Електронні осцилографи ( заняття № 7.1)

Содержание

Слайд 2

ПРЕДМЕТ “ОСНОВИ ПОБУДОВИ ВІЙСЬКОВИХ ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАНЬ” ТЕМА № 7 ЗАСОБИ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ

ПРЕДМЕТ “ОСНОВИ ПОБУДОВИ ВІЙСЬКОВИХ ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАНЬ” ТЕМА № 7 ЗАСОБИ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ

ДЛЯ СПОСТЕРЕЖЕННЯ І АНАЛІЗУ ФОРМИ СИГНАЛІВ ЗАНЯТТЯ № 1 ЕЛЕКТРОННІ ОСЦИЛОГРАФИ
Слайд 3

НАВЧАЛЬНА МЕТА: 1. Надати студентам загальні відомості про осцилографи. 2. Розглянути

НАВЧАЛЬНА МЕТА: 1. Надати студентам загальні відомості про осцилографи. 2. Розглянути

структурну схему осцилографа. 3. Надати студентам метрологічні характеристики осцилографів.
Слайд 4

ВИХОВНА МЕТА: 1. ВИХОВУВАТИ У СТУДЕНТІВ ДИСЦИПЛІНОВАНІСТЬ І КУЛЬТУРУ ПОВЕДІНКИ. 2.

ВИХОВНА МЕТА:

1. ВИХОВУВАТИ У СТУДЕНТІВ ДИСЦИПЛІНОВАНІСТЬ І КУЛЬТУРУ ПОВЕДІНКИ. 2. ВИХОВУВАТИ

ВПЕВНЕНІСТЬ І ВИНАХІДЛИВІСТЬ ПРИ ВИВЧЕННІ МАТЕРІАЛУ. 3. ВИХОВУВАТИ І РОЗВИВАТИ ТВОРЧИЙ ПІДХІД ПРИ ВИВЧЕННІ МАТЕРІАЛУ НА ЗАНЯТТІ І САМОСТІЙНІЙ ПІДГОТОВЦІ.
Слайд 5

НАВЧАЛЬНІ ПИТАННЯ 1. ПРИЗНАЧЕННЯ, КЛАСИФІКАЦІЯ І ПРИНЦИП ДІЇ ЕЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛОГРАФА. 2.

НАВЧАЛЬНІ ПИТАННЯ

1. ПРИЗНАЧЕННЯ, КЛАСИФІКАЦІЯ І ПРИНЦИП ДІЇ ЕЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛОГРАФА.
2. СТРУКТУРНА СХЕМА

ЕЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛОГРАФА.
3. ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНІЧНОЇ РЕАЛІЗАЦІЇ ОСНОВНИХ ВУЗЛІВ ЕЛЕКТРОННИХ ОСЦИЛОГРАФІВ.
Слайд 6

ПИТАННЯ 1 ПРИЗНАЧЕННЯ, КЛАСИФІКАЦІЯ І ПРИНЦИП ДІЇ ЕЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛОГРАФА

ПИТАННЯ 1
ПРИЗНАЧЕННЯ, КЛАСИФІКАЦІЯ І ПРИНЦИП ДІЇ ЕЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛОГРАФА

Слайд 7

Електронний осцилограф - універсальний вимірювальний прилад, призначений для візуального спостереження і


Електронний осцилограф - універсальний вимірювальний прилад, призначений для візуального спостереження і

фотографування електричних сигналів.
У більшості випадків в електронному осцилографі для відображення інформації використовується електронно-променева трубка (ЭПТ).
Основні вимоги, які висуваються до осцилографа:

висока чутливість

широкий діапазон частот

великий вхідний опір

Слайд 8

Принцип дії електронного осцилографа, побудованого на основі електростатичної ЕПТ, полягає в

Принцип дії електронного осцилографа, побудованого на основі електростатичної ЕПТ, полягає в

наступному.
Cфокусований електронний промінь, проходячи між вертикально і, горизонтально відхиляючими пластинами X і У, може відхилятися під впливом напруги, прикладеної до пластин у напрямку, перпендикулярному площини пластин (рис.1)
Слайд 9

Слайд 10

Траєкторію зображення на екрані можна побудувати графічно за допомогою точок, задаючи

Траєкторію зображення на екрані можна побудувати графічно за допомогою точок, задаючи

моменти часу і відповідної їм напруги розгортки і сигналу.
Цю траєкторію, що відбиває форму залежності досліджуваного коливання від часу, називають осцилограмою.
За допомогою осцилограми можуть бути виміряні параметри сигналу: амплітуда, період, частота і т.п.
Слайд 11

