З яких блоків складається електронний осцилограф. Електронний осцилограф - пристрій, принцип роботи

Для ремонту електроніки потрібні вимірювальні прилади. В основному використовують мультиметр або старий добрий тестер, але для складної діагностики несправностей радіоелектронної апаратури потрібно точніший і чутливіший прилад - осцилограф. Ним користуються переважно професійні майстри електроніки. Обивателю досить складно розібратися у тонкощах його роботи. Стаття допоможе зрозуміти принцип роботи та корисні якості цього апарату для діагностики електронної техніки.

Що таке осцилограф і навіщо він потрібен

Осцилограф дозволяє візуалізувати електричні сигнали, імпульси та коливання. При діагностиці несправностей електронної апаратури дуже важливо бачити процеси, що відбуваються в електронній схемі, навіть якщо вони є короткочасними і відбуваються у випадковий момент. За осцилограмою можна бачити амплітудуелектронного коливання та час будь-якої його ділянки. За допомогою осцилографа вимірюють: фази, частоти, коефіцієнти модуляції електронних коливань та багато інших необхідних вимірів. Великий діапазон частот, що вимірюваються, можливість відділення необхідного сигналу від перешкод робить його незамінним приладом при ремонті складної електронної техніки. У загальних рисахі зрозумілою новачком мовою принцип роботи можна описати так.

Основний елемент приладу – екран, поділений на клітини. На нього виводиться візуалізація електричного вагання. Масштаб клітин задається регулюваннями на корпусі осцилографа. Вертикальні клітини показують напругу сигналу, що подається, а горизонтальні заміряють час. Градація клітин як за напругою, і за часом виставляється регуляторами на корпусі. Знаючи час одного імпульсу сигналу легко розрахувати його частоту.

Посилювач сигналу

Прилад оснащений регулятором посилення електричного сигналу. Насправді, функція змінює масштабування синусоїди на екрані. Наприклад, по вертикалі екран розмічено на 10 клітинок, і межа посилення встановлена ​​на 1 вольт на клітину. У цьому випадку імпульс напругою в двадцять вольт не буде видно на екрані. Потрібно встановити параметр посилення на більше вольт, що відображається в одній клітині. Так само при низькій напрузі збільшенням посилення домагаються виразної візуалізації осцилограми.

Розгортка та її регулювання

Принцип налаштування осцилографа за параметром розгортки ідентичний налаштування посилення, тільки вона проводиться по горизонтальній осі. Клітини відповідають мілісекундам. Змінюючи їх кількість, що відповідає одній клітині, отримуємо потрібне відображення синусоїди у необхідному масштабі. При необхідності вивчити малий відрізок сигналу значення розгортки зменшують. Для вивчення частотності та типу електронного імпульсу, оцінки циклічності та інших характеристик значення збільшують.

Блок синхронізації

Синусоїда графіка промальовується на екрані зліва направо, до закінчення. Далі промальовування повторюється. Швидкість побудови графіка висока і призводить до «біжить» промальовування або взагалі до незрозумілої кривої. Це відбувається через нашарування нового зображення на старий графік з однозначним зміщенням. Регулюванням синхронізації здійснюється увімкнення розгортки при досягненні вхідним сигналом встановлених значень.

Наприклад, встановивши значення синхронізації в нуль вольт, під час обробки синусоїди сигналу відображення почнеться після досягнення напруги на вході заданого показника, а завершиться в кінці екрана. Потім візуалізація розпочнеться з чергового нульового показника., і цикл буде повторюватися. В результаті стає видно стабільну картину, і всі стрибки сигналу стають наочно видно. Найпростіший блок синхронізації оснащений двома налаштуваннями:

• Регулятор «Фронт»- дозволяє встановити напругу старту. Якщо, скажімо, встановити нуль, то промальовування почнеться, коли синусоїда падатиме до значення нуль.
• Регулятор «Спад»- При встановленому на нуль регуляторі промальовування стартує, коли синусоїда підніматиметься до значення нуль знизу.

У складних моделях осцилографів є ще ряд налаштувань синхронізації для більш специфічних вимірів.

Служить для подачі необхідної напруги на електронні схеми осцилографа від мережі 220 вольт.

Прилад може бути оснащений одним або кількома входами сигнальними. Це залежить від моделі. Декілька виходів необхідні для вимірювання аналізу та порівняння відразу кількох електричних сигналів. Найпростіший осцилографоснащений лише одним сигнальним виходом та щупом заземлення. Якщо до входу приладу нічого не підключено, то на екрані посередині моделюється горизонтальна лінія, яка називається нульовою прямою. Якщо, наприклад, підключити сигнальний щуп до плюсу батареї, а заземлення до мінусу, пряма лінія підскочить вгору кількість клітин, відповідне напрузі за шкалою градації, виставленої корпусі приладу. Помінявши щупи подекуди, лінія опуститься на ту саму кількість клітин.

Навіщо необхідний осцилограф

Областей використання осцилографа дуже багато. Візуалізація поведінки електронного сигналу значно спрощує визначення несправності, отже, прискорює час, затрачуване ремонт будь-якого, навіть дуже складного приладу. Осцилограф дозволяє:

1. Виміряти напругу та часовий параметр електронного сигналу, визначити частоту.
2. Бачити амплітуду сигналу, зрозуміти його природу.
3. Виміряти зсув фаз.
4. З'ясувати співвідношення корисного сигналу та перешкод, наведень, а також зрозуміти характеристики шумів.

За допомогою осцилографа легко визначити несправність у приладі, а деякі поломки діагностувати без нього неможливо. Він робить величезну кількістьвимірюючи в секунду, здатний виявляти дуже короткочасні збої сигналу і фіксувати їх, що неможливо зробити мультиметром.

