книги / Электрорадиоизмерения

вертикального отклонения. Ручкой Усиление добиваются необходимых для наблюдения размеров изображения. За­ тем вместо измеряемого напряжения при том же усилении подается на вход усилителя калибровочный сигнал UKt который регулируется, так чтобы его осциллограмма имела такие же размеры по вертикали, как и размеры осцилло­ граммы исследуемого напряжения Uу. При этом

где К — отсчет по шкале делителя (1,10 или 100);

UK— отсчет калибровочного напряжения по шкале дей­ ствующего значения синусоидального напряжения при измерении синусоидального напряжения и по импульсной шкале при измерении амплитуды импульса.

Рис. 6-36. Осциллограммы исследуемого импульсного напряжения и калибровочного сигнала.

Если амплитуду калибровочного напряжения нельзя сделать равной измеряемому напряжению, то напряжение определяется по формуле

где а — величина изображения исследуемого синусоидаль­ ного или импульсного напряжения; b — величина изобра­ жения калибровочного напряжения (рис. 6-36, б).

В практике измерений калибровочный сигнал обычно не развертывают в осциллограмму, а получают его изображе­ ние в виде вертикальной линии. Это обеспечивает быстрый

инаиболее точный отсчет.

Внекоторых осциллографах, использующих аналогич­ ный метод измерения напряжения, калибратор амплитуды

выполнен по схеме мультивибратора, нагруженного на катодный Повторитель, в цепь катода которого включен ступенчатый делитель. Выходное напряжение калибратора имеет частоту порядка 1 кГц и форму напряжения, близкую К меандру.

Калибратор длительности осциллографа служит для измерения коротких промежутков времени — длительности импульсов, времени нарастания их фронтов, периодов колебательного процесса и т. д., что имеет большое значение при исследовании импульсных напряжений, а также раз­ личных периодических и непериодических процессов.

На рис. 6-37 показаны основные параметры импульса и его осциллограмма при включении калибратора длитель­ ности.

Калибратор длительности представляет собой устрой­ ство, вырабатывающее метки времени, которые наносятся

тового пятна по яркости путем подачи напряжения от калибратора на сетку или катод трубки осциллографа.

Калибратор длительности может быть выполнен по схеме генератора синусоидальных колебаний с ударным возбуж­ дением. Принцип работы такого генератора поясняется его простейшей схемой и графиками, приведенными на рис. 6-38.

Если на вход лампы, т. е. на ее управляющую сетку, по­ дать импульс отрицательной полярности и соответствующей амплитуды, то лампа в момент времени tx закроется и от­ ключит от источника анодного питания контур, в котором образуются свободные затухающие колебания с частотой!, определяемой параметрами контура.

После окончания импульса, т. е. в момент времени i2. лампа открывается и к контуру подключается внутренне^ сопротивление лампы и сопротивление резистора R u в ре­ зультате чего колебания в контуре быстро затухают. На­

пряжение с контура калибратора снимается через конден­ сатор Ci для модуляции светового пятна трубки по яркости.

Для увеличения анодного тока лампы, а следовательно, и запаса энергии колебательного контура генератора при отсутствии на входе схемы отрицательного запускающего импульса на сетку лампы иногда подают вместо отрицатель­ ного смещения положительное напряжение источника анод­ ного питания через гасящее сопротивление. Однако при этом амплитуда закрывающих лампу импульсов должна быть больше.

Рис. 6-38. Простейшая схема калибратора длительности (а) и графики (б), поясняющие его работу.

На рис. 6-39 изображена принципиальная схема калиб­ ратора длительности осциллографа С1-5, выполненного также по схеме генератора ударного возбуждения.

В цепь катода лампы Л г переключателем включается один из шести колебательных контуров. Отрицательный импульс, поступающий из схемы развертки, закрывает лампу Л г и отключает контур от источника анодного питания, в ре­ зультате чего в контуре возникают свободные колебания, усиливаемые второй лампой Л2.

Для того чтобы при запирании лампы Л х колебания в контуре были незатухающими, в схеме генератора исполь­ зуется положительная обратная связь через отвод в катушке индуктивности контура и лампу Л2.

Выходное напряжение калибратора длительности сни­ мается с анода его второй лампы и подается на катод элект­ ронно-лучевой трубки для модуляции светового пятна по яркости. Для получения отчетливых меток на осцилло­ графе исследуемого напряжения необходимо дополнительно регулировать потенциометром Яркость потенциал управ­ ляющего электрода трубки осциллографа.

Цена метки времени (0,005; 0,2; 1,5; 20 и 100 мкс), т. е. период колебаний контура определяется положением пере­ ключателя. Погрешность измерения промежутков вре­ мени калибратором осциллографа С1-5 порядка 10%.

Во многих современных осциллографах измерение ко­ ротких промежутков времени, например длительности им­ пульсов, производится не по яркостным меткам, а при помощи калиброванной по времени линейной развертки. При определенной и постоянной скорости развертки каж­ дому миллиметру горизонтальной линии развертки соот­ ветствует определенный отрезок времени. Например, если за время /р прямого хода луча, равное 1мс, световое пятно проходит на экране трубки расстояние / = 10 см, то одному миллиметру линии развертки соответствует 10 мкс. Для удобства определения на осциллограмме исследуемого на­

сдвига фаз между двумя синусоидальными напряжениями и в других случаях.

Взаимосвязь элементов и работа полной блок-схемы осциллографа промышленного типа более сложна и в ней может быть использован несколько другой способ измере­ ния амплитуды и длительности импульсов.

