Общие сведения об осциллографах

Цель работы– понять основные принципы действия осциллографов и научиться использовать их для наблюдения и измерения характеристик элек­трических сигна­лов.

Осциллограф – это прибор для наблюдения формы сигналов и
измерения их амплитудных, фазовых и временных характеристик.
Кроме этого, современные цифровые запоминающие осциллографы
позволяют преобразовывать аналоговые сигналы в цифровую форму, запо­минать их в виде файлов, производить над ними некоторые
математические операции, а также передавать файлы через интерфейс в дру­гие уст­ройства (например, на компьютер) для последующего хранения и об­работки.

О природе исследуемых сигналов. Исследуемые с помощью осциллографа вели­чины могут быть любой природы – ток, магнитное поле, давление, тем­пература, ос­вещенность, перемещение, время и
т.д., но для наблюдения с помощью осциллографа они должны быть
предварительно преобразованы в электрическое напряжение. В
этом смысле мы и будем использовать далее термин "сигнал".

Визуальное наблюдение сигнала производится на экране, который пред­ставляет собой либо экран электронно-лучевой трубки
(электронно-лучевые осциллографы), либо жидкокристаллический
дисплей (цифровые запоминающие осциллографы).

Принцип действия и схемотехника электронно-лучевых и цифровых запо­минаю­щих осциллографов различны, но основное назначение – наблюдение формы сигна­лов и измерение их характеристик –
одинаково. Поэтому основные функциональные узлы и их "регулировки" (органы управления) должны быть схожими, что позволяет
описать их на одном "языке".

Чтобы научиться работать с осциллографом, нужно:

• во-первых, освоить этот "функциональный язык";

• во-вторых, уметь найти на управляющей панели осциллографа нужные функцио­нальные узлы (их органы управления);

• в-третьих, уметь установить их в нужный режим работы.

1. Принцип получения изображения сигнала
на экране

При выборе единого языка описания различных осциллографов
мы будем опираться на их основное функциональное назначение.
Осциллографы предназначены для исследования функциональных
зависимостей двух типов:

• во-первых, зависимостей типа U = F(t), т. е. изменения сиг
нала во времени;

• во-вторых, U1 = F(U₂), т. е. зависимости одной функции U₁
от другой U₂, причем обе функции могут являться, в свою очередь, функциями времени U_1,2 = F(t).

Примеры

1) К задачам первого типа относится наблюдение формы и измерение парамет­ров периодических или одиночных сигналов U(t)
(параметры: амплитуда U_а, период Т, начальная фаза φ₀, угол наклона k и т. д.) (рис. 1, а, б).

2) К задачам второго типа относятся измерения с помощью фигур Лиссажу (рис. 1, в) и получение вольтамперных характеристик
(ВАХ) какого-либо электронного устройства (рис. 1, г).

В первых двух примерах ось Х должна быть прокалибрована в
единицах времени, а ось Y – в единицах напряжения.

В случае фигуры Лиссажу (см. рис. 1, в) оба сигнала U_x и U_у
являются функциями времени (например, сигналами типа U(t), как
на рис. 1, а, сдвинутыми относительно друг друга по фазе).

В случае ВАХ (см. рис. 1, г) обе функции U и I в принципе от
времени могут не зависеть. В общем случае это есть отображение
некоторой "таблицы", состоящей из двух колонок цифровых значений: каждому зна­чению X_k сопоставлено соответствующее Y_k.