Види осцилографів

Прилади поділяються на два більших видів: аналогові, зібрані за схемами з використанням електронно-променевих трубок, та цифрові зібрані з використанням рідкокристалічних дисплеїв. Також існує поділ за кількістю сигнальних входів. Це необхідно для виміру відразу кількох показань та його порівняння.

Аналогові осцилографи

Це зібрані за класичній схеміосцилографи із застосуванням променевої трубки. Такі моделі оснащені дільником, вертикальним підсилювачем, мають синхронізацію та відхилення, та блок живлення. Нижній поріг частоти вимірюваної 10 герц, верхній залежить встановленого підсилювача. Нині аналогові прилади витісняються цифровими моделями цього необхідного агрегату.

Ці прилади зібрані на основі мікропроцесорних компонентів. Такі схеми осцилографів мають значно більший спектр технічних можливостей. Складаються з дільника, підсилювача, дешифратора аналогового сигналу цифровий код, блоку управління, пам'яті, а також з блоку живлення і ж. к. дисплея для візуалізації вимірів. Цифрові пристрої компактні і можуть бути декількох типів:

Технології йдуть вперед, стаціонарні цифрові прилади набувають менших габаритів та розмірів, осцилографи не виняток. Портативні моделі цих приладів мають невеликі розміри та масу, живляться від батарейок або вбудованого акумулятора. При цьому не поступаються стаціонарним пристроям за функціональністю та точністю, мають велика кількістьфункцій та можливостей застосування в різних галузях.

Віртуальні осцилографи

Віртуальні варіанти приладу є непоганою заміною звичайних цифрових осцилографів. Їх переваги в низькій вартості, легкості застосування, невеликих розмірах, хорошій швидкодії. Недоліки: неможливість виміру та постійної візуалізації величини сигналу. Можуть застосовуватись у будь-якій радіотехнічній сфері. Наприклад, для обслуговування телекомунікаційних мереж, ремонту електронної техніки та комп'ютеризованого обладнання, при діагностиці будь-яких схем та блоків, де необхідне тестування та аналіз нестійких, перехідних електронних процесів.

Віртуальні прилади можуть бути двох типів: ·

• Зібраний в окремому блоці апаратний модуль, що підключається до комп'ютера через порт USB.
• Програмне застосування для комп'ютера, що працює за допомогою звукової карти, до лінійного входу якої підключається сигнальний щуп. Візуалізація сигналу відбувається на моніторі П. К. чи ноутбука.

При виборі моделі приладу потрібно обов'язково уявляти, які виміри будуть виконуватися.

В інструкції з експлуатації обов'язково описано процес калібрування (перевірки) пристрою. Практично будь-який осцилограф має ззаду або збоку корпусу спеціальний вихід прямокутних генератора імпульсів. Його використовують для калібрування приладу. При підключенні сигнального щупа до калібрувального виходу на екрані з'явиться пилкоподібна лінія. Поставивши програвання в режим «Авто», потрібно перевірити роботу всіх функцій, покрутивши ручки. Яскравість має регулюватися, фокусування - фокусувати, промінь повинен рухатися вгору, вниз при масштабуванні. При налаштуванні синхронізації осцилограма має зупинятися.

Найпростіший спосіб переконатися в працездатності приладу - це торкнутися пальцями щупа. Промінь повинен реагувати на дотик.

Основні функції роботи та можливості осцилографа, описані вище? напевно допоможуть початківцям. Багато питань, що виникають у процесі використання агрегату, можна зрозуміти лише з досвідом. Прилад досить складний, але вивчивши його, легко вирішуються завдання діагностики та ремонту практично будь-яких електронних схем.

Електронно-променеві осцилографи.

Електронно-променеві осцилографи – прилади, призначені для візуального спостереження форм електричних сигналів, що досліджуються. Крім того, осцилографи можуть застосовуватися для вимірювання частоти, періоду та амплітуди.

Основна деталь електронного осцилографа - електронно-променева трубка (дивися малюнок), що нагадує формою телевізійний кінескоп.

Екран трубки (8) покритий зсередини люмінофором - речовиною, здатною світитися під ударами електронів. Чим більший потік електронів, тим яскравіше світло тієї частини екрану, куди вони потрапляють. Випускаються електрони так званою електронною гарматою, розміщеної на протилежному від екрану кінці трубки. Вона складається з підігрівача (нитки розжарення) (1) та катода (2). Між “гарматою” та екраном розміщені модулятор (3), що регулює потік електронів, що летять до екрану, два анода (4 і5), що створюють потрібне прискорення пучку електронів та його фокусування, і дві пари пластин, за допомогою яких електрони можна відхиляти по горизонтальній Y ( 6) та вертикальної X (7) осям.

Працює електроннопроменева трубка таким чином:

На нитку напруження подають змінну напругу, на постійну модулятор, негативної полярності по відношенню до катода на аноди - позитивне, причому на першому аноді (фокусуючому) напруга значно менше, ніж на другому (прискорюючому). На пластини, що відхиляють, подається як постійна напруга, що дозволяє зміщувати пучок електронів у будь-який бік, щодо центру екрану, так і змінну, що створює лінію розгортки тієї чи іншої довжини (пластини Пх), а також ”малює” на екрані форму досліджуваних коливань (пластини Пу) .

Щоб уявити, як виходить на екрані зображення, екран трубки представимо у вигляді кола (хоча у трубки він може бути і прямокутний) і помістимо всередині пластини, що відхиляють (див. малюнок). Якщо підвести до горизонтальних пластин Пх пилкоподібну напругу, на екрані з'явиться горизонтальна лінія, що світиться - її називають лінією розгортки або просто розгорткою. Довжина її залежить від амплітуди пилкоподібної напруги.

Якщо тепер одночасно з пилкоподібною напругою, поданою на пластини Пх, подати на іншу пару пластин (вертикальних - Пу), наприклад, змінна напруга синусоїдальної форми, лінія розгортки точно "вигнеться" за формою коливань і "намалює" на екрані зображення.

