Выбор осциллографа. Когда хотят проанализировать работу схемы с помощью осциллографа, то прежде всего определяют, какой из имеющихся приборов подходит в данном случае. Для этой цели можно воспользоваться описанием каждого прибора, выполненным заводом-изготовителем, где указаны его основные характеристики.
Рис. 7. Блок-схема осциллографа
Условия успешного осциллографирования. Перед рассмотрением какого-либо процесса желательно представить себе, каким он должен быть в идеальном случае. Тогда изображенные на экране отклонения от нормы позволят судить о работе узла или устройства в целом. Осциллографирование нужно проводить в определенной последовательности, идя по пути прохождения сигнала в устройстве, и не только фиксировать результаты наблюдений и измерений, но и стремиться найти причину замеченных отклонений. Осциллограф устанавливают так, чтобы экран был затенен, чтобы изображение можно было наблюдать при пониженной яркости луча. Наблюдение при большой яркости вредно для ЭЛТ и искажает осциллограмму из-за большой толщины линии изображения. Иногда для наблюдения полезно применять светофильтры, повышающие контрастность изображения.
Органы управления осциллографа. Перед тем как использовать осциллограф, надо изучить, например, с помощью описания прибора назначение основных органов управления осциллографа данного типа и их расположение на панелях прибора.
На рис. 8 изображена лицевая панель осциллографа общего назначения С1-68. Органы управления и присоединения, расположенные на лицевой панели, предназначены: тумблер «сеть» —
Рис. 8. Лицевая панель осциллографа CI-68 общего назначения и расположение на ней органов управления
для включения и выключения прибора; ручка «яркость» — для установки необходимой яркости луча; ручка «фокус» — для фокусировки луча ЭЛТ; шлиц «астигматизм» — для устранения астигматизма ЭЛТ; ручка «освещ. шкалы» — для регулировки освещения шкалы.
Усилитель «У»: ручка переключателя « ; ~» — для выбора открытого или закрытого (для постоянного напряжения) входа усилителя; гнездо « » — для подачи исследуемого сигнала на усилитель; большая ручка переключателя «V/cm, mV/cm» — для переключения входного аттенюатора (регулирует чувствительность усилителя по оси У) по диапазонам; малая ручка переключателя «усиление» — для плавной регулировки-чувствительности усилителя; ручка, обозначенная « » — для перемещения луча по вертикали; ручка «балансир» — для балансировки усилителя; шлиц « » — для калибровки чувствительности усилителя; тумблер, обозначенный «X1»—«X10»— для загрубления чувствительности усилителя.
Развертка: переключатель « X, X1, Х0,2» — для пятикратного растяжения и подключения входа X; гнездо « X» — для подачи внешнего сигнала на входной усилитель горизонтального отклонения; ручка « » — для перемещения по горизонтали; большая ручка сдвоенного переключателя «время/ст» и малая ручка «длительность»—для регулировки длительности-развертки; ручка «стаб.»—для выбора режима работы генератора развертки (ждущий, автоколебательный).
Синхронизация: ручка переключателя вида синхронизации
-«от сети, внутр., внеш. —1:1, 1:10»—для установки внутренней или внешней синхронизации с делителем и без делителя напряжения, а также для синхронизации от питающей сети;
ручка переключателя полярности синхронизации «±, , ±, ~»—для установки открытого или закрытого (по постоянному напряжению) входа синхронизации и выбора ее полярности .(полярности синхронизирующих импульсов); ручка «уровень» — для выбора уровня запуска развертки (регулирует амплитуду :импульсов, подаваемых на генератор развертки, необходимую дляего запуска); гнездо « внеш.» — для подачи внешнего сигнала синхронизации; гнездо калибратора « 2кНz100mV» — с него выдаются импульсы заданной полярности, частоты следования и амплитуды.
Органы, расположенные на боковых стенках прибора (на рис. 8 не приведены), предназначены на правой стенке — потенциометры «калибровка длительности» — «X1», «Х0,2» — для калибровки длительности развертки; гнездо калибратора «1V» — для выхода калибровочного напряжения; тумблер «—, »—для переключения режима работа калибратора; гнездо « » — для вывода пилообразного напряжения генератора развертки; гнезда «Пластины X», тумблер «Вкл.»—для подачи внешних отклоняющих напряжений; потенциометр «Уст. линии луча» — для совмещения линии развертки с линиями шкалы.
