книги / Приборы и методы измерения электрических величин.-1

дальнего сигнала — в вольтах. Вольтметр имеет также шкалу, отградуированную в децибелах. Ослабление в децибелах отсчиты­ вается относительно уровня 0,775 В.

По схеме ЕС-генераторов выполнены источники синусоидаль­ ного напряжения низкой частоты марок ГЗ-ЗЗ; ГЗ-34; ГЗ-102.

§ 3.3. Импульсные генераторы

Импульсные генераторы вырабатывают одиночные или периоди­ ческие импульсы прямоугольной формы различной полярности, амплитуды, длительности, частоты следования.

Рис. 3.5. Схема импульсного генератора

Генераторы могут выдавать импульсы с регулируемыми пара­ метрами; несвязанными выходами и независимой регулировкой параметров; опорный и задержанный на определенное время по от­ ношению к опорному. Наиболее широко используют генераторы прямоугольных импульсов, вырабатывающие импульсы (рис. 1.5) обеих полярностей со ступенчатой и плавной регулировкой дли­ тельности, плавной регулировкой амплитуды и частоты следования. Амплитуда генерируемых импульсов меняется от нескольких мил­ ливольт до 150—200 В, длительностью от нескольких наносекунд

ленной на рис. 3.5. Задающий генератор выдает тактовые импульсы, поступающие на схему внешнего и разового запуска. Работая в автоколебательном режиме, задающий генератор обеспечивает плавноступенчатую регулировку частоты повторения импульсов, В режиме внешнего запуска и разового пуска прибора задающий генератор отключается от схемы внешнего и разового запуска. Сформированный по длительности и амплитуде сигнал со схемы

внешнего запуска поступает на схему задержки основного импульса и на схему формирования импульсов синхронизации.

Схема формирования импульсов синхронизации выдает синхро­ импульсы обеих полярностей. Через коммутирующий элемент син­ хроимпульсы поступают на выходное гнездо прибора. Схема за­ держки основного импульса выдает импульс с регулируемым вре­ менным сдвигом, а также обеспечивает режим нулевого временного сдвига основного импульса относительно импульса синхронизации прибора. Импульс с выхода схемы задержки основного импульса запускает схему формирования длительности основных импульсов, которая выдает стартовый и столовый импульсы с регулируемым временным сдвигом между ними. Поступая на схему выходного формирования и регулировки амплитуды, стартовый импульс определяет начало (фронт) выходного основного импульса, а сто­ ловый — его конец (срез). Со схемы формирования длительности основных импульсов на схему выходного формирователя поступает также импульс срыва, совпадающий во времени со стоповым импульсом и обеспечивающий быстрое восстановление схемы вы­ ходного формирователя в исходное состояние. Схема выходного формирователя и регулировки амплитуды обеспечивает формиро­ вание прямоугольных импульсов с максимальной амплитудой, определенной длительностью, частотой повторения на согласован­ ной внешней нагрузке. Выходной импульс может плавно-ступен­ чато регулироваться по амплитуде от 11а до 0,01 11а. Через ком­ мутационный элемент выходной импульс со схемы выходного фор­ мирователя поступает или на выходное гнездо 1:1, или на делители, дополнительно ослабляющие амплитуды импульсов в 10 и 100 раз.

Измерение амплитуды выходных импульсов в пределах плавной регулировки осуществляется с помощью схемы измерителя ампли­ туды в качестве индикатора, в которой используется вольтметр.

Схема питания обеспечивает приборы постоянными стабилизи­ рованными напряжениями и регулируемым напряжением.

По данной схеме выполнен импульсный генератор Г5-54, выра­ батывающий прямоугольные импульсы с максимальной амплиту­ дой IIа = 50 В, длительностью 0,1—1000 мкс; длительностью фронта и среза соответственно 50 нс и 100 нс; частотой повторения 0,01— 100 кГц на внешней нагрузке 500 Ом с параллельной емкостью.

Глава 4 ЭЛЕКТРОННЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ

§ 4.1. Электронные осциллографы общего назначения

Электронный осциллограф предназначен для наблюдения и исследования формы электрических сигналов в диапазоне частот от постоянного тока до десятков мегагерц, путем визуального наблюдения и измерения их временных и амплитудных значений.

Основной элемент электронного осциллографа — электронно* лучевая трубка (ЭЛТ) с электростатическим управлением луча и люминесцирующим экраном. Для преобразования исследуемого сигнала в видимое изображение на экране вертикально и горизон­ тально отклоняющие пластины ЭЛТ перемещают электронный луч

вдвух взаимно перпендикулярных направлениях, которые можно рассматривать как координатные оси. Поэтому для наблюдения на экране электронного осциллографа картины изменения сигнала во времени напряжение этого сигнала подается на вертикально отклоняющие пластины и одновременно электронный луч отклоня­ ется с постоянной скоростью в горизонтальном направлении с по­ мощью линейно-изменяющегося напряжения, приложенного к го­ ризонтально отклоняющим пластинам. Напряжение, отклоняю­ щее луч в горизонтальном направлении, называют развертываю- щим. По окончании цикла развертки развертывающее напряжение принимает первоначальное значение, при этом луч возвращается

висходное положение и цикл начинается сначала. Чувствитель­ ность ЭЛТ мала и для отклонения луча на весь экран требуется довольно большое напряжение (3—200 В). Напряжения исследуе­ мого сигнала и развертки могут быть малыми, поэтому в каналах вертикального (ВО) и горизонтального (ГО) отклонений электрон­ ного осциллографа предусматриваются усилители.

Усилитель вертикального отклонения, на вход которого пода­ ется исследуемый сигнал, должен обладать большим входным сопротивлением и малой входной емкостью, что обусловливает минимальное влияние подключения осциллографа на электрический режим исследуемой цепи; высоким и регулируемым коэффициентом усиления; широкой полосой пропускания.

Полоса пропускания усилителя — диапазон частот, в пределах которого выходное напряжение усилителя падает на 30 % от мак­ симального значения при неизменном входном напряжении. Чем шире полоса пропускаемых частот, тем меньше искажения.

Схема осциллографа изображена на рис. 4.1. Исследуемый сиг­ нал подается непосредственно (вход У открытый) или через раз­ делительный конденсатор (вход У закрытый) на аттенюатор ка­ нала вертикального отклонения осциллографа. При помощи атте­ нюатора устанавливается необходимое ослабление сигнала, что позволяет обеспечить работу, усилителя ВО в режиме минимальных

вырабатывает короткие запускающие импульсы постоянной ампли­ туды независимо от значения и формы приходящего на вход сиг­ нала. Благодаря этому достигается устойчивый запуск генератора развертки.

Для запуска генератора развертки может быть использован внешний сигнал, поданный на вход схемы синхронизации (внешняя синхронизация). Генератор развертки формирует пилообразное линейное напряжение (рис. 4.2) для временной развертки луча ЭЛТ. Время прямого хода луча ^„р много больше времени обратного хода гобр, поэтому период развертки Тр 4 Р-

Выходной сигнал генератора развертки поступает на выходной усилитель ГО, предназначенный для преобразования пилообраз­

и подключается к входу X . Генератор развертки содержит органы регулировки режимов работ и длительности. Он может работать в режиме: а) автоколебательной периодической развертки (схема синхронизации переводится в режим непрерывных колебаний, т. е. на ее вход не подается сигнал); б) ждущей развертки (запуска­ ется только при наличии синхронизирующего сигнала). Схема блокировки обеспечивает работу генератора развертки в автоколе­

угольный импульс подсвета луча, который с усилителя подсвета подается на модулятор ЭЛТ. Длительность его должна совпадать с длительностью нарастающей части развертывающего пилообраз­ ного напряжения и служит для отпирания ЭЛТ при прямом ходе развертки и запирания ее при обратном. В некоторых электронных осциллографах импульс подсвета вырабатывается генератором раз­ вертки.

