Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

В типовых электронных осциллографах почти всегда использу­ ется линейная развертка времени, вследствие чего генератор ли­ нейно изменяющегося напряжения обычно входит как составная часть в схему осциллографа. Однако в ряде случаев бывает целесо­ образно применить другие специальные виды разверток.

Для изучения однократных, непериодических и импульсных явлений, которые неудобно или невозможно наблюдать при помощи непрерывной линейной развертки, пользуются так называемой ждущей разверткой. Эта развертка представляет собой разновид­ ность линейной развертки, при которой напряжение на пластины оси времени подается только при наличии исследуемого сигнала. Ско­ рость развертки может регулиро­ ваться (обычно ступенями) в ши­ роких пределах и подбирается в соответствии с длительностью ис­ следуемого явления. Схема по­ строена таким образом, что при отсутствии пускового импульса электронный луч заперт отрица­ тельным напряжением. В момент подачи пускового импульса элек­ тронный луч отпирается и светя­ щееся пятно, появившееся на экра­ не, начинает перемещаться под дей­ ствием напряжений сигнала и ли­

нейной развертки. В момент окончания развертки, когда начинается возвратное движение луча, напряжение на сетке трубки скачком возвращается к исходному значению, луч запирается и светящееся пятно исчезает с экрана вплоть до поступления нового пускового импульса. Пусковые импульсы могут поступать либо от внешнего генератора импульсов, либо от местного генератора переменной частоты. Очевидно, что продолжительность пускового импульса должна быть меньше одного периода развертки. Генераторы ждущей развертки обычно наряду с генераторами линейной развертки вхо­ дят как составной элемент в схему осциллографа.

Большой интерес представляет круговая, или кольцевая, раз­ вертка, которая получается путем подачи на две пары отклоняющих пластин синусоидальных напряжений, одинаковых по величине, но сдвинутых по фазе относительно друг от друга на 90°. Отклонения пятна на экране в направлении осей х и у определяются параметри­ ческими уравнениями:

где Su и Um с соответствующими индексами представляют собой чувствительность и амплитуду напряжения по осям. Значения

209

Umx 11 Um подбираются таким образом, чтобы соблюдалось условие

& UxUmx ~~ ^UyUmy ~~В.

Тогда, возводя в квадрат оба параметрических уравнения и складывая чіх с учетом, что sin2 at -f- cos2co£ ~ 1, получим уравне­ ние, описывающее траекторию движения пятна по экрану, в виде:

х* - j - y2--=R2,

что, как известно, представляет собой уравнение окружности с радиусом равным R.

Круговую развертку удобно применять при наличии специаль­ ной трубки, имеющей дополнительный электрод в виде металличе­ ского стержня, впаянного в центре экрана. Наблюдаемый сигнал прикладывается между дополнительным электродом и ускоряющим

Рис. 142. Схема для получения круговой развертки и ос­ циллограмма колебании при подаче сигнала на радиальный электрод: а — схема; б — осциллограмма

анодом, создавая радиальные перемещения луча. Круговая развертка может быть использована также и в осциллографе с обычной труб­ кой. В этом случае наблюдаемое напряжение либо модулирует на­ пряжение развертки на одной из пар отклоняющих пластин, либо подается в цепь сетки электроннолучевой трубки, модулируя яр­ кость пятна и создавая тем самым ряд разрывов на осциллограмме.

Схема для получения круговой развертки и осциллограмма на экране осциллографа при использовании трубки с радиальным электродом показаны на рис. 142, а а б.

Достоинствами круговой развертки являются удлиненная линия времени и отсутствие обратного хода. Эда развертка чаще всего при­ меняется для измерения фазовых соотношений и соответственно про­ межутков времени.

Существенным недостатком обычных электронных осциллографов является невозможность одновременного наблюдения нескольких кривых. Этот недостаток устраняется применением многолучевых трубок. Особенностью таких трубок является то, что они имеют не одну, а несколько систем фокусирующих и отклоняющих элект­ родов. В остальном действие их ничем не отличается от действия трубок, рассмотренных выше.

210

которые подают па пластины вертикального отклонения попере­ менно несколько испытуемых напряжений. Если частота переклю­ чений будет достаточно велика, то глаз воспримет на экране не­ сколько изображений одновременно. Переключатели могут иметь самое разнообразное оформление. Чаще всего применяются переклю­ чатели в виде электронных схем, называемые электронными пере­ ключателями. Обычно они выполняются для попеременного вклю­ чения пластин осциллографа в две различные цепи. Такие схемы представляют собой совокупность двух усилителей с общей нагруз­ кой и переключающего устройства, управляющего их работой. IIa вход усилителей подаются исследуемые напряжения, выходные на­ пряжения усилителей подводятся к вертикальным отклоняющим электродам. Переключающие устройства в большинстве случаев вы­ полняются по принципу мультивибратора.

