Осциллограф устройство и принцип работы

Все самое важное на тему: "Осциллограф устройство и принцип работы" с объективным подходом к проблематике. Актуальность информации на 2021 год можно уточнить у дежурного консультанта. Так же он ответит на другие сопутствующие вопросы.

Назначение и принцип работы электронно-лучевого осциллографа

Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) предназначен для изучения функциональных связей между двумя или несколькими электрическими напряжениями. Принцип работы ЭЛО основан на визуализации следа тонкого электрического луча на люминесцирующем экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

ЭЛТ (рисунок 1) состоит из электронно-лучевой пушки 1, двух пар отклоняющих пластин «Х» и «Y» и люминесцирующего экрана 2.

Электронно-лучевая пушка представляет собой электронно-оптическую систему, формирующую тонкий электронный пучок (электронный луч), который, проходя через отклоняющие пластины «Х» и «Y», отклоняется пропорционально поданным напряжениям

и . Результатом этого являются отклонения луча на экране трубки по осям и , пропорциональные соответствующим напряжениям, приложенным к отклоняющим пластинам. Попадая на люминесцирующий экран 2, электронный луч вызывает свечение, которое продолжается в течение облучения, а также и после окончания, в течение времени люминесценции.

При непрерывном изменении во времени

и на экране формируется светящаяся траектория, отражающая функциональную зависимость от , называемая осциллограммой.

Чаще всего осциллограмма отражает временную зависимость

, для этого в качестве используется линейно растущее во времени напряжение , где – время, – скорость нарастания напряжения.

По такой осциллограмме можно определить полярность, амплитуду и длительность сигнала.

Осциллограф имеет проградуированную в вольтах шкалу по вертикали и в секундах по горизонтали. Это обеспечивает возможность одновременного наблюдения и измерения величины сигнала во времени.

Упрощенная блок-схема осциллографа в режиме исследования временной зависимости сигнала приведена на рисунке 2.

Исследуемый сигнал А поступает на вход усилителя вертикального отклонения, предназначенного для согласования величины отклонения луча с величиной входного сигнала. Коэффициент усиления усилителя изменяется регулировкой «Вольт/деление».

Горизонтальное перемещение луча создается генератором развертки, который формирует для этой цели пилообразное напряжение Е, время нарастания которого контролируется регулировкой «Время/деление». Кроме того, генератор пилообразного напряжения формирует на время прямого хода импульс подсвета луча F, «открывающий» электронно-лучевую пушку. На время обратного хода электронная пушка «закрывается» и свечения экрана не происходит.

Пилообразное напряжение поступает на вход усилителя горизонтального отклонения, который обеспечивает на выходе два противофазных напряжения, пропорциональных входному, которые подаются на горизонтально отклоняющие пластины. Электронный луч перемещается по экрану с постоянной скоростью, создавая, таким образом, линейную развертку времени. Скорость развертки изменяется регулировкой «Время/деление».

Для получения стабильного изображения каждая новая развертка должна начинаться с одной и той же точки исследуемого сигнала. Это обеспечивается подачей исследуемого сигнала В с усилителя вертикального отклонения на синхронизатор, который формирует импульс запуска генератора развертки Д в момент, соответствующий выбранной точке сигнала по времени.

Поскольку срабатывание синхронизатора требует определенного времени, то в тракт исследуемого сигнала высокоскоростных осциллографов вводится линия задержки, на которой исследуемый сигнал задерживается на величину времени задержки

.

2. Основные способы исследования переменных напряжений с помощью осциллографа

2.1. Измерения в режиме непрерывной развертки (автоколебательном режиме)

Этот режим может быть использован только для наблюдения периодических колебаний с достаточно стабильной частотой.

При этих измерениях генератор развертки (ГР) осциллографа работает в режиме автоколебаний, частота которых регулируется.

Для получения неподвижной осциллограммы период колебаний напряжения генератора развертки должен быть кратен периоду колебаний исследуемого напряжения. Поскольку из-за нестабильности периодов ГР и исследуемого сигнала это условие постоянно нарушается, то для его восстановления применяется схема синхронизации, роль которой в этом режиме сводится к автоматической подстройке частоты колебаний генератора развертки.

