книги / Электрорадиоизмерения

щими неодновременно на электронный луч. Это объясняется тем, что отклоняющие пластины расположены не в одном и том же поперечном сечении трубки, а на некотором рас­ стоянии друг от друга по ходу электронного луча.

Возможность применения электронно-лучевой трубки на СВЧ ограничивается также резонансными свойствами отклоняющей системы, содержащей не только емкость между пластинами, но и индуктивность токоподводящих проводников. Если ее резонансная частота совпадает с одной из гармоник спектра частот исследуемого импульса, то он будет искажен благодаря усилению этой гармоники за счет резонанса напряжений. Поэтому резонансная частота откло­ няющей системы должна быть значительно выше самой высокой гармоники спектра частот исследуемого импульса.

Рис. 6-41. Схема вертикально отклоняющей сис­ темы трубки с бегущей волной.

Для увеличения резонансной частоты отклоняющей си­ стемы, т. е. для уменьшения паразитных индуктивности и емкости токопроводящих проводов, вводы пластин делают прямо через боковую поверхность баллона трубки, а не через ее цоколь.

Применение электронных осциллографов на СВЧ огра­ ничивается также необходимостью использования усили­ телей вертикального отклонения с полосой пропускания в несколько сотен и даже тысяч мегагерц и, кроме того, очень больших скоростей развертки.

Следует иметь в виду, что на СВЧ вследствие большой скорости развертки, т. е. движения пятна, изображение осциллограммы на экране трубки получается бледным.

Для повышения частотного предела в осциллографах применяют микротрубки и трубки с бегущей волной.

Схема устройства К-пластин трубки с бегущей волной поясняется на рис. 6-41.

В трубках такой конструкции вертикально отклоняющая система, состоящая из емкостей разрезной пластины и индуктивностей между ними, представляет собой искусст­

венную линию, нагруженную на волновое сопротивление, в которой создается режим бегущей волны.

Элементы подобной искусственной линии подобраны так, чтобы фазовая скорость распространения электромагнитной волны вдоль оси трубки была равна скорости движения электронов между пластинами.

В результате этого полностью устраняется вредное влия­ ние конечного времени пролета электронов в отклоняющей системе. Поэтому электронно-лучевые трубки с бегущей волной имеют широкую полосу пропускания (порядка нескольких тысяч мегагерц). Например, скоростной осцил­ лограф С1-14, использующий трубку 13Л0102М, имеет полосу пропускания до 1500 МГц.

Для получения широкополосности не только трубки, но и всего осциллографа в целом применяются специальные усилители вертикального отклонения, а не обычные— на резисторах.

Это объясняется тем, что расширение полосы пропуска­ ния усилителей на резисторах может быть осуществлено за счет уменьшения сопротивления анодной нагрузки, что значительно снижает коэффициент усиления каскада. При этом необходимая полоса пропускания усилителя может быть получена только при К < 1, когда уже усилитель перестает выполнять свое основное назначение в осцилло­ графе, т. е. усиливать напряжение исследуемого сигнала,

В скоростных осциллографах применяются так назы­ ваемые усилители с распределенным усилением, исполь­ зующие принцип бегущей волны. Упрощенная принци­ пиальная схема такого усилителя, приведенная на рис. 6-42, характеризуется наличием искусственных линий в цепи сетки и в цепи анода. Эти линии состоят из емкостей ламп Сс и Са, разделенных индуктивностями Lc и La. Для полу­ чения режима бегущей волны в этих линиях они должны быть нагружены на волновые сопротивления.

При подведении исследуемых колебаний к сеточной линии усилителя вдоль нее распространяется волна напря­ жения. При достижении этой волной сеток ламп в их анод­ ной цепи, т. е. анодной искусственной линии, появится усиленный сигнал такой же частоты. При этом сигнал, рас­ пространяющийся влево по анодной цепи, будет полностью поглощаться нагрузкой, не отражаясь от нее, а сигнал рас­ пространяющийся вправо, будет суммироваться по фазе, так как фазовый сдвиг, осуществляемый одним звеном анодной и сеточной линии, будет возрастать ступенями и общий

коэффициент усиления усилителя К будет равен сумме коэффициентов усиления каскадов, т. е.

/с = /с н - /с ,+ ... + / с я.

Таким образом, если один каскад имеет коэффициент усиления, несколько меньший единицы, то общий коэффи­ циент усилителя, состоящий из нескольких каскадов, будет все равно больше единицы.