На левой стенке прибора — гнезда «Пластины X», тумблер «Вкл.»—для подачи внешних отклоняющих напряжений на пластины X; шлиц «балансир грубо»—для балансировки усилителя У.
На задней стенке прибора — разъем«сеть» — для подсоединения кабеля питания; тумблер «220V, 115V»—для переключения величины питающего напряжения; гнезда « Z,» — для подключения внешней модуляции яркости луча; зажим « » — для заземления прибора.
Подготовка к измерениям. Перед включением прибора органы управления установите в следующие положения: «яркость» — в среднее; «фокус» — в среднее; переключатель входа « , ~»— в положение « »; переключатель аттенюатора «V/cm, mV/cm»— в 2тV/сm; «усиление»—в положение крайнее правое (калибр»); тумблер «Х10, X1»—в положение «X10»; « », « » — в положение среднее; «балансир.»—в среднее; тумблер «сеть»— выключено; тумблер « X, X1, Х0,2»—в положение «X1»; «время/ст»—«0,5 /ms»; «длительность» — в крайнее правое («калибр») ; «стаб.» — в крайнее правое; «уровень» — в среднее; тумблер « , —», расположенный на правой стенке, — в положение « »; тумблеры «Вкл.» переключения пластин (на боковых стенках) — в положение выключено; переключатель вида полярности синхронизации «—, +, , ~» — в положение«+, —,—»; переключатель вида синхронизации «от сети, внутр., внешн.» — в положение «внутр.».
Проверив соответствие положения тумблера «220V, 115V» напряжению сети, подсоедините кабель питания к разъему «сеть» (задняя стенка) и включите его в сеть. Тумблером «сеть» (лицевая панель) включите прибор. При этом должна загореться сигнальная лампочка.
Если линия развертки не совпадает с горизонтальными линиями шкалы экрана, то потенциометром «уст. линии луча» добейтесь этого.
Отрегулируйте через 2—3 минуты после включения яркость и фокусировку линии развертки с помощью ручек «яркость», «фокус» и шлицы «астигматизм».
Переместите луч в пределы рабочей части экрана ручками « » и « ». После прогрева прибора (до 15 минут) сбалансируйте УВО. Для этого: а) установите тумблер «X10, X1» в положение «X10» и ручкой « » установите луч в центре экрана; б) установите тумблер «X10, Xl» в положение «X1» и ручкой «балансир.» снова установите луч в центре экрана; в) повторяйте эти операции до тех пор, пока линия развертки перестанет перемещаться при переключении тумблера «X10, X1».
Произведите калибровку чувствительности УВО и длительности развертки. Для калибровки используется точный и стабильный по амплитуде и частоте собственный сигнал калибровочного напряжения размахом 100мВ±1,5%, 1В±1,5% и частотой 2 кГц±1,5%, который следует подавать на вход осциллографа (« » и « » соответственно. Калибровка чувствительности УВО производится при крайнем правом положении ручки «усиление», а калибровка длительности развертки — при крайнем правом положении ручки «длительность» (плавно).
Положение аттенюатора «V/cm, mV/cm», тумблера«X1,X10» выбирается так, чтобы размер изображения по вертикали составлял 50 или 20 мм (если предполагается в дальнейшем исследовать сигналы малой амплитуды).
Положение переключателя развертки «время/ст» — 0,5 ms. При калибровке в положении «0,5ms» «Xl» необходимо совместить 8 периодов калибровочного сигнала с вертикальными линиями шкалы, а при использовании множителя «Х0,2»—установить период калибровочного сигнала на пяти делениях горизонтальной шкалы экрана соответствующим потенциометром калибровки.
Отрегулируйте ручкой «освещ. шкалы» яркость подсвета делений шкалы экрана ЭЛТ. Прибор готов к работе. Теперь обсудим конкретные приемы работы с ним.
1. Измерение амплитуды исследуемых сигналов
Подайте на гнездо « » исследуемый сигнал. В подавляющем большинстве случаев переключатель входа « » устанавливают в положение « ». Положение «~» используют лишь тогда, когда постоянная составляющая сигнала "много больше переменной (чтобы исключить эту постоянную составляющую). Ручка «усиление» должна находиться в крайнем правом положении. Установите переключателем «V/cm, .mV/cm» величину изображения по вертикали в пределах рабочей части шкалы, но не меньше 2 см. Для отключения развертки переключатель « , X1, Х0,2» поставить в положение « ». Совместите при помощи ручек « » и « » изображение сигнала (вертикальную линию) с делениями вертикальной шкалы и отсчитайте размер изображения по вертикали в делениях (см).