У разі рівності періодів синусоїдального та пилкоподібного коливань, на екрані буде зображення одного періоду синусоїди. При нерівності періодів на екрані з'явиться стільки повних коливань, скільки періодів їх укладається в періоді коливань пилкоподібної напруги розгортки. В осцилографі є регулювання частоти розгортки, з допомогою якої домагаються необхідного числа коливань досліджуваного сигналу, що спостерігаються на екрані.

Структурна схема осцилографа.

На малюнку зображено структурну схему осцилографа. На сьогоднішній день існує велика кількість різних за конструкцією та призначенням осцилографів. По-різному виглядають їх лицьові панелі (панелі керування), дещо відрізняються назви ручок керування та перемикачі. Але в будь-якому осцилографі є мінімально необхідний набір вузлів, без яких він не може працювати. Розглянемо призначення цих основних вузлів. На прикладі осцилографа 1-68.

На малюнку:

ВА - вхідний атенюатор; ВК-вхідний каскад підсилювача; ПУ-попередній підсилювач; ЛЗ-лінія затримки; ВУ-вихіднийпідсилювач; К-калібратор; СБ-схема блокування; УП-підсилювач підсвітки; СС-схема синхронізації; ГР-генератор розгортки; ЕЛТ-електроннопроменева трубка.

Схема працює в такий спосіб.

Блок живлення

Блок живлення забезпечує енергією роботу всіх вузлів електронного осцилографа. На вхід блоку живлення надходить змінна напруга, як правило, величиною 220 В. У ньому вона перетворюється на напруги різної величини: змінна 6,3 В для живлення нитки розжарення електронно-променевої трубки, постійна напруга 12-24 В для живлення підсилювачів і генератора, близько 150 для живлення кінцевих підсилювачів горизонтального і вертикального відхилення променя, кілька сотень вольт для фокусування електронного променя і кілька тисяч вольт для прискорення електронного пучка.

З блоку живлення крім вимикача живлення, виведені на передню панель осцилографа регулятори: “ФОКУСУВАННЯ” та “ЯРКІСТЬ” При обертанні цих ручок змінюються напруги, що подаються на перший анод та модулятор. При зміні напруги на першому аноді змінюється конфігурація електростатичного поля, що призводить до зміни ширини електронного променя. При зміні напруги на модуляторі змінюється струм електронного променя (змінюється кінетична енергія електронів), що призводить до зміни яскравості люмінофора світла екрану.

Генератор розгортки

Видає пилкоподібну напругу, частоту якої можна змінювати грубо (східцями) та плавно. На лицьовій панелі осцилографа вони називаються "ЧАСТОТА ГРУБО" (або "ТРИВАЛЬНІСТЬ РОЗВЕРТКИ") і "ЧАСТОТА ПЛАВНО". Діапазон частот генератора дуже широкий – від одиниць герц до одиниць мегагерц. У перемикача діапазонів проставлені значення тривалості (тривалості) пилкоподібних коливань.

Підсилювач каналу горизонтального відхилення

З генератора розгортки сигнал подається на підсилювач каналу горизонтального відхилення (каналу X). Цей підсилювач необхідний для отримання такої амплітуди пилкоподібної напруги, коли електронний промінь відхиляється на весь екран. У підсилювачі розташовані регулятор довжини лінії розгортки, на передній панелі осцилографа він називається "ПОСИЛЕННЯ X" або "АМПЛІТУДА X", і регулятор зміщення лінії розгортки по горизонталі.

Канал вертикальної розгортки

Складається з вхідного атенюатора (дільника вхідного сигналу) та двох підсилювачів - попереднього та кінцевого. Атенюатор дозволяє вибирати потрібну амплітуду зображення, що розглядається в залежності від амплітуди досліджуваних коливань. За допомогою перемикача вхідного атенюатора можна зменшити амплітуду сигналу. Більш плавні зміни рівня сигналу, а значить і розміру зображення на екрані, отримують за допомогою регулятора чутливості кінцевого підсилювача каналу Y. В кінцевому підсилювачі цього каналу, як і горизонтального каналу відхилення, є регулювання зміщення променя, а значить, і зображення, по вертикалі.

Крім того, на вході каналу вертикального відхилення стоїть перемикач 1, за допомогою якого можна подавати на підсилювач постійну складову досліджуваного сигналу, або позбавлятися від неї включенням роздільного конденсатора. Це, у свою чергу, дозволяє користуватися осцилографом як вольтметром постійного струму, здатним вимірювати постійну напругу. Причому вхідний опір каналу Y досить високий - понад 1 МОм.

ПРО ІНШІ РЕГУЛЮВАННЯ

У генератора розгортки є ще один перемикач – перемикач режиму роботи розгортки. Він також виведений на передню панель осцилографа (на структурній схемі не вказано). Генератор розгорток може працювати в двох режимах: в автоматичному - генерує пилкоподібну напругу заданої тривалості і в режимі очікування - "очікує" приходу вхідного сигналу, і з його появою запускається. Цей режим буває необхідний при дослідженні сигналів, що з'являються випадково, або при дослідженні параметрів імпульсу, коли його передній фронт повинен бути на початку розгортки. В автоматичному режимі роботи випадковий сигнал може з'явитися будь-де розгортки, що ускладнює його спостереження. Чекаючий режим доцільно застосовувати під час імпульсних вимірів.