Для получения яркостных меток времени в ряде осциллографов имеется вход 1. Внешний модулирующий сигнал через конден­ сатор подается на модулятор. Четкость изображения достигается регулировкой яркости и фокусировки луча, для этого на модуля­ тор и аноды ЭЛТ от выпрямителя, питаемого от сети переменного тока, подается высокое регулируемое напряжение. Для повышения точности измерений в состав осциллографа входят калибраторы

напряжения и времени, предназначенные соответственно для про­ верки правильности масштаба вертикальной (в единицах напря­ жения) и горизонтальной (в единицах времени) осей экрана осцил­ лографа. В современных осциллографах в одном калибраторе сов­ мещены калибраторы напряжения и времени. Калибратор выдает прямоугольные сигналы типа «меандр» (рис. 4.3) определенного

=1Лк. Минимальный коэффициент С у

восциллографах обычно равен 0,01 В/дел. Калибровка выпол­

строго калиброванной частоте проверяют длительность калибро­ ванной развертки.

Длительность развертки (коэффициент развертки) Др (Время/дел) — номинальное время, за которое электронный луч пробе­ гает одно деление шкалы на экране ЭЛТ в горизонтальном направ­ лении, т. е. Др = Тр//р, где Гр — определенная длительность раз­ вертки; /р — горизонтальное отклонение луча на определенное расстояние, соответствующее Гр.

При калиброванной частоте сигнала, равной 1 кГц, длитель­ ности развертки I мс/дел на экране появляется изображение, где один период сигнала укладывается в одном делении.

§ 4.2. Основные узлы электронных осциллографов

Канал вертикального отклонения. Канал вертикального откло­ нения электронного осциллографа предназначен для передачи ис­ следуемого электрического сигнала на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. В канал вертикального отклонения входят входное устройство (входная цепь и аттенюатор), усилитель с линией за­ держки.

Входное устройство позволяет расширить пределы измеряемых входных напряжений и обеспечить необходимое входное сопро­ тивление.

По схеме входной цепи различают осциллографы с открытым и закрытым входом. Открытый вход осциллографа (рис. 4.4, а) — вход, при котором сигнал подается непосредственно на аттенюатор и используется для передачи сигнала с постоянной составляющей;

закрытый вход осциллографа (рис. 4.4, б) — вход, при котором сигнал подается через разделительный конденсатор и не пропускает

постоянной составляющей. Входное сопротивление канала состав­ ляет 0,5—2 МОм, а входная емкость 10—50 пФ. Некоторые осцил­ лографы имеют низкоомный вход сопротивлением 50 или 75 Ом.

нения во всем диапазоне полосы пропускания усилителя ВО, почти неизменное большое входное сопротивление и- малую входную ем­ кость при переходе от одного коэффициента деления к другому. Аттенюатор (рис. 4.5, где ЦвхА и Стлхд — соответственно входное и выходное напряжения аттенюатора) состоит из резисторов сопро­

5; 10; 20 В/дел), что позволяет существенно упростить процесс определения значения искомого напряжения. На рис. 4.6 показана лицевая панель осциллографа С1-73.

Усилитель ВО предназначен для преобразования измеряемого сигнала в два противофазных сигнала и усиления их до значения, достаточного для отклонения луча по вертикали на весь экран. Для согласования выхода аттенюатора с входом предварительного усилителя служит входной каскад, выполненный по схеме истокового (катодного, эмиттерного) повторителя. Истоковый повтори­ тель обеспечивает большое входное сопротивление и малую вход­ ную емкость. С выхода истокового повторителя исследуемый сиг­ нал поступает на балансный усилитель с обратной связью, обла­ дающий хорошей стабильностью и широкополосностыо, большим входным и малым выходным сопротивлениями. Одно плечо трех­ каскадного балансного усилителя нагружено на линию задержки, а со второго плеча снимается сигнал для внутренней синхронизации.

Рис. 4.6. Лицевая панель осциллографа С1-73

Линия задержки представляет собой однопроводный коаксиаль­ ный кабель или искусственные длинные линии. Коаксиальный ка­ бель с волновым сопротивлением порядка 800—1000 Ом обеспечи­ вает задержку исследуемого сигнала примерно на 200 нс.

