книги / Электрорадиоизмерения

вибраторы (гальванометры) на растяжках, имеющих несколько десятков витков и магнитное успокоение. Такая конструкция не только повышает чувствительность, но и уменьшает габаритные размеры прибора.

Для расширения пределов измерения напряжения и тока в электро­ механических осциллографах применяют магазины шунтов и добавоч­ ных сопротивлений.

Основными техническими характеристиками электромеханических осциллографов являются: число каналов, диапазон частот, регистри­ руемых прибором, пределы измерения по току и напряжению, скорость движения фотоленты и ее материал (фотопленка, осцилл©графическая бумага), запас фотоленты, источник света, отметчик времени (интерва­ лов).

Примером электромеханического осциллографа промышленного типа является прибор КЮ9, имеющий 20 каналов. Состоит из перенос­ ного осциллографа Н109 с блокам питания П133, магазинов шунтов и добавочных сопротивлений. Пределы регистрации амплитуды тока до 0,5 А и напряжения до 40 В. Снабжен установкой интервалов между

ная лампа и лампа накаливания.

6-3. ЭЛЕКТРОННЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ

а) ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электронный осциллограф в настоящее время является одним из наиболее распространенных радиоизмерительных приборов. Он применяется не только при исследовании радиоэлектронных схем, но также и в других областях науки и техники, использующих методы электроники, например в биологии, медицине и т. д.

Такое распространение и широкое применение электрон­ ного осциллографа обусловлено его универсальностью и на­ глядностью получаемого на экране изображения исследуе­ мого напряжения, а также высокими параметрами при­ бора — большим входным сопротивлением, безынерционностыодо очень высоких частот, высокой чувствительностью и широкополосностью.

Большое входное сопротивление осциллографа обеспе­ чивает минимальное влияние его подключения на электри­ ческий режим исследуемой цепи. Безынерционность элект­ ронного осциллографа позволяет исследовать электриче­ ские процессы в очень широком диапазоне частот, а его высокая чувствительность дает возможность получать осцил­ лограммы напряжения малой амплитуды. Применение широ­ кополосных усилителей вертикального отклонения позво­ ляет исследовать несинусоидальные напряжения, включаю­

щие в себя широкий спектр частот, с минимальными иска­ жениями.

Несмотря на многообразие осциллографов промышлен­ ного типа их упрощенная блок-схема в основном одинакова (рис. 6-4), что объясняется главным его назначением — получать временные диаграммы исследуемых напряжений. Основными элементами схемы являются: электронно-лу­ чевая трубка с электростатическим управлением, каналы вертикального (Y) и горизонтального (X) отклонения луча с соответствующими элементами (делителем и усилителем), генератор развертки, обеспечивающий получение осцилло­ грамм, блок синхронизации для получения устойчивого

Рис. 6-4. Блок-схема осциллографа.

и неподвижного изображения исследуемого напряжения, калибратор для измерения амплитуды напряжения и вре­ менных интервалов, блок питания.

Действие данной схемы, т. е. взаимодействие ее отдель­ ных элементов, будет рассмотрено после изучения принципа работы ее отдельных элементов — генератора развертки, калибраторов и т. д.

Основными техническими показателями электронного осциллографа являются: чувствительность и полоса про­ пускания каналов, входное сопротивление и входная ем­ кость, максимальное напряжение входного сигнала, иска­ жения исследуемого напряжения, виды развертки, погреш-

цилиндра. Изменением величины отрицательного потен­ циала управляющего электрода можно изменять количество движущихся к экрану электронов, т. е. регулировать яр­ кость пятна на экране. Кроме того, управляющий электрод влияет на фокусировку луча. Яркость пятна на экране трубки иногда регулируют изменением потенциала катода относительно управляющего электрода. При регулировке отрицательного относительно катода потенциала управляю­ щего электрода от 0 до примерно 100 В можно изменять яр­ кость пятна от максимальной величины до нуля, когда трубка запирается полностью.

Аноды трубки сконструированы в виде цилиндров и пред­ назначены для создания ускоряющего электрического поля и фокусировки электронного луча. Аноды имеют высокий положительный потенциал относительно катода, причем величина напряжения, подаваемого на второй анод Л2,

и первым анодом А г устанавливается дополнительный анод, связанный электрически со вторым анодом А 2 и предназ­ наченный как экран для устранения взаимодействия между регулировками фокус (Rx) и яркость (R 2). Кроме того, высокий потенциал этого дополнительного электрода уве­ личивает поток электронов.