Синхронізація

Якщо між генератором розгортки і сигналом немає ніякого зв'язку, то починатися розгортка і з'являтиметься сигнал у різний час, зображення сигналу на екрані осцилографа буде переміщатися або в одну або в іншу сторону - в залежності від різниці частот сигналу і розгортки. Щоб зупинити зображення необхідно “засинхронізувати” генератор, тобто. забезпечити такий режим роботи, при якому початок розгортки, співпадатиме з початком появи періодичного сигналу на вході Y (скажімо синусоїдального). Причому синхронізувати генератор можна як від внутрішнього сигналу (він береться з підсилювача вертикального відхилення), так і від зовнішнього, що подається на гнізда ВХІД СИНXР.. Вибирають той чи інший режим перемикачем S2 - ВНУТР.- ЗОВНІШНЬ. синхронізація (на структурній схемі перемикач перебуває у положенні “внутрішня синхронізація).

Принцип синхронізації пояснює таку діаграму.

Для спостереження високочастотних сигналів, коли їх частота значно перевищує принципово можливу частоту каналів посилення осцилографа, застосовують стробоскопічні осцилографи.

Принцип роботи стробоскопічного осцилографа пояснює таку діаграму.

Осцилограф працює наступним чином: Кожен період досліджуваної напруги u(t) формується синхронізуючий імпульс Uc, який запускає генератор розгортки. Генератор розгортки формує напругу пилкоподібної форми, яка порівнюється зі східчасто-наростаючою (на U) напругою (див. діаграму). У момент рівності напруг формується строб - імпульс, причому кожен наступний період строб - імпульсу збільшується по відношенню до попереднього на величину t. У момент приходу строб-імпульсу формується імпульс вибірки. Його амплітуда дорівнює амплітуді досліджуваного сигналу і виводиться на екран осцилографа. Таким чином, на екрані виходить зображення у вигляді імпульсів, амплітудна огинаюча яких відповідає досліджуваному сигналу тільки "розтягнутому" в часі. Стробоскопічні осцилографи застосовуються в телевізійній, радіолокаційній та інших видах високочастотної техніки.

Похибки осцилографів.

У осцилографів, при вимірі напруги, виділяють такі похибки:

Застосування осцилографів.

1. Вимірювання амплітуди досліджуваного сигналу.

Вимірювання амплітуди досліджуваного сигналу може бути зроблено такими методами:

Вимірювання амплітуди методом каліброваної шкали. Метод ґрунтується на вимірі лінійних розмірів зображення безпосередньо за шкалою екрана ЕЛТ. Вимірювана амплітуда U m визначається як U m = K oh. К про - коефіцієнт відхилення по вертикалі.

Вимірювання амплітуди методом заміщення. Метод заснований на заміщенні вимірюваної частини сигналу каліброваним напругою. (Метод рекомендується застосовувати при вимірі малої напруги).

Вимірювання амплітуди методом протиставлення. Метод полягає в тому, що у диференціальному підсилювачі вхідного каналу Y досліджуваний сигнал компенсується каліброваним. Метод забезпечує високу точність при вимірі малих сигналів.

2. Вимірювання часових інтервалів.

Вимірювання часових інтервалів методом каліброваної шкали. Метод заснований на вимірі лінійних розмірів періоду зображення осі Х безпосередньо за шкалою екрану ЕПТ. Час, що вимірюється t x визначається як t x =K pl M p . К p - коефіцієнт розгортки, М р - мсштаб розгортки по осі Х, l - Довжина періоду зображення на екрані ЕЛТ.

Вимірювання часових інтервалів за допомогою калібраційних міток. Метод заснований на створенні в кривій досліджуваного сигналу етикеток яскравих зразкової частоти. Це досягається подачею на модулятор ЕЛТ (вхід Z) сигналу вимірювального генератора.

Вимірювання часових інтервалів за допомогою затриманої розгортки. Метод ґрунтується на зміщенні зображення вздовж лінії розгортки щодо обраної нерухомої точки (лінії шкали). Відлік провадиться за регулювальною шкалою “затримка”.

Осцилограф представляє прилад, що використовується для дослідження тимчасових та амплітудних параметрів електричного сигналу, який подається на його вхід, або безпосередньо на екрані, або записується на фотострічці. На сьогоднішній день це один із найпоширеніших типів контрольно-вимірювальних приладів, який поряд з мультиметрами дозволяє проводити виробничі та наукові дослідження.

На сьогоднішній день промисловість не стоїть на місці. Створюються сучасні прилади, які дозволяють значно скорочувати час досліджень та розробок. Вони мають значний набір вимірювальних додатків, ємнісний сенсорний дисплей, глибоку пам'ять і високу швидкість оновлення сигналів на екрані.

Види

Усього є кілька типів приладів, які різняться за характеристиками:

• Аналогові.

• Аналогово-цифрові.

• Цифрові пам'ятники.

• Пристрої змішаних сигналів.

• Віртуальні пристрої.

За кількістю променів осцилограф може бути:

• Однопроменевий.
• Двопроменевий і так далі.

Число променів може бути 16 і більше (n-променевий прилад має n сигнальних входів, у тому числі може відображати одночасно на екрані n графіків вхідних сигналів).

Прилади також класифікуються за принципом дії:

• Електронний: аналоговий та цифровий.
• Електромеханічний: електродинамічний, випрямлювальний, електростатичний, термоелектричний, електромагнітний, магнітоелектричний.

По розгортці їх можна поділити:

• Спеціальний.
• Запам'ятовує.
• Стробоскопічний.
• Швидкісний.
• Універсальна.

Існують також прилади, які сумісні з іншими вимірювальними пристроями. Це може бути не тільки автономний пристрій, але й приставка, наприклад, комп'ютер, карта розширення або підключення до зовнішнього порту.

Пристрій

Конструкція аналогових пристроїв базується на застосуванні систем аналогової горизонтальної розгортки та електронно-променевих трубок. Одним з головних блоків даних приладів є генератори напруги пилкоподібної форми, що лінійно змінюється.