К генераторам развертки скоростных осциллографов предъявляется ряд специфических требований. Прежде всего они должны иметь очень большую скорость развертки (порядка нескольких см/нс), позволяющую наблюдать

Рис. 6-4?. Упрощенная схема усилителя с распределенным уси­ лением.

импульсы наносекуидных длительностей. В связи с высо­ кими ускоряющими напряжениями электронно-лучевых трубок скоростных осциллографов напряжение развертки должно быть значительным. Если генератор развертки использует зарядно-разрядную цепь RC, то для обеспечения высокой скорости заряда конденсатора необходим ток боль­ шой величины. Поэтому в генераторах развертки скорост­ ных осциллографов в качестве коммутирующей лампы удобно использовать тиратрон.

Генераторы развертки скоростных осциллографов вы­ полняются также и на электронных лампах и могут иметь весьма различные схемы.

Примером скоростного осциллографа промышленного типа является прибор С7-10А (0-61), использующий трубку бегущей волны.

Основные технические характеристики прибора: полоса пропускания 0—1,2 ГГц, минимальный коэффициент откло­ нения 100 и 200 мВ/мм, входное сопротивление 50 Ом, развертка ждущая 0,25—100 нс/дел, максимальная частота синхронизации 200 МГц, погрешность измерения амплитуды 20%, погрешность измерения временных интервалов 10%, рабочая часть экрана 20 X 40 мм, габаритные размеры 345 X 490 X 860 мм, масса 75 кг.

6-7. СТРОБОСКОПИЧЕСКОЕ ОСЦИЛЛОГРАФИРОВАНИЕ

Для исследования наносекундных импульсов незначи­ тельной амплитуды скоростные осциллографы неприменимы вследствие их малой чувствительности. В этом отношении значительно лучше стробоскопические осциллографы или стробоскопические приставки к обычному осциллографу, позволяющие исследовать периодические импульсные про­ цессы наносекундных длительностей и малых амплитуд.

Стробоскопический метод осциллографирования дает возможность получить эквивалентную (эффективную) полосу частот до нескольких тысяч мегагерц при фактической полосе пропускания усилителя вертикального отклонения в несколько мегагерц или даже килогерц.

Принцип стробоскопического осциллографирования ана­ логичен принципу стробоскопического исследования вра­ щающихся механизмов при измерении скорости их враще­ ния и определении вибрации путем наблюдения их в виде медленно движущегося или неподвижного изобра­ жения.

Принцип механического стробоскопирования заклю­ чается в том, что если вращающееся тело, например диск с какой-либо меткой — темным пятном по краю или с тем­ ными и светлыми секторами, периодически освещать крат­ ковременными вспышками, то в зависимости от соотноше­ ния частоты его вращения и частоты вспышек диск может представляться наблюдателю неподвижным или медленно вращающимся.

Изображение диска будет неподвижным при частоте вспышек, равной или в целое число раз меньшей частоты вращения, т. е. когда освещение диска производится при одном и том же его положении. Если же частота вспышек

немного отличается от частоты вращения диска, то он будет представляться медленно вращающимся. При непосредст­ венном же наблюдении вращающегося диска пятно или темные секторы на нем не видны. Таким образом, стробо­ скоп как бы превращает для исследователя вращение объ­ екта с большой скоростью в медленное его вращение, при котором можно уже исследовать объект.

Аналогично с помощью стробоскопического осцилло­ графа можно быстропротекающие процессы наблюдать как бы в замедленном временном масштабе с сохранением формы исследуемого напряжения.

Стробоскопический метод осциллографирования позво­ ляет уменьшить скорость развертки и полосу пропускания усилителя вертикального отклонения.

t/ Л ./ \ ./ \ ./ \ y \ .S \ ./ \ < L

Рис. 6-43. Принцип трансформации масштаба вре­ мени осциллограммы.

Стробоскопические осциллографы работают на принципе использования амплитудного временного анализа иссле­ дуемого напряжения при помощи узких, так называемых стробирующих (зондирующих) импульсов.

Стробирующие импульсы дают возможность получить представление о форме исследуемого сигнала не в виде непрерывной кривой, а в виде прерывистых дискретных его значений по одному на каждый период в соответствии с мо­ ментом действия стробирующего импульса.

Принцип трансформации масштаба времени осцилло­ граммы в стробоскопическом осциллографе поясняется графиками на рис. 6-43.