Измерение промежутков времени осуществляется по измерению расстояния по горизонтальной оси между двумя точками и переводу его во временной интервал в соответствии с положением переключателя «Вольт/деление».

2.2. Измерение в режиме ждущей развертки с синхронизацией исследуемым сигналом

Режим ждущей развертки может быть применен для исследования как периодических, так и непериодических процессов. В этом режиме генератор развертки начинает формировать пилообразное напряжение только после прихода импульса запуска, который формируется синхронизатором в определенной точке исследуемого сигнала так, как это было описано в разделе 1.

Поскольку до прихода импульса запуска напряжение на выходе генератора развертки не меняется, то в отсутствии входного сигнала развертка на экране осциллографа не наблюдается. Этот факт может быть использован для проверки правильности выбора режима: при отключении входного сигнала развертка должна исчезать.

2.3. Измерение в режиме ждущей развертки с синхронизацией внешним сигналом

Этот режим может быть применен для исследования синхронных периодических и непериодических процессов. В этом случае начало развертки может быть синхронизировано одним из процессов, а исследоваться другой.

Для примера рассмотрим два синхронных напряжения, эпюры которых приведены на рисунке 3.

Как видно из рисунка 3, напряжение меняется синхронно с . Поэтому для наблюдения можно запускать развертку напряжением . При этом на экране осциллографа будет наблюдаться осциллограмма, приведенная на рисунке 4.
Читайте так же:  Оплата больничного после увольнения пенсионера

Практически этот режим осуществляется переключением синхронизатора в режим внешней синхронизации: подачей на вход синхронизации напряжения

, а на вход усилителя вертикального отклонения – напряжения .

Проверка правильности выбора режима может быть осуществлена отключением синхронизирующего напряжения

от входа внешней синхронизации, что должно приводить к исчезновению развертки.

Режим ждущей развертки с синхронизацией внешним сигналом может быть использован для измерения временной задержки одного сигнала относительно другого, например, для измерения сдвига фаз двух напряжений.

Для измерения сдвига фаз необходимо синхронизировать развертку внешним сигналом, подать его параллельно на вход вертикального отклонения осциллографа и запомнить положение на экране характерных точек осциллограммы (точка

на осциллограмме 1 рисунка 5).

После этого, не меняя условий внешней синхронизации, подать на вход вертикального отклонения исследуемый сигнал (осциллограмма 2). Измерив расстояние между соответствующими точками (т.т. и на рисунке 5), поделив его на период колебаний ( на рисунке 5) и умножив на 2p, получим сдвиг фаз j в радианах (или в градусах, если умножить на 360 о ).

Для примера, на рисунке 5

(рад) ( (град)), причем напряжение 2 опережает напряжение1 на угол , т.к. соответствующая ему точка достигается по времени раньше, чем точка .

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: http://studopedia.ru/5_79878_naznachenie-i-printsip-raboti-elektronno-luchevogo-ostsillografa.html

Что такое осциллограф и для чего он нужен

Осциллограф – неотъемлемая часть комплектов измерительных приборов, предназначенных для электронных устройств. Осциллограф – это единственное устройство, которое помогает пронаблюдать саму форму сигнала и при этом оценивать его время и амплитуду. Сейчас осциллографы совсем не уступают в точности специальным измерительным приборам – вольтметрам, к примеру.

Назначение осциллографа – наблюдать форму сигнала, измерение параметров сигнала в любой момент времени, сравнение форм сигналов и их фазовых сдвигов с другими колебаниями.

Второе название осциллографа – осциллоскоп.

Устройство и принцип работы осциллографа

Среди всех измерительных приборов осциллограф считается одним из самых сложных в плане своего устройства. И не зря. Ведь по принципу работы он сравним с телевизором. Разница разве что в виде сигнала, обрабатываемом этими устройствами.

В основе лежит электронно-лучевая трубка. На ней отображается состояние входного электрического сигнала. Чтобы изображение совпадало с формой колебаний, электронный луч осциллографа управляется генератором строчной развёртки. (картинка)

У осциллографа электронно-лучевая трубка в своём устройстве имеет две пары отклоняющихся пластинок. Именно они и управляют положением электронного луча на экране.