Аналоговий осцилограф має:

• Відхилення променя на екрані визначається напругою пластин. Трубки виділяються більшим діапазоном частоти. Горизонтальна розгортка функціонує від напруги горизонтальних пластин лінійної залежності. Верхня межа частоти визначається підсилювачем та ємністю пластин. Нижня межа відповідає 10 герцям.
• Для візуалізації характеристик і форми в аналогово-цифрових приладах досліджуваного сигналу використовуються системи аналогової горизонтальної розгортки, електронно-променеві трубки, у тому числі генератори напруги, що змінюється лінійно. До того ж у конструкції приладів є вбудовані модулі, що запам'ятовують, які використовуються для зберігання зображення.
• Цифрові прилади, що запам'ятовують, застосовують високошвидкісне оцифрування аналогових сигналів, забезпечують їх зберігання і виводять на рідкокристалічний індикатор, який застосовується замість електронно-променевої трубки. Цифровий осцилограф має перетворювач аналогового сигналу, підсилювач, дільник, блок керування, пам'ять та блок виведення на РК панель.
• Пристрої змішаних сигналів швидко оцифровують аналогові сигнали, у тому числі, мають функцію введення цифрових послідовностей. Вся необхідна інформація зберігається в запам'ятовуючий модуль і виводиться на рідкокристалічний монітор за необхідності.

Принцип дії

Аналогові пристрої для створення зображення на екрані використовують електронно-променеву трубку. У ній напруга, яка подається на осі X та Y, змушує точку пересуватися по екрану. На горизонталі можна спостерігати залежність від часу, тоді як по вертикалі йде відображення, пропорційне вхідному сигналу. Загалом сигнал посилюється і направляється на електроди, які відхиляють по осі Y електронно-променевої трубки із застосуванням аналогової технології.

Цифровийосцилограф працює дещо по-іншому:

• Виконується модифікація вхідного аналогового сигналу цифрову форму.
• Потім відбувається його збереження. Швидкість збереження залежить від керуючого пристрою. Верхня межа визначається швидкістю перетворювача, при цьому нижня межа не має обмежень.
• Перетворення сигналу на цифровий код дозволяє підвищити стійкість відображення, зробити масштаб і розтяжку простіше, зберегти дані на згадку.
• Використання дисплея замість електронної трубки дає можливість відображати будь-які дані, у тому числі виконувати керування приладом. У дорогих приладів встановлені кольорові екрани, завдяки чому вони дозволяють виділяти кольором різні місця, розрізняти курсори та сигнали інших каналів.
• Синхронізацію можна спостерігати перед включенням розгортки. Процесори обробки сигналу, що використовуються, дозволяють обробляти сигнал за допомогою аналізу перетворенням Фур'є.
• Інформація в цифровому вигляді дає можливість записати екран з результатами вимірювання на згадку, в тому числі роздрукувати на принтері. Більшість приладів мають накопичувачі, щоб можна було записати зображення в архів і надалі зробити їхню обробку.

Застосування

Осцилографпредставляє вимірювальний прилад, за допомогою нього можна:

• Визначити значення напруги сигналу (амплітуду) та часові параметри.
• Вимірявши часові характеристики сигналу, вдасться визначити його частоту.
• Спостерігати зсув фаз, що відбувається під час проходження різних ділянок ланцюга.
• З'ясувати змінну (AC) та постійну (DC), які складають сигнал.
• Спостерігати спотворення сигналу, який вносить певну ділянку ланцюга.
• З'ясувати співвідношення сигнал/шум, визначити стаціонарність шуму або його зміну часу.
• Зрозуміти процеси, що відбуваються в електричному ланцюзі.
• З'ясувати частоту коливань тощо.

Ці пристрої переважно застосовуються в електроніці та радіотехніці. Особливо важливим елементом прилад використовують у електромеханічних сферах виробництва. Даний пристрій виступає як фіксуючий прилад, який наочно відображає всі коливання електричного струму, що відбуваються в певному електричному механізмі. За допомогою приладу можна знайти перешкоди, а також спотворення проходження електричного імпульсу в різних вузлах схеми.

Застосування в діагностиці та ремонті автомобілів

Застосовуються ці прилади та інших областях. Так часто використовуються визначення несправностей у системі виконавчих механізмів та інший діагностиці. За допомогою них можна діагностувати механічні несправності двигуна.

Наприклад, осцилограф здатний:

• Виявити несправний каталізатор.
• Визначити відповідність установки шківа коленвала, що задає, по відношенню до датчика положення колінчастого валу.
• Виявити сильне підсмоктування повітря.
• Спостерігати сигнали з датчиків системи, відстежувати їхню зміну.
• Зчитувати коди несправностей, збережені системою.
• Вказати ідентифікаційні дані системи ЕБУ.
• Виконати перевірку роботи виконавчих механізмів тощо.

Природно, що такий прилад повинен мати логічний аналізатор, спеціальне програмне забезпечення та вміти виконувати дешифрування протоколів.

Як вибрати осцилограф

На ринку представлено безліч різних моделей. Тому перед покупкою слід визначитись:

• Чи слід дізнатися, де буде застосовуватися прилад?
• Яка амплітуда вимірюваних сигналів?
• Сигнали в скількох точках схеми потрібно буде вимірювати одночасно?
• Необхідність вимірювання одиночних та періодичних сигналів?
• Необхідність сигналів у частотній області, функції швидкого перетворення Фур'є тощо?

