Осцилографи, генератори, підсилювачі, датчики

Електронний осцилограф – прилад, який використовується для дослідження періодичних та аперіодичних процесів. За його допомогою можна спостерігати криві періодичного процесу, вимірю­вати напругу, фазу, глибину модуляції.

Блок-схема найпростішого осцилографа представлена на мал. 4.47 і містить: електронно-променеву трубку (ЕПТ); блок живлення (БЖ), генератор горизонтальної розгортки (ГР), який подає пилкоподібну напругу, підсилювач вертикального відхилення (ПідсY), який дозволяє збільшувати амплітуду досліджуваного сигналу, блок синхронізації (БС), дільники напруги.

До складу електронно-променевої трубки, яка являє собою вакуумну колбу, входить ряд електродів (електронна гармата), котрі фокусують пучок на екрані трубки і надають електронам необхідну швидкість (мал. 4.48).

 

Мал. 4.47.

Мал. 4.48.

Крім вказаних електродів, у трубці знаходяться вертикально (Y) і горизонтально (X) відхиляючі пластини, а також електрод А ₃, завдяки якому відводять електрони, що накопичуються на екрані.

Блок синхронізації. Частота генератора не зовсім ста­більна з ряду причин – флуктуації напруги й опору залежно від змін навколишніх умов та інших причин. Джерела досліджуваних сигналів також не стабільні. Це приводить до нестійкості осцилограми. Для усунення цього недоліку генератор горизонтальної розгортки узгоджують з дослід­жу­ваним сигналом, примушуючи їх працювати синхронно. Цю функцію в електронному осцилографі виконує блок син­хро­нізації.

Блок живлення. Забезпечує необхідну постійну напругу на електродах електронно-променевої трубки. До катода трубки прикладається негативна напруга більше 1000 В, а до анода – позитивна напруга до 5 кВ. Блок забезпечує також живлення нитки розжарення електронно-променевої трубки.

Генератор розгортки. Для виявлення на екрані електронно-променевої трубки осцилограм необхідно на горизонтальний вхід ос­цилографа по­да­ти пил­ко­подібну регульовану за амплітудою і частотою на­­пругу. На мал. 4.49 пока­зана така напруга: t ₁ – час наростання напруги, t ₂ – час спаду напруги, Т – період коливання. В іде­­­­аль­ній системі t ₂ дорівнює нулю.

Для спостереження синусоїдальних коливань (напруг) служить неперервна розгортка. Якщо спостерігаються процеси, які повторюються через неоднакові проміжки часу чи мають вигляд аперіодичних або одноразових імпульсів, то тривалість розгортки повинна бути трохи більшою, ніж тривалість досліджуваного сигналу. Такі розгортки називаються очікуючими чи одноразовими. Генератори такої розгортки приводяться в дію за допомогою зовнішньо­го пускового сигналу, під дією якого генератор очікуючої розгортки створює тільки один пилкоподібний імпульс. Часто генератор очікуючої розгортки сам виробляє сигнал, тоді відпадає необхід­ність синхронізації.

Генератор міток часу. Сучасні осцилографи високого класу мають генератор міток часу або калібратор тривалос­ті. Короткі імпульси цього генератора певної частоти підсилюються і подаються на модулятор. Позитивний потенціал модулятора утворює на осцилограмі ряд яскравих точок, негативний – утворює ряд менш яскравих, ніж осцилограми, точок. Точність визначення тривалості процесів зрос­тає зі збільшенням кількості відміток часу на осцилограмі.

Генератор калібрувального сигналу. Щоб вимірювати напругу, необхідно порівняти досліджуваний сигнал із сигналом каліброваної напруги – тобто такої, що має точно визначену величину. Для її отримання в осцилографі існує спеціальний генератор, який працює від стабілізатора напруги. За допомогою калібрувального сигналу визначають ціну поділки Z = U_к (B) /A_к (мм) або, якщо сітка екрана проградуйована, перевіряють правильність роботи приладу. Генератор калібрувального сигналу є не тільки в осцилографі, а і в біль­шості вимірювальних приладів (цифрових вольтметрах, реографах, кардіографах тощо).

Отримання осцилограм. На екрані електронно-проме­невої трубки буде видно вертикальну світну лінію, якщо на вертикально відхилюючі пластини (Х) подати змінну напругу. Якщо змінну напругу подати на горизонтально відхи­люючі пластини (Y), то на екрані трубки буде горизонтальна лінія. Якщо ж змінну напругу одночасно подати на вертикально та горизонтально відхилюючі пластини, то на екрані буде осцилограма, вигляд якої залежатиме від спів­від­но­шення частот, амплітуд і фаз сигналів, які подані на пластини Х та Y.

Для того щоб отримати стійку осцилограму на екрані електронно-променевої трубки, необхідно на Y- пластини по­да­вати дослід­жувану напругу, а на X – пилкоподібну напругу. Частоти цих напруг повинні бути або рівними або кратними одна одній.

Отже, основними параметрами ЕО є:

1. Чутливість S електронно-променевої трубки – відно­шен­ня зміщення електронного променя (в мм) до величини напруги (у Вольтах) на відхиляючих пластинах, якою викликане це зміщення:

S_y = Y / U_у (мм/В); S_х = X/U_х (мм/В).

2. Коефіцієнт підсилення за напругою K, якийдорівнює відно­шен­ню амплітуди напруги на виході до амплітуди вхід­ного сигналу відповідного підсилювача (X чи Y):

.

3. Частотна смуга пропускання підсилювачів.