Величина исследуемого сигнала в вольтах равна произведению измеренной величины в см, цифровой отметки переключателя «V/cm, mV/cm», значения множителя «X1— Х10». При работе с выносным делителем 1:10 результат умножается на 10.
2. Измерение временных интервалов и исследование формы сигнала
Сначала можно попытаться получить устойчивое изображение сигнала в режиме непрерывной развертки. Для этого необходимо при отсутствии сигнала на входе У повернуть ручку «стаб.» так, чтобы на экране появилась линия развертки (переключатель « X, X1, Х0,2» в положении «X1»).
Подача исследуемого сигнала на осциллограф производится так же, как и в предыдущем случае. Перед измерением установите ручку «длительность» в крайнее правое положение (в этом положении развертка калибрована).
Если известна длительность исследуемого процесса (приблизительно по порядку величины), то установите положения переключателя «время/см и множителя «X1», «X0,2». Для исключения больших погрешностей измерений надо, чтобы измеряемый интервал занимал не менее 30 мм горизонтальной шкалы. Если длительность исследуемого процесса вообще не известна, то подбирают положение переключателя «время/см», множителя «1», «0,2».
Чтобы изображение было устойчивым на экране, развертку надо синхронизировать. При синхронизации исследуемым сигналом ручку переключателя вида синхронизации устанавливает в положение «внутр.», переменным напряжением сети — в положение «от сети», внешним сигналом, подаваемым на гнездо « внеш.», —в положение «внеш.». Поворачивайте ручку «уровень» до получения устойчивого изображения. Если этого сделать не удается, то добейтесь устойчивого изображения незначительным поворотом ручки «стаб.».
Если в режиме непрерывной развертки не удается добиться синхронизации (например, в случае одиночного импульса малой длительности), то переходят к ждущему режиму работы развертки. Для этого ручку «стаб.» вращают влево до положения, в котором развертка срывается (т. е. нарушается автоколебательный режим работы генератора развертки). Затем поворачивают ручку «уровень» до появления устойчивого изображения.
Измеряемый временной интервал определяется произведением длины измеряемого интервала по горизонтали на экране в делениях шкалы (в см), значения длительности развертки и ее множителя.
Измерение временных интервалов можно производить при помощи яркостных меток известной длительности и периодом следования. Для модуляции луча используется синусоидальное или импульсное напряжение, которое подается к гнездам « Z», находящимся на задней стенке прибора. Чтобы эти метки были неподвижны, синхронизация развертки делается тем же сигналом. Произведение периода модулирующего сигнала на число меток на интересующем участке сигнала на экране ЭЛТ дает длительность этого участка.
3. Измерение частоты
Частоту сигнала можно определить, измерив его период Т,
Подсчитывается расстояние в делениях шкалы (в см) целого-числа периодов сигнала, укладывающихся наиболее близко к восьми делениям шкалы. Тогда искомая частота сигнала равна
где п — количество периодов; l — расстояние в делениях шкалы, занимаемое измеряемым участком; — длительность развертки.
Другим методом измерения частоты является метод сравнения неизвестной частоты с эталонной по фигурам Лиссажу. В этом случае на усилитель вертикального отклонения (вход. « ») подают сигнал, частоту которого надо измерить, а на усилитель горизонтального отклонения (вход. « X» — сигнал генератора образцовой частоты, которую регулируют (изменяют) до появления на экране ЭЛТ устойчивой картины — фигуры Лиссажу. Методика определения частоты с помощью фигур Лиссажу уже была описана в п. 3 (см. рис. 4).
Возможно также определение частоты с помощью яркостных меток, получаемых путем подачи эталонной частоты, кратной с исследуемым сигналом, на гнездо « Z».
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Порти с А. Физическая лаборатория — М.: Наука, 1978. — 320 с.
2. Мальцев Е. В. Электронный осциллограф и его применение — М.: Энергия, 1969.—72 с.
3. Н о в о п о л ь с к и и В. А. Как работать с осциллографом.— М.: Энергия, 1978.—136 с.
4. Новопольский В. А. Электронно-лучевой осциллограф — М.: Энергия, 1969.—424 с.
5. Осциллограф универсальный С1- 68. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Альбом № 1, 1979.