Первая пара – горизонтальная. Она отвечает за отклонение луча в этой плоскости. На неё подаётся напряжение пилообразной формы от генератора горизонтальной развёртки. Потом напряжение увеличивается. Это вызывает отклонение луча по горизонтали. Луч вернётся назад и начнёт движение заново во то время, когда импульс резкой пойдёт на спад. Сам момент возвращения луча виден быть не должен. На экран в это время подаётся напряжение гашения луча.

Чтобы лучше понять принцип работы устройства, можно изучить блок-схему осциллографа. По ней в том числе становится понятно, что в состав устройства входят горизонтальный и вертикальный каналы.

Горизонтальная развёртка

Канал горизонтального подключения подключается к генератору развёртки. Он вырабатывает сигналы горизонтального отклонения лучей. Генератор Х (развёртки) работает в нескольких режимах.

  • Внутренняя синхронизация. Автоколебания с выставленной вручную частотой;
  • Внешняя синхронизация. От входных импульсов запускается генератор. Она включает в себя три режима: запуск от внешнего источника, по фронту импульсов или их спаду;
  • Синхронизация от питания (50Гц);
  • Ручной запуск. Так же называется однократным.

При исследовании стабильных сигналов удобно использовать режим внутренней синхронизации. В этих условиях изображение будет неподвижным. Чтобы увеличить стабильность можно организовать захват частоты на входе генератором развёртки.

Также этот режим называется ждущим. В нём запуск генератора происходит в тот момент, когда входной сигнал достигает определённого уровня. Или от внешнего источника. В режиме внешней синхронизации удобно исследовать не очень стабильные колебания, особенно если есть синхронизация между генератором развёртки и схемы от одного источника колебания. Прибор поддаётся регулировка, чтобы точно установить уровень, на котором генератор запускается.

Если синхронизация происходит от сети питания, то запуск развёртки будет синхронизирован с колебанием напряжения сети. Так что синхронизация от сети так же предусмотрена, чтобы наблюдать за помехами и искажениями. Ручная синхронизация подходит для исследования различных непериодических сигналов. К примеру, в логических схемах.

Вертикальная развёртка

Канал вертикального отклонения называется каналом Y, по аналогии с горизонтальной осью Y в системе координат. В нём входной исследуемый сигнал обрабатывается. Сигнал этот поступает в канал через аттенюатор. Аттенюатор – это ступенчатый регулятор уровня. Это делается для того, чтобы амплитуда параметра, который измеряют, не превышала допустимый уровень. А картинка тем временем не выходила за пределы экрана. Канал Y может передать сигнал на генератор горизонтального отклонения для его синхронизации.

Обычно канал вертикального отклонения работает в открытом режиме. Это значит, что само отклонения луча будет чётко совпадать с уровнем сигнала. Когда есть постоянная составляющая, то это мешает наблюдению за колебаниями. Происходит это из-за того, что картинка будет слишком смещена к границам экрана сверху или снизу. Так же она может вообще выходить за границы. Эту постоянную составляющую можно убрать, если включить режим закрытого входа. Или настроить аттенюатор под размеры экрана.

Читайте так же:  Справка 2 ндфл с нулевым доходом

Про закрытый вход. Сигнал поступает через конденсатор, не создающий препятствия для переменного напряжения. Тогда оба канала обладают оконченными усилителями, формирующими нужные уровни сигналов, которые подаются на отклоняющие пластины.

Основные параметры осциллографа

Осциллограф имеет ряд характеристик, которые помогают лучше определить его области применения.

Сопротивление входа

Большинство осциллографов имеют сопротивление входа 1 МОм. Это нужно для того, что вход самого устройства не искажал схему. Для этого его сопротивление должно быть достаточно большим.

Верхняя граница частоты исследуемого сигнала

Это тоже очень важный параметр. Сейчас осциллографы могут работать с колебаниями частот в гигагерцах. И имеется в виду не только частота сигнала, но так же длительность его фронта и спад определённых импульсов. Другими словами, время измерения амплитуды.

Особенно это полезно при исследовании сигналов, не обладающих формой синусоида. В сигнале больше гармонических составляющих с большой частотой, когда форма сигнала близится к прямоугольной. И входные цепи должны быть рассчитаны на такие частоты. Иначе задняя и передняя стенки импульсов на изображении будут искажены. Форма импульса не будет соответствовать действительности, хотя частота будет верной.