Вище розглянуто використання у якості напруги розгортки ідеальну пилкоподібну напругу. У

Вище розглянуто використання у якості напруги розгортки ідеальну пилкоподібну напругу. У

випадку реальної пилкоподібної напруги тривалість прямого ходу ТС не дорівнює періоду розгортки ТР і відрізняється від нього на тривалість зворотного ходу ТЗВ.
На рис. 1 штриховою лінією показана зміна напруги зворотного ходу на розгортці (лінія bc), а також зображення зворотного ходу на осцилограмі (лінія а0).
Слайд 12

Лінія зворотного ходу внаслідок нелінійності розгортки на ділянці зворотного ходу корисної

Лінія зворотного ходу внаслідок нелінійності розгортки на ділянці зворотного ходу корисної

інформації не містить, а лише спотворює осцилограму.
Тому на ЕПТ під час зворотного ходу подають запірну напругу, і промінь на цей час гаситься.
Напругу розгортки формують таким чином, щоб
ТР ≈ ТП ТЗВ <<ТП
Слайд 13

Для одержання одиночного нерухомого зображення необхідно, щоб ТР=Тс . У противному

Для одержання одиночного нерухомого зображення необхідно, щоб ТР=Тс .
У противному

випадку електронний промінь не буде у кожний новий період зміни напруги розгортки переміщатися по одній траєкторії, і на екрані утвориться сімейство зміщених по горизонталі кривих, що спостерігаються як світлий прямокутник.
Очевидно, що умовою для одержання одиночного зображення є також умова Тр=nТс , де n- ціле число (0, 1, 2,...).
При цьому на екрані може утворюватися декілька періодів зміни напруги сигналу.
Слайд 14

Умова Тр=nТс досягається введенням синхронізації періоду розгортки з періодом повторення досліджуваного

Умова Тр=nТс досягається введенням синхронізації періоду розгортки з періодом повторення досліджуваного

сигналу. Синхронізація здійснюється або зовнішнім стабільним сигналом (зовнішня синхронізація), або самою напругою сигналу, яка подається на генератор напруги розгортки (внутрішня синхронізація).
Слайд 15

Електронні осцилографи є найпоширенішими універсальними радіовимірювальними приладами. В основу їх класифікації

Електронні осцилографи є найпоширенішими універсальними радіовимірювальними приладами. В основу їх класифікації

покладено ряд ознак:

ширина смуги пропускання каналу, сигналу, обумовленої нижньої і верхньої граничними частотами

число одночасно досліджуваних сигналів

характер досліджуваного процесу - неперервні сигнали, імпульсні багатократні або однократні.

Слайд 16

В залежності від призначення і електричних характеристик осцилографи відповідно до ГОСТ

В залежності від призначення і електричних характеристик осцилографи відповідно до ГОСТ

15094-69 розділяються на:

універсальні

швидкісні

стробоскопічні

запам'ятовуючі

спеціальні

Слайд 17

Універсальні осцилографи (С1) дістали найбільшого поширення, і дозволяють досліджувати електричні сигнали

Універсальні осцилографи (С1) дістали найбільшого поширення, і дозволяють досліджувати електричні сигнали

у широкому діапазоні амплітуд, тривалостей і частот повторення сигналів.
Смуга пропускання таких осцилографів досягає 350 МГц.
Діапазон амплітуд досліджуваних сигналів від одиниць мілівольт до сотень вольт, тривалість досліджуваних імпульсів від одиниць наносекунд до декількох секунд. Зображення сигналу на екрані з’являється майже одночасно з дією сигналу на вході. Тому такі осцилографи називають осцилографами реального часу.
Слайд 18

Швидкісні осцилографи (С7) призначені для дослідження в реальному масштабі часу НВЧ-коливань,

Швидкісні осцилографи (С7) призначені для дослідження в реальному масштабі часу НВЧ-коливань,

однократних, що рідко повторюються і періодичних імпульсних сигналів тривалістю в частки і одиниці наносекунд шляхом візуального спостереження і реєстрації на фотоплівку.
У цих осцилографах застосовується ЕПТ із біжучою - хвилею, смуга пропускання 0...5 ГГц.
Слайд 19

Стробоскопічні осцилографи (С7) мають спроможність досліджувати сигнали пікосекундної тривалості, завдяки застосуванню

Стробоскопічні осцилографи (С7) мають спроможність досліджувати сигнали пікосекундної тривалості, завдяки застосуванню

