до екрану електронний промінь проходе між двома парами взаємно перпендикулярних відхиляючих пластин Х₁, Х₂ і У₁, У₂, що називається електростатичною відхиляючою системою. Екран ЕПТ являє собою тонкий шар речовини (люмінофора), спроможного світитися при бомбардуванні електронами. По каналу вертикального відхилення (каналу У) надходить досліджуємий сигнал, що визиває вертикальне відхилення променя в ЕПТ.

Основним вузлом каналу горизонтального відхилення (каналу Х) є генератор розгортки Г, що формує напругу пилоподібної форми. Пересування променя по горизонталі забезпечується подаванням на горизонтально відхиляючі пластини ЕПТ (х₁, х₂) від генератора розгортки пилоподібної напруги, під дією якої електронний промінь пересувається в часі зліва направо по екрану. Час, впродовж якого відбувається це пересування, зветься часом прямого ходу. Доходячи до краю екрана, промінь швидко повертається у вихідне положення.

Нерухоме зображення на екрані осцилографа можна отримати , якщо період розгортки Тх дорівнює цілому числу періодів досліджуємо напруги Т_у, тобто

Т_х = nT_y, де n = 1, 2, ...

Виконання цієї умови зветься синхронізацією періодів напруги розгортки досліджуємого сигналу.

Рис. 2 – Електрична схема електронного осцилографа

На передній панелі електронного осцилографа С–68 (рис. 3) розташовані керуючі променем пристрої, що дозволяють регулювати фокус, яскравість, синхронізувати досліджуваний сигнал, переміщати промінь уздовж осі Х и Y.

Рис.3 – Зовнішній вигляд передньої панелі осцилографа С–68

Дайте відповіді на питання

1. Що є основним призначенням електронного осцилографа?

2. Що можна виміряти осцилографом?

3. Яку форму залежно від часу має напруга розгортки в електронному осцилографі?

4. Де використовується осцилограф?