Здесь важно учесть, что при исследовании прямоугольных колебаний максимально допустимая частота осциллографа должна превосходить частоту сигнала в несколько раз.

Допустимые значения уровня

Понятно, что колебания малого уровня едва ли вызовут отклонения пучка электронно-лучевой трубки. Да и выйти из границ допустимых пределов разрешающей способности аналого-цифрового преобразователя частот тоже. Высокие значения в свою очередь могут вызвать множество реакций, от искажений изображения до выведения из строя входных цепей всего устройства.

Назначение осциллографа

Из прошлых пунктов уже можно выделить несколько областей, в которых применяются осциллографы. Но о том, для чего именно нужен осциллограф, ещё сказано не было.

Понятно, что они нужны для измерений и анализа форм периодических сигналов. И иногда при измерениях без осциллографов не обойтись. Амперметр и вольтметр дадут понятие только об уровне сигнала, а частометр – о частоте. Но полной картины достигнуто не будет. Тут то и помогают осциллографы.

Самая большая область применения этих устройств – исследование форм телевизионных сигналов. В них, кроме сигналов с информацией об изображении, так же есть данные о синхронизации кадровой развёртки и строчной, импульсах синхронизации цвета и прочая информация. В этом случае наблюдение за изображением на осциллографах очень облегчает процесс ремонта и регулировку трактов изображения у телевизоров. На картинке – телевизионный осциллограф.

Типы осциллографов

Электронно-лучевые осциллографы подразделяются на:

  • Аналоговые;
  • Цифровые;
  • Аналоговые с цифровой обработкой сигнала.

Аналоговые осциллографы

Сначала, очевидно, появились аналоговые осциллографы, ведь для работы устройства использовались аналоговые детали. Они подавали вполне точное изображение формы сигнала. Однако замерять амплитуды и частоты совсем не могли. При определении этих характеристик создавалась нелинейность. Она создавалась из-за искажений, которые вносил входной тракт, и движения электронного луча вкупе с этим. Получаемые данные можно было использовать только для оценочного измерения. А наблюдение было возможно только в случае периодического сигнала.

С появлением ЭЛТ стало возможным организовать память на одно движение луча горизонтальной развёртки. Чтобы оценивать помехи импульсов и однократные сигналы, это было необходимо.

Цифровые осциллографы

Современные цифровые осциллографы имеют куда более широкие возможности. В них цифровой тракт обработки сигнала подаётся после входных цепей осциллографа на аналого-цифровой преобразователь. Этот алгоритм позволяет проводить самые точные измерения параметров, таких как частота следования, длительность импульсов, напряжение. А используя запоминающее устройство (USB-осциллограф), можно запоминать любые участки формы сигналов без специального оборудования.

Цифровые осциллографы бывают двух видов. Разделены они были по принципу использования тракта. У одних он был дополнением к аналоговым измерениям, у вторых – использовался для формирования изображения.

Видео (кликните для воспроизведения).

Устройства первого типа не отличаются от аналоговых, имея дополнительную опцию для измерения. Вторые же максимально сходны с цифровыми, имея отличие только в отображении информации.

Современные осциллографы для отображения информация используют жидкокристаллические дисплеи. Кроме формы сигнала на нём отображаются все параметры, которые устройство замеряет:

  • Среднее напряжение;
  • Амплитудное напряжение;
  • Фазовые сдвиги;
  • Длительность импульсов;
  • Длительность спада импульсов;
  • Длительность фронта.

Благодаря такому набору способностей один прибор может заменить большую часть других измерительных устройств.

Как ещё несколько полезных качеств цифровых осциллографов можно отметить:

  • Большие возможности для запоминания изображений;
  • Запоминание параметров сигналов в разные участки времени;
  • Хранение информации;
  • Вывод информации для печати;
  • Передача информации на внешний носитель.
Читайте так же:  Кто платит кредит в случае смерти

Как правильно пользоваться осциллографом

После того, как стало понятны устройство и виды, нужно понять, как пользоваться осциллографом.