Между анодами создается неоднородное электрическое поле, действующее на электронный пучок как собиратель­ ная линза, фокусирующая электроны в определенной точке. Осуществляется фокусировка изменением потенци­ ала первого анода. При этом добиваются минималь­ ных размеров светящейся точки на экране диаметром 0,5—1,0 мм.

Второй анод обычно имеет нулевой потенциал относитель­ но земли, т. е. соединяется с корпусом осциллографа, а ка­ тод имеет высокий отрицательный потенциал. Такой спо­ соб подключения питающего напряжения обеспечивает воз­ можность уравнять потенциал второго анода и средние потенциалы отклоняющих пластин.

Для уменьшения влияния изменения потенциала пластин на скорость движения электронов, т. е. яркость пятна, а также для устранения действия на фокусировку вторичных электронов, выбиваемых из экрана, используют трубки с послеускорением. Для' этой цели применяют послеускоряющий анод Л3, представляющий кольцо из графитовой смеси, нанесенной на стекло колбы вблизи экрана. В со­

временных трубках таких дополнительных послеускоряющих анодов может быть несколько.

Послеускоряющий анод А3, увеличивая скорость элект­ ронов после их отклонения полем пластин, повышает яркость изображения. Это позволяет понизить потенциал анода Ао с целью повышения чувствительности трубки, так как электроны при этом пролетают между отклоняющими пластинами с меньшей скоростью и отклоняются на боль­ ший угол.

Для управления электронным лучом, т. е. для его сме­ щения по экрану, в осциллографических трубках исполь­ зуются две пары отклоняющих пластин, имеющие емкость порядка нескольких пикофарад.

Эти пары пластин, расположенные взаимно перпенди­ кулярно, могут отклонять электронный луч по вертикали и горизонтали.

Отклоняющие пластины присоединяются ко второму аноду обычно по симметричной схеме, обеспечивающей равенство потенциалов в поперечной плоскости трубки между вторым анодом и пластинами. В результате измене­ ние напряжений на пластинах не нарушает фокусировку луча.

Отклоняющие пластины присоединены ко второму аноду через сопротивления большой величины. При помощи резисторов /?з и /?4 можно регулировать постоянные откло­ няющие напряжения для первоначальной установки све­ тового пятна на экране трубки. Переменные напряжения на отклоняющие пластины подаются через разделительные конденсаторы.

Установка первоначального положения светового пятна на экране осциллографа, например, по горизонтали объяс­ няется следующим образом. Резисторы /?3 и /?в, имеющие одинаковую величину сопротивления, и часть потенцио­ метра /?4 образуют мост постоянного тока, к одной диаго­ нали которого подается постоянное напряжение питания. С другой диагонали моста снимается напряжение смещения пятна по горизонтали, которое подается на пластины.

равно нулю и световое пятно будет в центре экрана (при соответствующей регулировке положения пятна по верти­ кали). При этом падения напряжения на частях потенцио­ метра /?4 равны между собой и обратны по знаку. При пере­ мещении движка /?4 в каком-либо направлении выходное

напряжение моста будет возрастать и иметь определенный знак. Если же движок перемещать в другом направлении, то оно будет также возрастать, но иметь другой знак.

Следовательно, световое пятно, а соответственно и ли­ ния развертки или осциллограмма будет перемещаться влево или вправо.

Экраном электронно-лучевой трубки служит внутренняя поверхность стеклянной колбы, покрытая слоем химиче­ ского вещества, которое начинает светиться под действием падающего на него электронного пучка. Свечение экрана может продолжаться и спустя некоторое время после уда­ ров электронов. Время послесвечения может быть коротким (менее 10 мс), средним (10—100 мс) и длительным (более 100 мс).

Для получения малых токов в трубке и для экономии мощностей высоковольтного выпрямителя делитель, с по­ мощью которого задаются потенциалы электродов электрон­ но-лучевой трубки, выполняется высокоомным.

Наиболее распространенный цвет свечения экрана осциллографических трубок — зеленый, который меньше утом­ ляет глаз при длительном наблюдении. Реже применяются трубки с синим свечением, предназначенные для фотогра­ фирования изображения с экрана.