стробоскопічного методу трансформації масштабу часу сигналу.
Ці осцилографи мають велику чутливість (мВ) і смугу пропускання (до 10 ГГц), проте застосовуються тільки для дослідження періодичних сигналів.
Слайд 20

Запам’ятовуючі осцилографи (С8) мають спроможність зберігати і відтворювати зображення сигналу на

Запам’ятовуючі осцилографи (С8) мають спроможність зберігати і відтворювати зображення сигналу на

екрані після його зникнення на вході осцилографа завдяки застосуванню спеціальних ЕПТ.
Ці прилади в основному призначені для дослідження сигналів, які повільно змінюються і однократних сигналів.
Діапазон інтервалів часу, що вимірюється, в них розширений до десятків секунд.
Слайд 21

Спеціальні осцилографи - це, головним чином, телевізійні осцилографи, призначені для дослідження

Спеціальні осцилографи - це, головним чином, телевізійні осцилографи, призначені для дослідження

телевізійних сигналів.
Більшість осцилографів - прилади з аналоговим опрацюванням сигналу і використанням аналогового методу вимірювання його параметрів.
Слайд 22

У останні роки одержали розвиток осцилографи з цифровою обробкою сигналу і

У останні роки одержали розвиток осцилографи з цифровою обробкою сигналу і

використовуванням цифрових методів вимірювання параметрів сигналу де досліджуваний сигнал і напруга розгортки квантуються за рівнем і дискретизуються за часом.
Для обробки сигналу застосовується цифровий процесор, що усереднює сигнали, складає, віднімає, помножує, поділяє, виконує перетворення Фур’є і т.д. Потім здійснюється цифроаналогове перетворення сигналів і відображення інформації в аналоговій формі. Часто такі осцилографи називають обчислювальними.
Слайд 23

ПИТАННЯ 2 СТРУКТУРНА СХЕМА ЕЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛОГРАФА

ПИТАННЯ 2
СТРУКТУРНА СХЕМА ЕЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛОГРАФА

Слайд 24

Спрощена структурна схема електронного осцилографа, який працює у реальному масштабі часу,

Спрощена структурна схема електронного осцилографа, який працює у реальному масштабі часу,

зображена на рис.2.
Вона містить такі основні вузли:

канал вертикального відхилення променя (канал У);
канал горизонтального відхилення променя (канал X);
канал керування променем по яскравості (канал Z);
калібратор;
ЕПТ з системами фокусування, керування і живлення.

Слайд 25

Слайд 26

На вхідний пристрій каналу вертикального відхилення надходить досліджуваний сигнал. Тому вхідний

На вхідний пристрій каналу вертикального відхилення надходить досліджуваний сигнал. Тому вхідний

ланцюг повинний забезпечувати узгодження параметрів входу підсилювача вертикального відхилення А1 з параметрами ланцюга досліджуваного сигналу.
Щоб можна було досліджувати сигнали з малою амплітудою при наявності великої постійної напруги, у вхідний пристрій вводиться комутуюча розділювальна ємність.
Вхідний пристрій має подільник напруги для розширення границь вимірювання з коефіцієнтом поділу, який змінюються ступенями.
Слайд 27

Попередній підсилювач А1 підсилює досліджуваний сигнал, зберігаючи більше значення відношення сигнал-

Попередній підсилювач А1 підсилює досліджуваний сигнал, зберігаючи більше значення відношення сигнал-

шум у робочому діапазоні частот; узгоджує параметри сигналу з параметрами лінії затримки; перетворює сигнал з несиметричного в симетричний.

Лінія затримки ЛЗ1 забезпечує надходження сигналу на пластини У ЕПТ після надходження напруги розгортки на пластини Х, завдяки чому можна спостерігати фронт досліджуваного імпульсу при синхронізації розгортки досліджуваним імпульсом. Затримка складає приблизно 0,1 мкс.

Слайд 28

Кінцевий підсилювач А2 каналу У підсилює досліджуваний сигнал до значення, достатнього

Кінцевий підсилювач А2 каналу У підсилює досліджуваний сигнал до значення, достатнього

для відхилення променя в межах екрану по вертикалі, при цьому використовується двотактний підсилювач.
Канал горизонтального відхилення променя містить у собі генератор розгортки Г1, кінцевий підсилювач АЗ, пристрій синхронізації і запуску розгортки.
Слайд 29

Генератор розгортки формує напругу, відхилення променя по горизонталі, пропорційно часу, параметри

Генератор розгортки формує напругу, відхилення променя по горизонталі, пропорційно часу, параметри

якої відповідають часу наростання перехідної характеристики каналу і можливостям екрану даної ЕПТ до спостереження повільних процесів.
Генератор розгортки має три режими роботи:
автоколивальний;
режим очікування;
режим однократної розгортки.
Слайд 30