ж ) О Д Н О В Р Е М Е Н Н О Е П О Л У Ч Е Н И Е Н Е С К О Л Ь К И Х О С Ц И Л Л О Г Р А М М

Для одновременного получения нескольких осцилло­ грамм применяются специальные многолучевые осцилло­ графы или обычный однолучевой осциллограф с приставкой, называемой коммутатором.

В многолучевых осциллографах имеются две само­ стоятельные электронно-лучевые системы и один общий экран. Отклонение электронных лучей по горизонтали производят напряжением развертки синхронно подачей общего пилообразного напряжения на горизонтально от­ клоняющие пластины обеих электронно-лучевых систем. Исследуемые взаимосвязанные напряжения подаются раз­ дельно к различным парам отклоняющих пластин непо­ средственно или же через отдельные усилители.

Калибраторы амплитуды и длительности, так же как и генератор развертки, являются общими, т. е. позволяют измерять амплитуду и короткие промежутки времени двух исследуемых колебаний, например на входе и выходе испытуемого усилителя.

Примером низкочастотного двухлучевого осциллографа является прибор С1-18, использующий электронно-лучевую трубку 16Л02В.

Пятилучевой осциллограф дает возможность одновре­ менно исследовать пять взаимосвязанных различных на­ пряжений и имеет соответственно пять каналов вертикаль­ ного отклонения. В таких осциллографах обычно исполь­ зуются два генератора развертки, позволяющие получать осциллограммы в разном масштабе времени и с различным фазовым сдвигом.

Примером пятилучевого осциллографа промышленного типа является прибор С1-33, использующий электронно­ лучевую трубку 22Л01А.

На рис. 6-40, а изображена блок-схема электронного коммутатора и графики напряжения после отдельных ее элементов. Схема состоит из симметричного мультивибратора, являющегося ее основной коммути­ рующей частью, двух управляющих ключей и двух усилителей, работаю­ щих на общую нагрузку, с которой напряжение подается на пластины У

электронно-лучевой трубки. На другую пару пластин трубки поступает

напряжение развертки. На вход усилителей подаются исследуемые напряжения uL и и2.

Выходные напряжения мультивибратора (и3 и иА) прямоугольной формы, изменяющиеся в противофазе, поступают на соответствующие ключи, которые управляют работой усилителей, т. е. периодически и поочередно открывают и закрывают усилители с частотой коммутации. Таким образом, к общей нагрузке усилителей будет подключаться то одно исследуемое напряжение, то другое. В результате на экране осциллографа получатся две осциллограммы исследуемых напряжений — пунктирных или сплошных в зависимости от частоты коммутации. Если

а)

Рис. 6-40. Блок-схема электронного коммутатора (а) и ос­ циллограммы (б) исследуемых противофазных напряже­ ний при частоте коммутации, большей частоты исследуе­ мых напряжений.

период исследуемого напряжения меньше промежутка времени между переключениями, то осциллограмма на экране трубки получается

ввиде сплошной линии. При периоде исследуемого напряжения, большем промежутка времени между переключениями, осциллограмма полу­ чается в виде прерывистой линии. На рис. 6-40, б показаны осцилло­ граммы двух исследуемых синусоидальных напряжений, изменяющихся

впротивофазе для случая, когда частота коммутации больше частоты исследуемого напряжения.

Электронным коммутатором промышленного типа является один

из блоков осциллографа С1-15, а именно Я4С-45 (С1-15/3). Этот же блок, используемый в двухлучевом осциллографе 0 -1 7 , дает возмож­ ность одновременно исследовать четыре процесса, т. е. получать четыре осциллограммы взаимосвязанных процессов.

6-6. ОСЦИЛЛОГРАФИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ СВЧ

И НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Применение обычных электронных осциллографов для исследования колебаний СВЧ и наносекундных импульсов ограничивается многими факторами.

При подведении переменного напряжения к отклоняю­ щим пластинам трубки световое пятно на ее экране откло­ няется пропорционально подводимому напряжению. Однако эта зависимость будет справедлива лишь в случае, когда время пролета электронов между пластинами значительно меньше периода колебаний или длительности импульсов исследуемого напряжения. При соизмеримости этих про­ межутков времени электронно-лучевую трубку уже нельзя считать безынерционной.

В обычных трубках время пролета электронов через отклоняющую систему равно примерно 1—10 нс, т. е. соизмеримо с периодом колебаний СВЧ, а также длитель­

При некотором соотношении периода исследуемого на­ пряжения и времени пролета электронов между пластинами отклонения пятна не будет. При этом так называемая динамическая чувствительность трубки, зависящая от ее статической чувствительности, частоты исследуемого на­ пряжения и времени пролета электронов между пласти­ нами будет равна нулю.

Если, например, время пролета электронов между пла­ стинами равно периоду исследуемого напряжения, то дина­ мическая чувствительность трубки равна нулю. Это объяс­ няется тем, что во время положительного и отрицательного полупер иода электронный луч отклоняется на одинаковый по величине угол как вверх, так и вниз.

Для того чтобы частота не влияла на чувствительность трубки в очень широком частотном диапазоне, необходимо иметь время пролета электронов между пластинами как можно меньшее. Для этого нужно уменьшать длину пла­ стин и увеличивать напряжение на втором аноде трубки, что ведет к снижению ее чувствительности.

Кроме того, длинные пластины и их сравнительно боль­ шая емкость ухудшают фронты исследуемых импульсов наносекундных длительностей. Искажения осциллограммы на СВЧ могут быть также за счет фазовых сдвигов между подводимыми к пластинам Y и X напряжениями, действую­