Для устранения влияния внешних электрических и маг­ нитных полей на электронный пучок трубку осциллографа обычно помещают в экран.

Одним из основных параметров электронно-лучевой трубки является ее чувствительность, т. е. величина от­ клонения светового пятна в миллиметрах при изменении напряжения на отклоняющих пластинах на 1 В. Она лежит в пределах от 0,1 до 2,0 мм/В. На чувствительность трубки влияют величина анодного напряжения и конструкция

по вертикали hy и чувствительность по горизонтали Av, определяемые обычно при напряжении на втором аноде 1000 В, неодинаковы. Например, для трубки 13Л03И чувствительность пластин, расположенных дальше от эк­ рана, hy = 0,55 мм/В, а чувствительность ближних к эк­ рану пластин hx = 0,45 мм/В.

Размеры экрана трубок могут быть различны, но наи­ большее применение в однолучевых осциллографах полу­ чили трубки с диаметром экрана 13 см.

6-4. ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ РАЗВЕРТКИ

а) НЕПРЕРЫВНАЯ ЛИНЕЙНАЯ РАЗВЕРТКА

Непрерывная линейная развертка используется для получения осциллограммы периодически меняющихся на­ пряжений. При этом к вертикально отклоняющим пла­ стинам трубки подводят исследуемое напряжение, а к го­ ризонтально отклоняющим — напряжение, нарастающее (или убывающее) линейно, т. е. изменяющееся прямо про­ порционально времени.

На рис. 6-6 показана идеальная (рис. 6-6, а) и реальные (рис. 6-6, б и в ) кривые напряжений непрерывной линейной развертки, имеющие пилообразную форму.

Рис. 6-6. Пилообразное напряжение развертки идеальной (а) и реаль­ ной (б и в) формы.

При подведении пилообразного напряжения соответст­ вующей полярности к пластинам X трубки световое пятно из исходного положения будет равномерно смещаться вправо в течение tx до какого-то крайнего положения, а за­ тем быстро возвращаться в свое исходное положение за время /2» в идеальном случае равное нулю.

Если же одновременно с этим к пластинам Y подвести исследуемое синусоидальное напряжение такой же частоты, то на экране осциллографа при идеальной форме развертки получится один период синусоиды (рис. 6-7).

Положения 0,1*2 светового пятна на экране осцилло­ графа в соответствующие моменты времени определяются величинами мгновенных значений исследуемого и разверты­ вающего напряжений.

Если при равенстве частот fu = /р использовать пило­

времени прямого хода tl луча и не превышает 15% периода развертки Тр.

Для получения на экране осциллограммы в несколько периодов необходимо, чтобы частота развертки была в це­ лое число раз меньше частоты исследуемого напряжения

(а период развертки в целое число раз больше периода исследуемого напряжения).

В идеальном случае участок пилообразного напряжения, используемый для развертки, должен иметь строго линей­ ную зависимость от времени, необходимую для получения равномерного временного масштаба по длине линии разверт­ ки на экране осциллографа. При нарушении линейности развертки происходит изменение масштаба времени осцил­ лограммы, т. е. ее искажение.

Например, осциллограммы синусоидального напряже­ ния при Тр = 4ТУ(рис. 6-8) показывают, что для случая использования линейной (рис. 6-8, а) и экспоненциальной (рис. 6-8, б) разверток на экране получается меньше четырех

периодов исследуемого напряжения, так как V4 часть периода Ту затрачивается на обратный ход луча.

При экспоненциальной развертке масштаб времени не­ постоянен, так как скорость возрастания напряжения раз­ вертки, а соответственно и скорость движения светового пятна по горизонтали все время уменьшается. В результате осциллограмма исказится, так как ее первый период будет

Рис. 6-8. Осциллограммы при линейной и экспоненциаль­ ной развертках.

растянут, а последующие будут сжаты. Изображение иссле­ дуемого процесса получается неподвижным, если частота исследуемого процесса в целое число раз больше частоты развертки (рис. 6-9, а). В противном случае начало прямого хода последующего периода не совпадает с началом прямого хода предыдущего периода и осциллограмма движется влево (рис. 6-9, 6) или вправо (рис. 6-9, в) в зависимости от соотношения частот развертки и исследуемого напряжения. На рис. 6-10 показано движение осциллограммы вправо для случая, когДД Тр < Ту.