Автоколивальний режим застосовується для спостереження синусоїдальних і імпульсних сигналів з невеликою

Автоколивальний режим застосовується для спостереження синусоїдальних і імпульсних сигналів з невеликою

шпаруватістю.
Сигнали синхронізації (зовнішньої і внутрішньої), що надходять на генератор, забезпечують кратність частоти розгорток частоті досліджуваного коливання.
Слайд 31

Режим очікування використовується при дослідженні імпульсних сигналів з великою шпаруватістю. Генератор

Режим очікування використовується при дослідженні імпульсних сигналів з великою шпаруватістю.
Генератор у

цьому режимі знаходиться в стані готовності до робочого ходу розгортки. При надходженні запускаючого імпульсу, починається робочий хід розгортки. По закінченні робочого ходу розгортки генератор повертається в стан готовності до нового робочого ходу.
Слайд 32

Такий робочий хід починається тільки з приходом нового імпульсу, що запускає

Такий робочий хід починається тільки з приходом нового імпульсу, що запускає

генератор розгортки. Яскравість зображення імпульсу на екрані обернено пропорційна частоті проходження досліджуваних імпульсів. Мінімальна частота проходження визначається світловими параметрами ЕПТ.
Слайд 33

Режим однократної розгортки передбачений у більшості осцилографів. Він призначений для фотографування

Режим однократної розгортки передбачений у більшості осцилографів. Він призначений для фотографування

одиночних сигналів або для їх запам’ятовування. Генератор розгортки знаходиться в стані готовності до робочого ходу. Натисканням кнопки ПУСК генератор запускається черговим імпульсом.
Після робочого ходу розгортка автоматично блокується і не запускається таким імпульсом до чергового натискання кнопки ПУСК.
Слайд 34

Для одержання зображення більш значного масштабу по осі часу, ніж дозволяє

Для одержання зображення більш значного масштабу по осі часу, ніж дозволяє

генератор розгортки, у більшості осцилографів передбачається режим «розтягування» у часі, що досягається збільшенням коефіцієнта підсилення кінцевого підсилювача каналу Х в задане число разів (2, 5, 10).
Звичайно, при роботі в такому режимі зменшується яскравість зображення.
Слайд 35

Кінцевий підсилювач каналу Х за призначенням і побудовою аналогічний кінцевому підсилювачу

Кінцевий підсилювач каналу Х за призначенням і побудовою аналогічний кінцевому підсилювачу

каналу У. Він призначений для підсилення напруги розгортки або зовнішнього сигналу до значення, достатнього для відхилення променя в межах екрану по горизонталі.
Пристрій синхронізації і запуску розгортки призначений для одержання стійкого зображення сигналу на екрані осцилографа. Для цього початок робочого ходу розгортки повинен збігатися з однією і тією же характерною точкою досліджуваного сигналу.
Слайд 36

Канал керування струмом променя (канал Z) служить для встановлення яскравості зображення

Канал керування струмом променя (канал Z) служить для встановлення яскравості зображення

сигналу на екрані ЕПТ, зручної для його спостереження.
Основне призначення каналу Z полягає в підсвічуванні робочого ходу розгортки.
Під час робочого ходу на вхід підсилювача Z подається прямокутний імпульс підсвіту, що виробляється генератором розгортки і після підсилення подається на модулятор або катод ЕПТ.
Слайд 37

Калібратор це генератор сигналу з точно відомою амплітудою і періодом. В

Калібратор це генератор сигналу з точно відомою амплітудою і періодом.
В

ролі каліброваного сигналу частіше всього використовується меандр.
Калібрована напруга подається на вхід осцилографа.
Слайд 38

ПИТАННЯ 3 ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНІЧНОЇ РЕАЛІЗАЦІЇ ОСНОВНИХ ВУЗЛІВ УНІВЕРСАЛЬНИХ ОСЦИЛОГРАФІВ

ПИТАННЯ 3
ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНІЧНОЇ РЕАЛІЗАЦІЇ ОСНОВНИХ ВУЗЛІВ УНІВЕРСАЛЬНИХ ОСЦИЛОГРАФІВ

Слайд 39

Основними нормованими характеристиками осцилографа, обумовленими каналом вертикального відхилення, є : час

Основними нормованими характеристиками осцилографа, обумовленими каналом вертикального відхилення, є :

час наростання

перехідної характеристики каналу вертикального відхилення

смуга пропускання

вхідний опір

чутливість (коефіцієнт відхилення)