Начать стоит с калибровки. Для этого предусмотрены выходы встроенного калибратора, в котором значения частоты и напряжения строго фиксированы. Изображение на экране подгоняют под норму, регулируя чувствительность и частоту. Следует помнить, что щупы у этого устройства имеют два выхода, один из которых подключается к массе – общей точке всей электросхемы.

Далее на входном аттенюаторе нужно выставить уровень напряжения измеряемого сигнала. Если оно неизвестно, то устанавливается максимальное положение. Обычно – 100В на одно деление экрана. Переключениями аттенюатора нужно добиться, чтобы картинка заняла большую часть экрана.

Следующий шаг – выставить нужный режим синхронизации и частоту задающего генератора. Значения длительности периода колебаний установлены на регуляторе частот. Например, переключатель установлен на 20 мс/дел. Это обозначает, что период колебаний, длящийся 20мс, уложится в одно деление на координатной сетке. Частота будет равна 50Гц.

Регулируя уровень и синхронизацию, нужно добиться неподвижности изображения.

Чтобы произвести измерения, нужно следовать алгоритму:

  1. Определить уровень сигнала. То есть посчитать, сколько делений по вертикали занимает изображение.
  2. Число, полученное в первом шаге, нужно умножить на значение аттенюатора.
  3. Определить длительность сигнала. То есть посчитать, сколько делений по горизонтали занимает изображение.
  4. Умножить число, полученное в третьем шаге, на значение регулятора длительности.
  5. Частоту нужно определить по формуле F=1/T, где F – это частота, а T – период колебания (наименьший промежуток времени, за который происходит колебание).

Дополнительные возможности и советы

Осциллографы могут быть двулучевыми. Двулучевые осциллографы необходимы для построения изображений большего количества сигналов. Эти устройства имеют в своей комплектации специальную ЭЛТ с двумя лучами. Конструкция её состоит из стеклянной колбы, в которой есть две системы отклоняющихся пластин, независимые друг от друга.

Один сигнал выбирают главным, по нему синхронизируют осциллограф и относительно главного сигнала наблюдают за остальными. Для увеличения входного диапазона используются входные делители 1:10 или 1:100, поднимающие верхнее допустимое значение до 10 или 100 раз. Это нужно учитывать в дальнейших расчётах, чтобы не допустить ошибки. Наличие входного делителя при этом увеличивает и входное сопротивление.

Цифровые осциллографы не требуют подсчёта амплитуд и частот вручную. Эти значения выводятся на экран. Более того, изображение можно занести в память и распечатать.

Когда нет дополнительных входов Y, для определения фазовых сдвигов нужен осциллограф с входом Х, у которого отключён внутренний генератор развёртки. Тогда, подавая колебания на эти входы, фазы и частоты можно сравнивать по «фигурам Лиссажу».

Источник: http://library.espec.ws/section6/article131.html

Осциллограф. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Осциллограф представляет прибор, используемый для исследования временных и амплитудных параметров электрического сигнала, который подается на его вход, или непосредственно на экране, или записываемого на фотоленте. На сегодняшний день это один из самых распространенных типов контрольно-измерительных приборов, который наряду с мультиметрами позволяет производить производственные и научные исследования.

На сегодняшний день промышленность не стоит на месте. Создаются современные приборы, которые позволяют значительно сокращать время исследований и разработок. Они обладают значительным набором измерительных приложений, емкостным сенсорным дисплеем, глубокой памятью и высочайшей скоростью обновления сигналов на экране.

Виды

Всего имеется несколько типов приборов, которые различаются по характеристикам:
  • Аналоговые.

  • Аналогово-цифровые.

  • Цифровые запоминающие.

  • Устройства смешанных сигналов.

  • Виртуальные устройства.
По количеству лучей осциллограф может быть:
  • Однолучевой.
  • Двулучевой и так далее.

Число лучей может быть 16 и более (n-лучевой прибор имеет n сигнальных входов, в том числе может отображать на экране одновременно n графиков входных сигналов).

Приборы также классифицируются по принципу действия:
  • Электронный: аналоговый и цифровой.
  • Электромеханический: электродинамический, выпрямительный, электростатический, термоэлектрический, электромагнитный, магнитоэлектрический.
По развертке их можно поделить:
  • Специальный.
  • Запоминающий.
  • Стробоскопический.
  • Скоростной.
  • Универсальный.