При виборі слід звернути увагу на такі параметри:

• Кількість каналів. Вони будуть впливати на кількість незалежних сигналів, що відображаються на дисплеї. Їхня одночасна наявність дозволить спостерігати за декількома графіками, проводити їх порівняння та аналізувати. Для роботи із простою технікою вистачить 2-4 каналів. Найбільш просунутими є прилади з функцією логічного аналізатора та 16 каналами.
• Частота дискретизації впливатиме на кількість вибірок сигналу в секунду, тобто на якість роздільної здатності зображення на екрані. Більше точок сигналу дозволить побудувати більш точне зображення. Цей параметр важливий при вимірі перехідних та одноразових процесів.
• Тип харчування. При роботі з приладом на виїзді або далеко від мережі краще купувати модель з акумулятором. В інших випадках краще купувати вимірювальні прилади, що працюють від мережі.
• Смуга пропуску. Слід врахувати, що смуга пропускання повинна в 3-5 разів бути вищою за значення частот досліджуваних сигналів. Для простих підсилювачів звукової частоти та цифрових схем достатньо параметра 25 МГц. Для професійних досліджень і радіочастотних схем буде потрібно пристрій зі смугою пропускання близько 100-200 МГц.

Сьогодні можна купити пристрої, випущені 30-40 років тому. Однак такий осцилограф краще не використовувати, адже:

• Для калібрування необхідно використовувати підбудовники, яких повно зверху і збоку. Забезпечити точне налаштування буде важко.
• Висохлі електроліти.
• Габарити і таке інше.

Електронний осцилограф (ЕО) - пристрій, за допомогою якого спостерігають, досліджують та вимірюють амплітуди електричних сигналів та їх часові параметри. Такий прилад є найбільш поширеним радіовимірювальним агрегатом, завдяки якому можна побачити електричні процеси, що відбуваються, незалежно від моменту появи імпульсу і його тривалості. По зображенню, що передається на екран, можливо з точністю визначити амплітудні коливання досліджуваного сигналу і їх тривалість на будь-якій ділянці мережі.

Осцилографи, що працюють на основі електронно-променевої трубки - громіздкі та маломобільні агрегати. Однак вони відрізняються високою точністю вимірів. Такі прилади здатні швидко обробляти вхідні сигнали. Вони мають широкий частотний діапазон та відмінну чутливість.

Сфера використання ЕО

Область застосування осцилографів велика. За допомогою дослідник зможе спостерігати форми електричних імпульсів, завдяки чому цей прилад став незамінним «помічником» у налагоджувальних роботах електронної апаратури. Можливості ЕО:

• визначення напруги та часових параметрів сигналу та його частоти;
• спостереження форми сигналу;
• відстеження спотворення імпульсів на будь-якій ділянці мережі;
• визначення зсуву фаз;
• вимір сили струму, опору.

При вимірі значень напруги в електричних ланцюгах осцилограф практично не споживає енергію та працює у широкому діапазоні частот.

Електронний осцилограф використовується в дослідницьких лабораторіях, діагностичних автосервісах, майстернях з ремонту електроніки. Завдяки такому приладу можна оперативно визначити причину несправності мікросхеми.

Влаштування електронних осцилографів

Незважаючи на широкий асортимент радіовимірювальних приладів, схема осцилографа незалежно від моделі та конструктивних особливостей агрегатів, приблизно та сама. Найбільш важливі складові будь-якого ЕО:

• електронно-променева трубка (ЕЛТ);
• канали відхилення (вертикальний та горизонтальний);
• блок керування;
• калібратори;
• джерело живлення.

Головна частина ЕО — вакуумна ЕЛТ, яка є витягнутою ємністю зі скла. У ній знаходяться комплекс електродів (званий електронною гарматою) та люмінофорний екран, завдяки якому в результаті влучення електронів можна спостерігати біолюмінесценцію. У вакуумній трубці також знаходиться катод, модулятор, 2 анода і пара пластин, що відхиляють. Горизонтальний канал містить генератор розгортки, синхронізуючий пристрій та підсилювач. В канал вертикального відхилення входить кабель з'єднання, вхідний тумблер, і навіть дільники напруги.

Блок керування призначається для підсвічування прямого ходу розгортки і необхідний погашення електронного променя в процесі ходу. Калібратор - пристрій, що виконує функцію генератора напруги. Він призначений для високоточного визначення частоти та амплітуди імпульсних сигналів. Живильний блок забезпечує електроживлення всіх вузлів та механізмів ЕО. На блок проводиться подача напруги 220В, після чого відбувається його перетворення і напрямок на нитки, що розжарюють, генераторні підсилювачі та інші складові приладу.

Особливості функціонування електронних осцилографів

Функціонування будь-яких моделей ЕО передбачає перетворення досліджуваних імпульсів на наочний малюнок, що відображається на екран вакуумної ЕЛТ. Випускання електронів здійснюється за допомогою електронної гармати, яка розташована протилежно до кінця променевої трубки. Між системою електродів і екраном розташований модулятор, за допомогою якого відбувається регулювання потоку електронів, а також дві пари пластин, що дозволяють виробляти відхилення електронного променя по горизонталі або вертикалі.

Принцип роботи ЕПТ полягає в наступному: на нитку розжарювання подається змінна, а на модулятор - постійна напруга. На пластини, що відхиляються, проводиться подача постійної напруги, за рахунок чого відбувається зміщення потоку електронів в сторони, і змінного, необхідного для створення лінії розгортки. На її довжину впливає значення амплітуди пилкоподібної напруги. При одноразовій подачі напруги одну і другу пару пластин на екрані відображається синусоїдальна лінія розгортки досліджуваного імпульсу.

Вибір ЕО в залежності від призначення

Найпоширенішими моделями електронних осцилографів є універсальні пристрої. Вони подача досліджуваного сигналу здійснюється через атенюатори і підсилювачі на ЕЛТ, що вертикально відхиляється. Горизонтальний нахил відбувається за рахунок генератора розгортки. Такі прилади дозволяють досліджувати електричні імпульси у широкому діапазоні частот та амплітуд. Завдяки цим моделям осцилографів можливий вимір тривалості сигналу, що надходить від часток секунд.