При поступлении исследуемого сигнала (рис. 6-43, а) и узких стробирующих импульсов (рис. 6-43, б) на вход преобразователя происходит амплитудно-импульсная мо­ дуляция, т. е. на выходе преобразователя амплитуда

стробирующего импульса (рис. 6-43, в) пропорциональна определенному мгновенному значению исследуемого сиг­ нала. При равенстве периодов входных напряжений пре­ образователя его выходные импульсы имеют постоянную амплитуду. Если же эти периоды отличаются друг от друга на постоянную величину А/, называемую шагом считы­ вания, то выходные импульсы преобразователя изменяются по амплитуде. При этом огибающая этих импульсов по форме соответствует исследуемому сигналу и имеет укруп­ ненный масштаб времени.

Если период исследуемого сигнала Т кратен шагу счи­ тывания А/, т. е.

то огибающая выходных импульсов преобразователя растя­ нута по времени также в п раз.

На экране трубки стробоскопического осциллографа воспроизводятся плоские вершины выходных импульсов преобразователя, т. е. осциллограмма исследуемого сигнала получается прерывистой (рис. 6-43).

Модулированные выходные импульсы преобразователя предварительно увеличиваются по длительности при по­ мощи расширителя, что дает возможность уменьшить по­ лосу усилителя вертикального отклонения.

Уменьшение скорости развертки в стробоскопическом осциллографе поясняется следующим примером.

Следовательно, при наблюдении таких импульсов с по­ мощью скоростного осциллографа С1-36, имеющего рабочую площадь экрана 10 X 15 мм, скорость развертки для полу­ чения импульса во всю длину экрана должна бы быть

v = = 1,5 мм/нс.

При использовании же стробоскопического осциллографа скорость развертки в данном случае будет меньше в

10 000 раз, т. е.

15

v= Totoo = мм/нс = 0> 15 мм/мкс.

Примером стробоскопического осциллографа промыш­ ленного типа является прибор С7-8 (С1-53), имеющий полосу пропускания 50 Г ц — 1 ГГц, время нарастания 10 мВ/дел, входное сопротивление 50 Ом, длительность ждущей развертки 0,1 нс/дел — 5 мкс/дел и максимальную частоту синхронизации 1 ГГц. Погрешность измерения амплитуды и временных интервалов 10%. Рабочая часть экрана 60 х 80 мм, габаритные размеры 490 X 296 X 554 мм, масса 38 кг.

Этот двухканальный осциллограф позволяет исследовать форму кривой напряжения электрических процессов путем визуального наблюдения, запоминания на ЭЛТ или фото­ графирования и записи на двухкоординатный самописец.

Стробоскопическая приставка С1-21 к осциллографам С1-19 или С1-30, имеющим полосу пропускания 0—1 МГц, дает возможность получить эффективную полосу пропу­ скания, в 200 раз большую, т. е. 0—200 МГц, и соответст­ венно исследовать импульсы наносекундных длительно­ стей.

6-8. ОСЦИЛЛОГРАФЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ТИПА

В настоящее время существует большое число электронных осцил­ лографов различного типа и назначения.

Рассмотр!м устройство одного из наиболее распространенных в учебных лабораториях техникумов электронного осциллографа С1-5, блок-схема которого изображена на рис. 6-44, лицевая панель управ­ ления — на рис. 6-45. Упрощенные принципиальные схемы отдельных элементов схемы — входного делителя, искусственной линии зедержки, генератора развертки, калибратора длительности и калибратора ампли­ туды — рассматривались в предыдущих параграфах данной главы.

Блок-схема прибора C l-5 включает следующие основные элементы: электронно-лучевую трубку с электростатическим управлением, вход­ ной делитель напряжения, катодный повторитель, линию задержки, усилитель вертикального отклонения, усилитель синхронизации и горизонтального отклонения, генератор непрерывной и ждущей раз­ вертки (блок развертки), калибратор напряжения, калибратор дли­ тельности и блок питания.

Рассмотрим назначение и взаимосвязь отдельных элементов блоксхемь! осциллографа С1-5, работающего в режиме ждущей развертки с внутренней синхронизацией. Для иллюстрации работы и взаимо­ действия некоторых элементов схемы на рис. 6-46 приведены кривые

Рис. 6-44. Блок-схема осциллографа С1-5.

Исследуемый импульс (рис. 6-46, а) через делитель напряжения, катодный повторитель, блок фиксированной задержки (искусственную линию) и усилитель вертикального отклонения подается на плас­ тины Y электронно-лучевой трубки. На выходе усилителя импульс

Рис. 6-45. Лицевая панель управления осциллографом

С1*5.

(рис. 6-46, б) будет уже усиленным и несколько задержанным относи­