Имеются также приборы, которые совместимы с иными измерительными устройствами. Это может быть не только автономное устройство, но и приставка, к примеру, компьютер, карта расширения или вовсе подключение к внешнему порту.

Устройство

Конструкция аналоговых устройств базируется на применении систем аналоговой горизонтальной развертки и электронно-лучевых трубок. Одним из главных блоков данных приборов являются генераторы линейно меняющегося напряжения пилообразной формы.

Аналоговый осциллограф имеет:

Принцип действия

Аналоговые устройства для создания изображения на экране применяют электронно-лучевую трубку. В ней напряжение, которое подается на оси X и Y, заставляет точку передвигаться по экрану. На горизонтали можно наблюдать зависимость от времени, тогда как по вертикали идет отображение пропорциональное входному сигналу. В целом же сигнал усиливается и направляется на электроды, которые отклоняют по оси Y электронно-лучевой трубки с применением аналоговой технологии.

Цифровой осциллограф работает несколько по-другому:
  • Выполняется модификация входящего аналогового сигнала в цифровую форму.
  • Затем происходит его сохранение. Скорость сохранения зависит от управляющего устройства. Верхняя граница определяется скоростью преобразователя, при этом у нижней границы нет ограничений.
  • Преобразование сигнала в цифровой код позволяет повысить устойчивость отображения, сделать масштаб и растяжку проще, сохранить данные в память.
  • Использование дисплея вместо электронной трубки дает возможность отображать любые данные, в том числе выполнять управление прибором. У дорогостоящих приборов установлены цветные экраны, благодаря чему они дают возможность выделять цветом различные места, различать курсоры и сигналы иных каналов.
  • Синхронизацию можно наблюдать прямо перед включением развертки. Используемые процессоры обработки сигнала позволяют обрабатывать сигнал при помощи анализа преобразованием Фурье.
  • Информация в цифровом виде дает возможность записать экран с итогами измерения в память, в том числе распечатать на принтере. Большинство приборов имеют накопители, чтобы можно было записать изображения в архив и в дальнейшем произвести их обработку.
Читайте так же:  Частные инвестиции займ
Применение
Осциллограф представляет измерительный прибор, при помощи него можно:
  • Определить значения напряжения сигнала (амплитуду) и временные параметры.
  • Измерив временные характеристики сигнала, удастся определить его частоту.
  • Наблюдать сдвиг фаз, происходящий при прохождении разных участков цепи.
  • Выяснить переменную (AC) и постоянную (DC), которые составляют сигнал.
  • Наблюдать искажение сигнала, который вносит определенный участок цепи.
  • Выяснить соотношение сигнал/шум, определить стационарность шума или его изменение по времени.
  • Понять процессы, которые происходят в электрической цепи.
  • Выяснить частоту колебаний и так далее.

Эти устройства преимущественно применяются в электронике и радиотехнике. Особенно важным элементом прибор используется в электромеханических сферах производства. Данное устройство выступает в качестве фиксирующего прибора, который наглядно отображает все колебания электрического тока, происходящие в определенном электрическом механизме. С помощью прибора можно найти помехи, а также искажения прохождения электрического импульса в самых разных узлах схемы.

Применение в диагностике и ремонте автомобилей

Применяются эти приборы и в других областях. Так они часто используются для определения неисправностей в системе исполнительных механизмов и иной диагностике. При помощи них даже можно диагностировать механические неисправности двигателя.

К примеру, осциллограф способен:
  • Выявить неисправный катализатор.
  • Определить соответствие установки задающего шкива коленвала по отношению к датчику положения коленчатого вала.
  • Выявить сильный подсос воздуха.
  • Наблюдать сигналы с датчиков системы, отслеживать их изменение.
  • Считывать коды неисправностей, сохраненные системой.
  • Указать идентификационные данные системы, ЭБУ.
  • Выполнить проверку работу исполнительных механизмов и так далее.

Естественно, что такой прибор должен иметь логический анализатор, специальное программное обеспечение и уметь выполнять дешифровку протоколов.

Источник: http://tehpribory.ru/glavnaia/pribory/ostsillograf.html

Что такое осциллограф?

