Сигнал в осциллографе отображается на экране. Но в электрон но-лучевых и в цифровых запоминающих осциллографах эта задача решается принципиально различным путем.
В электронно-лучевых осциллографах экраном является передняя стенка электронно-лучевой трубки (рис. 2), покрытая с внутренней стороны люминофором. Электронный луч, создаваемый электрон ной пушкой и управляемый напряжениями, подаваемыми на две пары пластин – вертикальную Y и горизонтальную Х, – перемещается по люминесцентному покрытию ЛС, "вычерчивая" соответствующую кривую (например, фигуру Лиссажу). Важно иметь в виду, что перемещение луча происходит в реальном времени, т.е. в каждый момент текущего времени его мгновенное положение соответствует именно этому моменту.
Рис. 2. Электронно-лучевая трубка.
1 – Электронная пушка: Н – накал, К – катод, М – модулятор,
А1, А2– первый и второй анод; 2 – горизонтально и вертикально
В цифровых запоминающих осциллографах сигналы предварительно преобразуются в цифровую форму с помощью АЦП (аналого-цифрового преобразователя), т.е. "превращаются" в таблицу дискретных значений, которая сохраняется в памяти, а уж затем воспроизводится на экране. Экраном служит обычный дисплей, подобный дисплею компьютера. Поэтому "картинка" воспроизводится на экране в форме видеосигнала.
В обоих типах осциллографов "картинка" может воспроизводиться на экране либо в непрерывном режиме, либо в режиме одно кратной развертки. При этом в аналоговых электронно-лучевых осциллографах однократный сигнал виден только за счет послесвечения экрана. Поэтому его скоростные возможности резко ограничены по сравнению с цифровыми осциллографами с памятью.
2. Основные функциональные узлы осциллографа 2.1. Генератор развертки
Для наблюдения на экране осциллографа сигнала U = F(t) перемещение "светящейся точки"( На экране электронно-лучевой трубки это действительно светящаяся точка, а на экране жидкокристаллического дисплея – черная (цветная) точка на белом фоне) по оси Y должен вызывать сам сиг нал, и одновременно по оси Х должна осуществляться развертка сигнала по времени. Эту функцию выполняет специальное устройство, называемое генератор развертки.
Развертка по времени в электронно-лучевом осциллографе осуществляется заданием по оси Х (на пластины X) линейно нарастающего напряжения
Uх = kt, что позволяет "прокалибровать" ось Х в единицах времени с характерным масштабом k. Значение масштаба времени k в с/дел (время развертки, приходящееся на одно большое деление шкалы экрана, обычно на 1 см) задается ручкой управления "Развертка" (или "SEC/DIV"). При достижении "светящейся точкой" правого края экрана Uхобнуляется и точка возвращается в исходное положение к левой границе экрана. Затем процесс повторяется. В этом состоит основная функция генератора развертки.
Дополнительные функции и возможности узла генератора развертки. Кроме основной функции – выдавать периодическое линейно нарастающее напряжение, позволяющее "сканировать" светящуюся точку вдоль оси Х от левого края экрана до правого с заданной скоростью (с заданным временем развертки), – данный узел обычно позволяет осуществлять еще следующие режимы работы.
1) Режим ждущей развертки. В этом режиме пилообразное напряжение генерируется не непрерывно, а каждое "сканирование
вдоль экрана (период пилообразного напряжения, см. рис. 1, б) начинается только тогда, когда исследуемый сигнал достигает определенной величины, зафиксированной устройством запуска и синхронизации сигнала (смотри ниже).
2) Режим однократной развертки (одиночный запуск). В этом режиме генератор развертки генерирует только один период пило образного напряжения.
3) Режим развертки внешним сигналом (или режим XY). В этом режиме генератор развертки отключается, а развертка по оси Х осуществляется внешним сигналом. Основное назначение этого ре жима – изображение функциональных зависимостей второго типа U1 = F(U2) (см. рис. 1, в, г).
2.2. Устройство запуска развертки и синхронизации сигнала
Сигналы типа U = F(t) могут быть двух видов: непрерывные (периодические или непериодические) и одиночные.
Одиночные сигналы длятся в течение определенного отрезка времени Δt, и для их наблюдения достаточно, чтобы время развертки было установлено не меньше чем Δt. Наблюдение таких сигналов осуществляется в режимах ждущей, или однократной развертки.
Для наблюдения одиночного сигнала необходимо "запустить" развертку в точно заданный момент времени. Это делается особым устройством запуска и синхронизации развертки. Конструктивно и схемотехнически это устройство может быть совмещено либо с блоком развертки, либо с блоком синхронизации, но его органы управления обычно размещены совместно с органами управления синхронизацией сигнала.
1) Для наблюдения одиночного сигнала нужно:
• выбрать режим развертки – либо "ждущий", либо "одно кратный запуск";
• режим синхронизации – "исследуемым сигналом" или "ручная";
• установить ручкой "уровень" некоторое значение минимального напряжения, при достижении которого сигналом блок синхронизации "запустит" генератор развертки.
2)В случае непрерывного непериодическогосигнала есть возможность отобразить на экране только какую-то его часть во времени. "Начало" выбранной части сигнала задается в виде определенной величины уровня синхронизации, соответствующей напряжению сигнала в этот момент. То есть непериодический сигнал отображается фактически так же, как однократный.
3) Если сигнал периодический, то мы можем отобразить, например, несколько его периодов либо только часть периода. Но если время развертки не кратно периоду сигнала, то при каждом последующем сканировании сигнал будет изображаться на новом месте экрана. При большой частоте развертки сигнал просто "замажет" всю площадь экрана (рис. 3, б). Получить устойчивую картину позволяет блок синхронизации осциллографа. Его функциональное назначение заключается в том, чтобы запускать каждый новый период развертки осциллографа точно в тот момент, когда исследуемый сигнал достигает одной и той же величины и фазы периодического сигнала.
Поясним задачи и суть синхронизации. Пусть, например, исследуемое устройство должно генерировать прямоугольные импульсы с периодом Т, однако в устройстве возникают какие-то "лишние" импульсы (например, из-за "дребезга" контактов переключающего реле – рис. 3, а).
В отсутствие синхронизации сигнал просто "замазывает" экран – рис. 3, б, поскольку каждый новый цикл развертки начинается с произвольной фазы сигнала. Для устранения этого эффекта нужно установить уровень синхронизации, например, по переднему – нарастающему – фронту (точка А), выбрав эту точку выше уровня "лишних" импульсов. Тогда развертка при каждом сканировании экрана будет запускаться только в момент, когда напряжение сигнала достигает значения в точке А, что и обеспечит устойчивую картину сигнала.
Обнаружив на сигнале некоторые "лишние" пики (помехи), мы имеем возможность рассмотреть их более подробно, "растянув" по горизонтали (увеличив скорость развертки). В этом случае выгоднее установить синхронизацию по заднему – нисходящему – фронту импульса (точка Б) и увеличить скорость развертки. На рис. 3, в показан "растянутый" импульс помехи.
Таким образом, синхронизация устанавливается не только по уровню, но и по фронту сигнала (по нарастающему – точка А – или нисходящему – точка Б – фронту).