Використання стробоскопічних електронних осцилографів дозволяє проводити дослідження форм і вимірювати амплітудні і часові параметри сигналів, що періодично виникають. Такі прилади необхідні, щоб досліджувати перехідні процеси в напівпровідниковій техніці, що швидко діє, мікромодульних та інтегральних пристроях. За допомогою цього вимірювального приладу можна спостерігати за сигналами, що повторюються, з тривалістю в частки секунд.

Спеціальні електронно-променеві осцилографи призначені на вирішення конкретних завдань. Найчастіше такі прилади застосовують для дослідження телевізійних та радіолокаційних сигналів. Агрегати спеціального призначення містять у своєму пристрої специфічні вузли.

Також широко поширені запам'ятовуючі осцилографи. Вони застосовуються за необхідності дослідження повільних процесів та одиночних імпульсів. Такі моделі ЕО оснащені спеціальним пристроєм з пам'яттю, завдяки якому можна зберегти отримані дані на певний час. У разі потреби сигнал можна відтворити для його дослідження та подальшої обробки.

Для спостереження за гармонійними або імпульсними сигналами, що протікають у режимі реального часу за одиниці наносекунд, використовують швидкісні ЕО. Оперативна обробка імпульсів такими пристроями досягається за рахунок застосування ЕПТ з хвилею, що біжить. У цих приладів немає підсилювача, що генерує, у вертикальному каналі відхилення.

Величезним попитом також користуються ЕО зі змінними блоками. Змінюючи блок на приладі, можна змінювати його характеристики та основні робочі параметри, такі як:

• смуга пропуску;
• коефіцієнт розгорнення;
• значення відхилення.

За допомогою зміни блоку можлива зміна функціональних можливостей пристрою.

Вибір ЕО в залежності від кількості каналів

Виробники радіовимірювальних приладів випускають осцилографи, які можуть бути одно, двома або багатопроменевими, а також двома і багатоканальними. Однопроменевий ЕО - агрегат, що має один вхідний пристрій. Найпоширенішими вважаються двопроменеві та двоканальні прилади. Вони призначені для одночасного спостереження та дослідження на одному екрані ЕЛТ двох імпульсних сигналів.

Двопроменеві осцилографи зручно використовувати при необхідності зіставлення імпульсних сигналів на виході та вході, для спостереження за різними перетворювачами та для вирішення інших завдань. Ці електронні пристрої мають 4 робочі режими:

1. Одноканальний, при активації якого працює лише один із двох каналів.
2. Чергування, що дозволяє включати по черзі один і другий канал після кожної розгортки.
3. Переривання, що дозволяє активувати обидва канали. Однак їх перемикання відбувається з неоднаковою частотою.
4. Додавання, завдяки якому обидва канали функціонують при одному навантаженні.

Двоканальні та двопроменеві пристрої мають свої переваги та недоліки. Переваги перших - бюджетна ціна та відмінні технічні характеристики. Переваги других полягають у можливості дослідження двох сигналів як окремо, і разом. Багатопроменеві електронні прилади виготовлені за принципом двопроменевих. Скільки променів має осцилограф, стільки ж у нього є сигнальних входів.

Переваги електронних осцилографів

Електронні осцилографи мають низку важливих переваг:

• оперативний вимір осцилографом амплітуди сигналу;
• висока стійкість зображення;
• підвищена чутливість;
• Великі функціональні можливості практичного застосування.

Вимірювання, зроблені ЕО, мають виняткову наочність. З їхньою допомогою можна розглянути будь-які електричні процеси. За зображенням на ЕПТ можливо провести вимірювання та порівняння струмів і напруги незалежно від форми, а також провести оцінку їх амплітудних значень, фазових характеристик різної техніки. Осцилограф - простий прилад із високою точністю вимірювань. Наявність величезного асортименту таких пристроїв радіовимірювання дозволить підібрати прилад для конкретних цілей.

Особливості підключення ЕО

Підключення радіовимірювального приладу до джерела досліджуваних сигналів необхідно проводити за допомогою проводів та кабелю коаксіального. Для спостереження за безперервними низько та середньочастотними імпульсами слід використовувати сполучні дроти. З метою дослідження імпульсів та високочастотних напруг доцільно застосувати кабелі високої частоти. Щоб послабити вплив вхідного ланцюга, пристрій підключають за допомогою повторювача. Такий пристрій має великий активний опір, невелику вхідну ємність, рівнозначні амплітудні та частотні параметри, малий коефіцієнт передачі.

У випадках вимірювання напруги з високовольтним імпульсом між виходом джерела сигналу та входом у радіовимірювальний прилад необхідно увімкнути дільник напруги. Щоб уникнути спотворень при видачі коротких імпульсів, доцільно застосовувати високочастотні кабелі, мають мінімальну довжину. При необхідності отримання осцилограм з імпульсами струму, досліджуваний ланцюг слід включити додатковий резистор з малим значенням індуктивності.

Електронно-променеві (електронні) осцилографи призначені для візуального спостереження, вимірювання та реєстрації електричних сигналів. Можливість спостереження сигналів, що змінюються в часі, робить осцилографи надзвичайно зручними при визначенні різних амплітудних і часових параметрів спостережуваних сигналів. Важливими перевагами осцилографів є широкий частотний діапазон (до 100 МГц), висока чутливість та великий вхідний опір. Все це зумовило їхнє широке практичне застосування.

В основі роботи будь-яких електронних осцилографів лежить перетворення досліджуваних сигналів видиме зображення, одержуване на екрані електронно-променевої трубки .

Електронно-променеві трубки.

Найпростіша однопроменева трубка (ЕЛТ) являє собою скляний балон, з якого відкачано повітря і в якому розташовані катод, що підігрівається (рис.4.20). До, модулятор (сітка) М,фокусуючий анод А 1прискорюючий анод А 2, дві пари взаємно перпендикулярних пластин, що відхиляють ВП хі ВП у(горизонтальні та вертикальні відхиляючі пластини). Внутрішня поверхня дна балона (екран Е)покрита люмінофором, здатним світитися під впливом бомбардування електронами.