Выходным каскадом является парафазный усилитель, создаю­ щий на отклоняющих пластинах два симметричных противофазных напряжения и обеспечивающий малое выходное сопротивление. Парафазный усилитель при любом значении выходного сигнала создает неизменный потенциал средней линии между пластинами, что предотвращает появление нелинейных искажений в осцилло­ грамме сигнала, улучшает фокусировку.

В осциллографах имеется возможность подачи исследуемого сиг­ нала непосредственно на пластины.

Канал горизонтального отклонения. Канал горизонтального отклонения предназначен для формирования синхронного с иссле­ дуемым сигналом линейно-изменяющегося напряжения с амплиту­ дой, достаточной для отклонения луча ЭЛТ на весь экран по гори­ зонтали. Канал горизонтального отклонения состоит из схемы

синхронизации, генератора развертки, выходного усилителя ГО, усилителя подсвета.

Генератор развертки предназначен для формирования линейноизменяющегося (пилообразного) напряжения, синхронного с иссле-

дуемым сигналом. Развертывающее напряжение, вырабатываемое генератором развертки, обеспечивает горизонтальное перемещение луча с постоянной скоростью.

Развертка — линейное перемещение электронного луча, или создаваемый им след на экране. Развертывающее напряжение должно иметь высокую линейность при прямом ходе луча, быстрый

4.7) определяют продол­ жительность замкнутого или разомкнутого состояния коммутато­ ра В, а следовательно, длительность или частоту развертываю­ щего напряжения. Для изменения диапазона длительности или частоты развертки обычно предусматриваются набор конденсато­ ров и переменный резистор — для плавной регулировки внутри диапазона.

Генераторы развертки могут быть релаксационного и интегри­ рующего типов, выполняться на ионных приборах, электронных лампах, транзисторах и интегральных схемах. Генераторы раз­ вертки, выполненные на транзисторных и интегральных схемах,

используются в полупроводниковых осциллографах. Их достоин­ ства — малые потребление энергии, габариты и масса. Генераторы развертки, выполненные на электронных лампах, используют , в широкополосных, универсальных и скоростных осциллографах. Генераторы развертки должны иметь высокую линейность пило­ образного напряжения. Коэффициент нелинейности, выражающий относительное изменение скорости нарастания напряжения в на­ чале и конце прямого хода, должен быть не более 1—3 %. Требо­ вание высокой линейности пилообразного напряжения вызвано тем, что в осциллографах применяется калиброванная развертка, при которой определенному горизонтальному отклонению луча 1р соответствует строго определенная длительность развертки Д р. Пределы изменения пилообразного напряжения ир могут точно фиксироваться (рис. 4.9). Фиксированному 1 /р соответствует опре­ деленное время развертки Тр, что позволяет калибровать времен­

ной масштаб.

С длительностью развертки Д р = ТрПр связано понятие ско­ рости развертки (дел/время) — пути прямого хода луча в единицу

исследовании отдельных участков сигнала.

При исследовании импульсов большой скважности импульс за­ нимает малую долю развертки, поэтому плохо просматривается на экране осциллографа. Если период развертки выбрать равным периоду повторения импульсов Тр = Т, 1Н Тр, то изображение импульса на экране получится очень сжатым. Если же период развертки выбрать в несколько раз короче, чем период повторения исследуемого импульса Тр <; Т, то импульс наблюдается на экране, но он будет бледным по сравнению с линией развертки, которая прочерчивается несколько раз за одно его появление. Импульс хорошо наблюдается на экране, если развертка ждущая.

Чтобы иметь возможность полностью наблюдать на экране импульс и его фронт, необходимо поступление импульса на пла­ стины несколько задержать по отношению к началу нарастания развертывающего напряжения, что и выполняет линия задержки (см. рис. 4.1).

Схема синхронизации предназначена для принудительного гене­ рирования напряжения генератором развертки с частотой, равной или кратной частоте исследуемого сигнала, т. е. /р = //л. В схеме синхронизации сигнал любой формы и полярности преобразуется