Слайд 40

1.Чутливість каналу вертикального відхилення Sу мм/мВ; Sу=SТРуКу·10-3, де SТРу - чутливість

1.Чутливість каналу вертикального відхилення Sу мм/мВ;
Sу=SТРуКу·10-3,
де SТРу - чутливість ЕПТ

до вертикального відхилення, мм/В;
Ку - коефіцієнт підсилення каналу У.
Коефіцієнт відхилення hу , мВ/мм, є величина, обернена Sу.
hу =1/Sу=103 /Ку∙S ТРу = kу 103 /Ку,
де kу - коефіцієнт відхилення трубки, В/мм.
Слайд 41

2. Час наростання перехідної характеристики, смуга пропускання. Часом наростання перехідної характеристики

2. Час наростання перехідної характеристики, смуга пропускання.
Часом наростання перехідної характеристики називається

час, протягом якого промінь проходить від 0,1 до 0,9 сталого значення, рис.3.
Час наростання перехідної характеристики і смуга пропускання - величини взаємно зв’язані. Для одержання неспотвореної форми імпульсу і відсутності викидів падіння посилення в області вищих частот не повинне бути дуже різким.
Слайд 42

Воно повинне складати не більш 6 дБ при дворазовому збільшенні частоти.

Воно повинне складати не більш 6 дБ при дворазовому збільшенні частоти.

При цих умовах τН=350/fВ. Тут τН виражене в нс, fВ - в МГц.
На рис. 3 показаний випадок, коли ця умова порушена. Як слідство, поява викиду на перехідній характеристиці.
Слайд 43

Слайд 44

Смуга пропускання в більшості осцилографів знаходиться в межах від постійного струму

Смуга пропускання в більшості осцилографів знаходиться в межах від постійного струму

(відкритий вхід) або декількох одиниць герц fН (закритий вхід) до верхньої частоти fВ, при якій коефіцієнт підсилення в каналі У зменшується на 3 дБ рис. 4.
Слайд 45

Слайд 46

З особливостей підсилювачів каналу У можна відмітити те, що вихідний каскад

З особливостей підсилювачів каналу У можна відмітити те, що вихідний каскад

має симетричний вихід. На відхиляючі пластини подаються симетричні напруги.
Це робиться для того, щоб потенціал середньої лінії між пластинами залишався рівним нулю. За таких умов електронний промінь у ЕПТ прискорюється тільки напругою анода.
У противному випадку відхиляюча напруга робить додаткове прискорення на промінь, викликаючи спотворення зображення і розфокусування.
Слайд 47

Особливості технічної реалізації основних вузлів каналу вертикального відхилення структурної схеми осцилографа.

Особливості технічної реалізації основних вузлів каналу вертикального відхилення структурної схеми осцилографа.
Вхідний

пристрій осцилографа складається з атенюатора (подільника) і емітерного (катодного) повторювача.
Слайд 48

Рис. 5. Рис. 6.

Рис. 5.

Рис. 6.

Слайд 49

Канал горизонтального відхилення характеризується: - діапазоном каліброваних коефіцієнтів розгортки, що звичайно

Канал горизонтального відхилення характеризується:
- діапазоном каліброваних коефіцієнтів розгортки, що звичайно

розбивається на ряд діапазонів;
- нелінійністю напруги розгортки;
- основною похибкою вимірювання часових інтервалів.
Генератор розгортки виробляє пилкоподібну напругу розгортки.
Незважаючи на різноманіття застосовуваних схем, загальний принцип роботи генератора лінійної розгортки полягає у використанні напруги на обкладинках конденсатора при його заряді і розряді і автоматичному перемиканні заряду на розряд.
Слайд 50

Подібного типу генератори розгортки застосовані в універсальних осцилографах С1-65, С1-68, С1-72.

Подібного типу генератори розгортки застосовані в універсальних осцилографах С1-65, С1-68, С1-72.
Сучасні

універсальні осцилографи мають смугу пропускання до 350 МГц, діапазон амплітуд досліджуваних сигналів - від одиниць мілівольт до сотень вольт.
Слайд 51

В залежності від призначення і області застосування універсальні осцилографи розділяються на:

В залежності від призначення і області застосування універсальні осцилографи розділяються на:
-

багатофункціональні з змінними блоками (С1-70, С1-74, С1- 91),
- широкосмугові (С1-75, С1-92, С1-97),
- низькочастотні (С1-72, С1-76, С1-94),
- двохпроменеві (С1-55, С1-69, С1-74),
- прецезійні (С1-108)
- польові (С1-55, С1-65А, С1-82).