Візуалізація сигналу
Сигнал в осцилографі відображається на екрані. Але в електрон но-променевих і в цифрових осцилографах запам'ятовують це завдання вирішується принципово різним шляхом.
Уелектронно-променевих осцилографахекраном є передня стінка електронно-променевої трубки (рис. 2), покрита з внутрішньої сторони люмінофором. Електронний промінь, створюваний електрон ної гарматою і керований напругою, що подаються на дві пари пластин - вертикальну Y і горизонтальну Х, - переміщається по люмінесцентному покриттю ЛЗ, "викреслюючи" відповідну криву (наприклад, фігуру Ліссажу). Важливо пам'ятати, що переміщення променя відбувається у часі, тобто. у кожний момент поточного часу його миттєве становище відповідає саме цьому моменту.
Мал. 2. Електронно-променева трубка.
1- Електронна гармата:Н- розжарення,К- катод,М- модулятор,
А1, А2– перший та другий анод;2– горизонтально та вертикально
відхиляючі пластиниХ, Y;ЛЗ– люмінесцентний шар
В обох типах осцилографів "картинка" може відтворюватися на екрані або вбезперервномурежимі, або в режиміодно кратноїрозгортки. При цьому в аналогових електронно-променевих осцилографах однократний сигнал видно тільки за рахунок післясвітлення екрану. Тому його швидкісні можливості різко обмежені проти цифровими осцилографами з пам'яттю.
2. Основні функціональні вузли осцилографа 2.1. Генератор розгортки
Для спостереження на екрані осцилографа сигналуU = F(t)переміщення "точки, що світиться"( На екрані електронно-променевої трубки це дійсно світиться точка, а на екрані рідкокристалічного дисплея - чорна (кольорова) точка на білому тлі) поосі Y повинен викликати сам сиг нал, і одночасно по осі Х повинна здійснюватися розгортка сигналу за часом. Цю функцію виконує спеціальний пристрій, що називаєтьсягенератор розгортки.
Розгортка почасув електронно-променевому осцилографі здійснюється завданням по осі Х (на пластини X)лінійно наростаючої напруги
Uх = kt, що дозволяє "прокалібрувати" вісь Х в одиницях часу з характерним масштабомk. Значення масштабу часуkу с/справ (час розгортки, що припадає на один великий поділ шкали екрана, зазвичай на 1 см) задається ручкою управління "Розгортка" (або "SEC/DIV" ). При досягненні "точкою, що світиться" правого краю екранаUхобнулюється і точка повертається у вихідне положення до лівої межі екрана. Потім процес повторюється. У цьому полягає основна функція генератора розгортки.
Додаткові функції та можливості вузла генератора розгортки. Крім основної функції - видавати періодичну лінійно наростаючу напругу, що дозволяє "сканувати" точку, що світиться, уздовж осі Х від лівого краю екрана до правого із заданою швидкістю (з заданим часом розгортки), - даний вузол зазвичай дозволяє здійснювати ще наступні режими роботи.
1)Режим очікуваної розгортки. У цьому режимі пилкоподібна напруга генерується не безперервно, а кожне "сканування"
вздовж екрана (період пилкоподібної напруги, див. рис. 1,б) починається тільки тоді, коли досліджуваний сигнал досягає певної величини, зафіксованоїпристроєм запуску та синхронізації сигналу(дивись нижче).
2)Режим одноразової розгортки (одиноковий запуск). У цьому режимі генератор розгортки генерує тільки один період пило подібної напруги.
3)Режим розгорнення зовнішнім сигналом (або режим XY). У цьому режимі генератор розгортки відключається, а розгортка по осі Х здійснюється зовнішнім сигналом. Основне призначення цього режиму жиму – зображення функціональних залежностей другого типуU1 = F(U2)(див. рис. 1,в,г).
2.2. Пристрій запуску розгортки та синхронізації сигналу
Сигнали типуU = F(t)можуть бути двох видів:безперервні(періодичні або неперіодичні) таодинокові.
Поодинокі сигнали тривають протягом певного відрізка часуΔt, і для їх спостереження достатньо, щоб час розгортки було встановлено не менше ніжΔt. Спостереження таких сигналів здійснюється в режимахждуча,абоодноразовоїрозгортки.
Для спостереження одиночного сигналу необхідно "запустити" розгортку в точно заданий момент часу. Це робиться особливимпристроєм запуску та синхронізації розгортки. Конструктивно і схемотехнічно цей пристрій може бути поєднаний або з блоком розгортки, або з блоком синхронізації, але його органи управління зазвичай розміщені спільно з органами управліннясинхронізацієюсигналу.
1) Для спостереженняодиночного сигналу потрібно:
• вибрати режим розгортки – або "ждучий", або "одно кратний запуск";
• режим синхронізації – "досліджуваний сигнал" або "ручна";
• встановити ручкою "рівень" деяке значення мінімальної напруги, досягнувши якого сигналом блок синхронізації "запустить" генератор розгортки.
2)У випадкубезперервногонеперіодичногосигналу є можливість відобразити на екрані лише якусь його частину в часі. "Початок"вибраної частини сигналу задається у вигляді певної величини рівня синхронізації, що відповідає напрузі сигналу в цей момент. Тобтонеперіодичнийсигнал відображається фактично так само, як одноразовий.
3) Якщо сигналперіодичний, ми можемо відобразити, наприклад, кілька його періодів або лише частина періоду. Але якщо час розгортки не кратний періоду сигналу, то при кожному наступному скануванні сигнал буде зображуватися на новому місці екрану. При великій частоті розгортки сигнал просто "замаже" всю площу екрана (мал. 3,б). Отримати стійку картину дозволяєблок синхронізації осцилографа. Його функціональне призначення полягає в тому, щоб запускати кожен новий період розгортки осцилографа точно в той момент, коли досліджуваний сигнал досягає однієї і тієї ж величини і фази періодичного сигналу.
Пояснимо завдання та суть синхронізації. Нехай, наприклад, пристрій, що досліджується, повинен генерувати прямокутні імпульси з періодомТ, однак у пристрої виникають якісь "зайві" імпульси (наприклад, через "брязкіт" контактів перемикаючого >реле – рис.3,а).
Без синхронізації сигнал просто "замазує" екран - рис. 3,б, оскільки кожен новий цикл розгортки починається з довільної фази сигналу. Для усунення цього ефекту потрібно встановити рівень синхронізації, наприклад, по передньому – наростаючому – фронту (точка А), вибравши цю точку вище за рівень "зайвих" імпульсів. Тоді розгортка при кожному скануванні екрана буде запускатися тільки в момент, коли напруга сигналу досягає значення в точці А, що забезпечить стійку картину сигналу.
Виявивши на сигналі деякі "зайві" піки(перешкоди), ми маємо можливість розглянути їх більш детально, "розтягнувши" по горизонталі (збільшивши швидкість розгортки). У цьому випадку вигідніше встановити синхронізацію по задньому - низхідному - фронту імпульсу (точка Б) і збільшити швидкість розгортки. На рис. 3,впоказаний "розтягнутий" імпульс перешкоди.
Таким чином, синхронізація встановлюється не тільки зарівнем, але і пофронтусигналу (по наростаючому - точка А - або низхідному - точка Б - фронту).