Положение светового пятна на экране зависит от пары напряжений, приложенных к горизонтально – (X) и вертикально – (Y) отклоняющим пластинам. Если на Y-пластины подать переменное, например, синусоидальное, напряжение, то электронный луч начнет колебаться в вертикальном направлении. При достаточно большой частоте колебаний (20-50 Гц) электронный луч оставит на экране трубки светящуюся вертикальную линию (рис.2а). Аналогично, напряжение, поданное на горизонтально отклоняющие пластины – X, даст горизонтальную линию. При одновременном воздействии переменных напряжений на обе пары пластин можно получить различные осциллограммы. Например, подавая на пластины Х и Y два синусоидальных сигнала с определенными соотношениями частот, амплитуд и фаз, можно наблюдать кривые, изображенные на рис.2а, рис.3 - кривые Лиссажу. По этим кривым можно определить соотношение частот и фаз двух сигналов.
разность фаз Dj = n·m(j2 - j1)
Рис. 3 Фигуры Лиссажу для двух синусоидальных сигналов с различными соотношениями частот и фаз:
x = A1cos[m(wt+j1)], y = A2cos[m(wt+j1)]
Если мы хотим наблюдать какой-либо периодический сигнал в зависимости от времени, то для получения его действительной формы Uy = f(t), напряжение Ux должно быть пропорционально времени. Рис.2в: За время t10 точка один раз "пробежала" по синусоиде по экрану – получили однократную осциллограмму. Существуют запоминающие осциллографы - способные фиксировать однократную осциллограмму. В обычных осциллографах для того, чтобы получить неподвижную картину, а не бегающую точку, необходимо, чтобы однократная осциллограмма не менее 10-50 раз в секунду повторялась (это связано с временем послесвечения люминофора и временем релаксации глаза) – и каждый раз приходилась бы на одни и те же точки экрана. Для этого надо:
Рис. 4 Пилообразное напряжение. Во время обратного хода луч гасится.
1 - чтобы линейно возрастающее напряжение периодически повторялось – такое напряжение называется пилообразным (рис.4). Оно вырабатывается специальным генератором, который встроен в осциллограф. В зависимости от поставленной задачи можно пользоваться или этим генератором, или подавать на вход "X" любое необходимое вам напряжение (генератор пилообразного напряжения и блок синхронизации при этом отключается, положение "Х" переключателя режимов развертки);
2 - чтобы частоты пилообразного напряжения и исследуемого сигнала были равны или кратны друг другу (рис.5). Добиться этого ручной регулировкой частоты практически невозможно из-за неизбежной нестабильности как периода развертки, так и периода сигнала. Кроме того, при ручной регулировке периода нарушается временной масштаб и становится невозможным измерение интервалов времени методом калиброванной развертки. Поэтому в осциллографе имеется БЛОК СИНХРОНИЗАЦИИ, выполняющий автоматическую подстройку периода развертки под исследуемый сигнал. Этот процесс – изменение частоты повторения пилообразного напряжения до значения, равного или кратного частоте сигнала Uу - называется синхронизацией. В зависимости от того, как сигнал попадает в блок синхронизации, различают три вида синхронизации: внутреннюю (¨), внешнюю ( £) и от сети.
Рис. 5. а). Образование "бегущей синусоиды" - частота сигнала Uy отлична от частоты повторения пилообразного напряжения.
б). Неподвижная картина: частоты сигналов Uy и Uх кратны.
При внутренней синхронизации исследуемый сигнал поступает на вход "Y" и уже внутри осциллографа разделяется и идет как на вертикально отклоняющие пластины, так и в блок синхронизации. Таким образом, исследуемый сигнал сам управляет разверткой осциллографа (рис.6).
При внешней синхронизации сигнал с входа "Y" идет только на пластины вертикального отклонения, а в блок синхронизации сигнал пойдет с входа "X" - его надо специально подать. Использовать внешнюю синхронизацию целесообразно в случае, если исследуемый сигнал недостаточен по амплитуде или непригоден по форме для синхронизации (например, содержит шумы). Например, мы работаем с сигналом, который как-то преобразуем, и получить качественную неподвижную картинку при внутренней синхронизации от преобразованного "плохого" сигнала не удается (картина дрожит или срывается). Тогда мы на вход "X" подаем исходный "хороший" сигнал, включаем внешнюю синхронизацию и тем самым согласуем частоту повторения развертки с частотой непреобразованного "хорошего" сигнала. Так как его частота точно равна частоте наблюдаемого сигнала, то картина должна стать неподвижной. Внешняя синхронизация также обычно применяется при изучении импульсных устройств, например, ЭВМ, все цепи которых работают синхронно от одного тактового генератора.
Синхронизация от сети обычно используется для проверки узлов приборов, связанных с преобразованием питающего напряжения от силовой сети (трансформаторов, выпрямителей, стабилизаторов и т.д.). В этом режиме в блок синхронизации попадает сигнал от промышленной сети 50 Гц (на вход "X" ничего подавать не надо. Этот сигнал подается ВНУТРИ осциллографа).
разность фаз Dj = n·m(j2 - j1)
Рис. 3 Фигуры Лиссажу для двух синусоидальных сигналов с различными соотношениями частот и фаз:
x = A1cos[m(wt+j1)], y = A2cos[m(wt+j1)]
Рис. 4 Пилообразное напряжение. Во время обратного хода луч гасится.
Рис. 5. а). Образование "бегущей синусоиды" - частота сигнала Uy отлична от частоты повторения пилообразного напряжения.
б). Неподвижная картина: частоты сигналов Uy и Uх кратны.