Мал. 4.20. Схема керування променем електронно-променевої трубки

Сукупність електродів До, M, A 1 , А 2називають електронною гарматою. Конструктивно ці електроди виконані у вигляді циліндрів, розташованих по осі трубки. Електронна гармата випромінює вузький пучок електронів – електронний промінь. Для цього на електроди гармати подають напругу, як показано на рис.4.20, де ЦУЕЛ- Ланцюги управління електронним променем.

Інтенсивністьелектронного променя регулюють шляхом зміни негативного щодо катода напруги на модуляторі, що призводить до зміни яскравості світіння люмінофора. Напруги на першому і другому анодах формують електронну лінзу для фокусування потоку електронів у вузький промінь, що дозволяє отримати на екрані трубки пляма малого розміру, що світиться. Для прискорення електронів до швидкості, необхідної для свічення люмінофора, служить третій анод А3,на який подається висока позитивна напруга.

Сформований електронний промінь проходить між парами пластин, що відхиляються. ВП хі ВП уі під дією напруг, прикладених до цих пластин, відхиляється відповідно по осях координат Xі У, викликаючи зміщення світиться плями на екрані трубки. На рис.4.20 також показано спрощену схему управління початкової установки променя по осі Y(по осі Xуправління аналогічне). Змінюючи положення рухомого контакту змінного резистора («Зміщення Y»), можна змінювати напругу на пластинах Yі тим самим зміщувати промінь екраном.

Чутливість електроннопроменевої трубки дорівнює

де l t- відхилення променя на екрані трубки, спричинене напругою U tприкладеним до пластин, що відхиляють. Зазвичай S T = 0,5 ÷ 5 мм/В.

Пристрій та принцип дії осцилографа.

Спрощена функціональна схема осцилографа (рис.4.21) включає електронно-променеву трубку ЕЛТ,вхідний дільник напруги ВД,підсилювач вертикального відхилення УВО,що складається з попереднього підсилювача ПУ,лінії затримки ЛЗта вихідного підсилювача ВУ,блок синхронізації БС,генератор розгортки ГР,підсилювач горизонтального відхилення УГОта калібратори амплітуди КАта тривалості КД.

Рис.4.21. Функціональна схема електронно-променевого осцилографа

Досліджуваний сигнал подається на вхід Yканалу вертикального відхилення, що включає вхідний дільник і підсилювач вертикального відхилення. Вихідна напруга УВО,надходячи на вертикальні відхиляючі пластини, керує відхиленням електронного променя в трубці по осі Y.

При подачі змінної напруги на вхід Yелектронний промінь викреслює на екрані осцилографа вертикальну лінію. Для отримання зображення досліджуваного сигналу, розгорнутого у часі, необхідно зміщувати (розгортати) промінь по осі Xіз рівномірною швидкістю. Це здійснюється подачею на пластини, що відхиляють. ВП хлінійно змінної пилкоподібної напруги, що виробляється генератором розгортки ГР.

Принцип розгорнення зображення ілюструється рис.4.22, де дано криві зміни напруги. і хі u у, що подаються на пластини ВП хі ОП yі зображення, що виходить при цьому на екрані осцилографа. Цифрами 1 - 4, 1’ - 4" позначені точки кривих у відповідні моменти часу. З малюнка видно, що за рівності періодів напруг і хі u Yна екрані виходить нерухоме зображення одного періоду сигналу, що досліджується. При збільшенні періоду пилкоподібної напруги і хв праз на екрані з'явиться зображення пперіодів досліджуваного сигналу

Для отримання стійкого зображення на екрані осцилографа частота пилкоподібної напруги розгортки повинна бути кратна частоті сигналу, що досліджується. Витримати точно кратність частот напруги їх і uY на практиці виявляється досить складно внаслідок «догляду» частоти генератора ГР та зміни частоти досліджуваного сигналу. Це призводить до нестійкості зображення сигналу. Для забезпечення стійкості зображення в осцилограф є блок синхронізації БС, який здійснює зміну частоти генератора ГР (в деяких межах) відповідно до частоти досліджуваного процесу.

Для спостереження неперіодичних або одноразових сигналів використовується режим роботи генератора розгортки, при якому пилкоподібний імпульс виробляється тільки з приходом досліджуваного імпульсу. Щоб не втратити зображення на екрані початкової частини сигналу, у каналі вертикального відхилення використовується лінія затримки ЛЗ. Завдяки їй досліджуваний сигнал надходить на пластини вертикального відхилення через деякий час t ЗАД після початку роботи генератора розгортки.

В осцилографах передбачається можливість запуску генератора розгортки від зовнішнього джерела сигналів, що підключається до спеціального входу «Вхід синхронізації».

Основні характеристики осцилографів.

Коефіцієнт відхиленняДо U - відношення напруги вхідного сигналу до відхилення променя (у поділах шкали), викликаного цією напругою. Типовий діапазон значень 50 мкВ/поділ - 10 В/поділ.

Коефіцієнт розгортки До t- Відношення часу Δt до відхилення променя, викликаного напругою розгортки за цей час. Типовий діапазон значень 0,01 мкс/поділ - 1 с/поділ.

Смуга пропуску- діапазон частот, у межах якого коефіцієнт відхилення змінюється лише на 3 дБ щодо значення середній частоті. Сучасні осцилографи мають смугу пропускання 100 МГц.

Класи точностіосцилографів - 1, 2, 3 або 4 при величині основної похибки вимірювання напруги та часових інтервалів, відповідно, не більше 3, 5, 10, 12%.

Параметри входівОсцилограф визначається активним опором R ВХ (>1 Мом) і вхідною ємністю С ВХ (одиниці пікофарад)