Электронные переключатели, как правило, не входят в схему осциллографа, а изготовляются в виде отдельных приставок. При­ менение этих приборов сильно ограничено, так как они работают достаточно надежно только при невысоких частотах переключений и, следовательно, позволяют наблюдать лишь сравнительно медлен­ ные и преимущественно периодические процессы.

Широкое развитие импульсной техники потребовало соответст­ венно развития и совершенствования импульсных измерений. Эти измерения обладают рядом специфических особенностей, определяе­ мых в основном чрезвычайно малой длительностью процессов при прохождении коротких импульсов, большим содержанием гармо­ ник и разнообразием форм импульсных явлений, не позволяющим во многих случаях измерить количественные параметры импульса без визуального наблюдения его формы. Эти специфические особен­ ности обусловили роль электронного осциллографа как основного прибора для импульсных измерений и привели к созданию специаль­ ных типов осциллографов.

К импульсным осциллографам предъявляются высокие требова­ ния, и поэтому они являются более сложными и точными приборами, чем низкочастотные осциллографы лабораторного типа. Импульс­ ные осциллографы имеют намного большую ширину полосы пропу­ скаемых частот, меньшие входные емкости, значительно более высо­ кую частоту линейной развертки и содержат ряд дополнительных элементов, важнейшими из которых являются генератор ждущей развертки, генератор меток времени и канал электрода, управляю­ щего яркостью луча.

Осциллографы этого типа всегда имеют оба вида линейной раз­ вертки — периодическую и ждущую, и поэтому являются универ­ сальными приборами, предназначенными для исследования как пе­ риодических, так и непериодических процессов. Оценивать качество широкополосных усилителей, применяемых в импульсных (универ­ сальных) осциллографах, удобно по переходной характеристике (рис. 143), показывающей искажение идеального прямоугольного импульса при прохождении его через усилитель. Основными пара­ метрами переходной характеристики являются время нарастания

211

фронта, обычно измеряемое на участке от 0,1 до 0,9 амплитуды им­ пульса, спад плоской вершины и выбросы. Спад и выбросы изме­ ряются в процентах от амплитуды. Величина выбросов в усилителях для осциллографов обычно очень мала. Искажениями фронта им­ пульса можно пренебречь, если время нарастания для усилителя меньше Ѵ5 времени нарастания исследуемого колебания. Это озна­ чает, что если усилитель осциллографа имеет время нарастания переходной характеристики, например, 0,04 мкс, то с его помощью можно исследовать импульсы с временем нарастания фронта 0,2 мкс и выше. Искажение, вносимое спадом переходной характеристики, легко может быть учтено путем вычитания этого спада из спада вер­ шины импульса на осциллограмме. К усилителям для импульсных

осциллографов предъявляются также весьма жесткие требования в отноше­ нии линейности амплитудной характе­ ристики.

Если изучается неуправляемое яв­ ление (например, случайно возникаю­ щие импульсы), то запуск генератора ждущей развертки осуществляется са­ мим исследуемым напряжением. При этом происходит запаздывание разверт­ ки, так как для включения ее необхо­ димо, чтобы напряжение сигнала до­ стигло некоторой критической вели­

чины. Таким образом, начальные стадии процесса остаются вне наблюдения. Для того чтобы избежать этого, в усилительный канал осциллографа вводится линия задержки, ^компенсирующая запазды­ вание начала развертки. Время задержки этой искусственной линии обычно составляет несколько десятых микросекунды. В случае когда начало исследуемого процесса фиксировано и определяется внешним воздействием, последнее используется также и для одно­ временного включения развертки. Обычно в импульсном осцилло­ графе имеется устройство для создания переменной задержки вре­ мени. Подавая пусковой импульс на генератор развертки через это устройство и подбирая ту или иную выдержку времени, можно детально наблюдать любой желаемый участок исследуемого про­ цесса.

Часто бывает удобно пусковые импульсы, включающие исследуе­ мый процесс и развертку, вырабатывать в самом осциллографе. Этим обеспечивается надежная синхронизация развертки и наблю­ даемых колебаний. Современные высококачественные осциллографы содержат генератор пусковых импульсов, обычно представляющий собой блокинг-генератор со схемой формирования импульсов тре­ буемого вида. Импульс для пуска развертки, или импульс для вклю­ чения источника изучаемых сигналов, может быть подан через уст­ ройство переменной задержки времени. Таким образом можно полу­

212