Осциллограф – электронный прибор для измерения электрических сигналов в цепи и наблюдения за ними. Определение формы и параметров колебаний необходимо для отслеживания корректности работы оборудования.

Первые попытки создать прибор для определения электрических колебаний относятся ещё к 1880 году. Их делали французские и русские физики. Первые осциллографы были аналоговыми. С 1980-х годов сигналы стали фиксироваться с помощью цифрового оборудования.

Устройство и принцип действия прибора

Объясним устройство аналогового осциллографа просто, «для чайников». Прибор состоит из следующих элементов:

  • лучевая трубка;
  • блок питания;
  • канал вертикального / горизонтального отклонения;
  • канал модуляции луча;
  • устройство синхронизации и запуска развёртки.

Для управления параметрами сигнала и его отображения на экране есть регуляторы. У старых моделей экрана не было. Изображение фиксировалось на фотоленте.

Принцип работы

При запуске прибора сигнал подаётся на вход канала вертикального отклонения. Он имеет высокое входное сопротивление. По тому же принципу работает вольтметр, измеряющий напряжение. Однако вольтметр не показывает временного графика колебаний напряжения.

Сигнал усиливается до необходимого уровня после подачи на вход. Он отображается на экране по вертикальной оси. Усиление требуется для работы отклоняющей системы лучевой трубки или преобразователя сигнала из аналогового в цифровой. Оно позволяет менять масштаб отображения колебаний на экране от крупного до мелкого.

Устройство

Лучевая трубка чувствительна к электрическим импульсам. Чем ниже их частота, тем выше чувствительность. В нынешних трубках количество лучей может составлять от одного до 16. Их количеству соответствует число сигнальных входов и отображающихся одновременно графиков.

Особенность цифрового осциллографа в том, что он имеет экран и преобразователь аналогового сигнала. У него есть память для сохранения данных о полученном графике колебаний. Часть информации анализируется в автоматическом режиме и отображается в обработанном виде. Аналоговый осциллограф не запоминает данные, а только показывает их в реальном времени.

Разверткой называется траектория движения луча, который улавливает колебания и выводит изображение на экран. Она бывает разной формы — эллиптической, круговой. Значение развёртки регулируется в зависимости от исследуемого сигнала по горизонтальной оси (временнóй).

Блок питания подаёт напряжение от сети 220 В на электронные схемы. Есть и аккумуляторные модели, способные работать автономно.

Виды осциллографов

По принципу действия осциллографы бывают цифровыми и аналоговыми. Существуют смешанные аналого-цифровые приборы. Всё чаще выпускают виртуальные. Там в качестве экрана используется другой прибор – монитор компьютера, телевизора.

Читайте так же:  Оплата алиментов закон

Работа некоторых моделей основана на электромеханическом принципе:

  • электродинамический;
  • электростатический;
  • выпрямительный;
  • электромагнитный;
  • магнитоэлектрический;
  • термоэлектрический.

Прибор может работать самостоятельно или являться приставкой к другому оборудованию (например, компьютеру). Во втором случае цена ниже, но сам прибор зависим от внешнего устройства.

Виды развёрток

В разных режимах работы осциллографа линейные (создаваемых пилообразным напряжением) развёртки могут различаться:

  • Однократная. Генератор запускается один раз, затем блокируется. Такая развёртка нужна для фиксирования неповторяющихся сигналов.
  • Ждущая. Запуск происходит сразу после сигнала. Нужна для наблюдения за редкими колебаниями.
  • Автоколебательная. Генератор периодически включается при отсутствии сигнала. Удобна для отображения частых периодических импульсов.

Измеряемые процессы

По принципу работы приборы делят на:

  • Специальные. Имеют блоки для целевого использования (например, телевизионные осциллографы).
  • Стробоскопические. Чувствительные приборы для исследования кратковременных повторяющихся процессов.
  • Скоростные. Используют для фиксации процессов с высокой скоростью (с точностью до нано- и пикосекунд).
  • Запоминающие. Сохраняют полученное изображение. Обычно применяют для изучения редких однократных действий.
  • Универсальные. Исследуют разные процессы.

Где применяют осциллографы?

Информация, которую даёт осциллограф:

  • значения напряжения, временные параметры колебаний;
  • сдвиг фаз, искажение импульса на разных участках цепи;
  • частота (определяется путем фиксирования его временных характеристик);
  • переменная и постоянная составляющие колебаний;
  • процессы в цепи.

Осциллографы используют как в практических, так и в научно-исследовательских целях. Для простых измерений можно воспользоваться мультиметром, но в большинстве случаев осциллограф незаменим.

Приборы для измерения колебаний применяют при настройке электронного оборудования. К примеру, для регулировки телевизионного сигнала необходимо получить его осциллографическое изображение. Приборы также используются при ремонте блоков питания, диагностике печатных плат.

При ремонте автомобилей устройство поможет получить данные о положении коленчатого и распределительного валов, датчиков положения. Данные осциллограммы расскажут о наличии импульса на катушке, укажут на неисправность свечей и проводов, диодного моста генератора.

Медицинское оборудование (кардиографы, энцефалографы) тоже работает по принципу осциллографирования. Только электрические колебания, измеряемые ими, происходят в живых организмах.

Методика измерений

Осциллограф измеряет электрическое напряжение и формирует амплитудный график электрических колебаний. Цифровые приборы могут запоминать полученный график, возвращаться к нему.

Колебания отображаются на экране в двухмерной системе координат (напряжение – вертикальная ось, время – горизонтальная ось), формируя график — осциллограмму. Есть ещё третий компонент исследований – интенсивность сигнала (или яркость).

При отсутствии входных импульсов на экране горизонтальная линия – «нулевая», обозначающая отсутствие напряжения. Как только на вход (или входы) прибора подаётся напряжение, на экране становятся видны один или несколько графиков одновременно (зависит от количества измеряемых сигналов).

График электрических колебаний по форме может представлять собой:

  • синусоиду;
  • затухающую синусоиду;
  • прямоугольник;
  • меандр;
  • треугольники;
  • пилообразные колебания;
  • импульс;
  • перепад;
  • комплексный сигнал.

Для получения стабильного графика колебаний в приборе стоит блок синхронизации. Получить цикличное отображение колебаний можно только после установки значения синхронизации. Оно принимается за «стартовое», служит отправной точкой графика. Все скачки отображаются по отношению к этой точке.

Как выбрать

Нужно представлять, в каких целях и как часто будет использоваться прибор, для изучения каких сигналов он предназначен. Учитывайте количество точек для одновременного измерения, одиночность или периодичность колебаний. Иногда используются устройства советского производства. Но получить точную настройку с их помощью трудно.

Количество каналов

По количеству каналов осциллографы могут быть одноканальными, простыми (2-4 канала), продвинутыми (до 16 каналов). Несколько каналов позволяют одновременно анализировать поступающие сигналы.

Тип питания

Прибор с аккумулятором можно брать с собой на выезд. Это удобно для мастеров, которые проверяют оборудование по месту его нахождения. Если выезды не производятся, лучше брать работающий от сети осциллограф, поскольку он стабильнее и надёжнее.

Частота дискретизации

Частота дискретизации важна для измерения однократных и переходных процессов. Чем выше этот параметр, тем более точное изображение сигнала на экране удастся получить.

Полоса пропускания

Для простых исследований цифровых схем и усилителей оптимальная звуковая частота — 25 МГц. Для профессионального измерения нужен прибор, у которого этот параметр — до 200 или даже до 500 МГц. Современные линии связи работают на очень высоких частотах. Частота исследуемых сигналов должна быть в 3-5 раз меньше величины полосы пропускания.

Настройка осциллографа

Перед использованием нового устройства проводится его калибровка с помощью находящихся на корпусе генератора прямоугольных импульсов. Сигнальный щуп подключают к калибровочному выходу, при этом на экране появляется «пила» — зигзагообразная линия. Нужно проверить работу всех функций и регуляторов.

Сейчас осциллографы регулярно используют в сфере электроники. Есть большой выбор устройств, позволяющих наблюдать за параметрами электрических колебаний. Без осциллографа не обойтись ни инженеру-профи, ни рядовому любителю радиоэлектроники.

Видео (кликните для воспроизведения).

Источник: http://www.equipnet.ru/articles/tech/tech_54360.html

Осциллограф устройство и принцип работы
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here