Принципы радиоизмерений Исследование стабилизированного выпрямителя Исследование усилительных каскадов Расчет трехфазной цепи Исследование нелинейных цепей постоянного тока Исследование электрических фильтров

Лабораторные работы по электронике и электротехнике

Линейная непрерывная развертка

Для того, чтобы получить на экране осцилллографическое изобра­жение исследуемых процессов используется второе напряжение, обеспе­чивающее перемещение пятна на экране в горизонтальном направлении. Это напряжение, называемое развертывающим, вырабатывается специальным генератором развертки и подается на горизонтально отклоняющие пластины трубки. Развертывающее напряжение возрастает пропорцио­нально временя, и поэтому луч с равномерной скоростью движется по экрану осциллографа. Увеличение напряжения развертки прекращается в момент достижения лучом края экрана, в этот момент оно мгновен­но уменьшается до нуля. При этом луч мгновенно перебрасывается к противоположному краю экрана трубки. Далее процесс повторяется, и луч чертит на экране трубки горизонтальную прямую - линию развертки.

Если на пластины "У" подается напряжение исследуемого сигнала Uc, то луч получает дополнительные отклонения по вер­тикали и на экране появляется осциллограмма исследуемого напряжения в функции времени: Uc=f(t). Осциллограмма будет неподвиж­ной только в том случае, если период развертки равен или кратен пе­риоду сигнала, или частота сигнала равна или кратна частоте раз­вертки.

Для получения напряжения развертки в осциллографе встраивают специальные автоколебательные устройства, которые называются гене­раторами развертки. Генератор развертки представляет собой генера­тор импульсов пилообразной формы, состоящий из зарядного устройства, основным элементом которого является конденсатор, разрядного устрой­ства и импульсного ключа, управляющего процессами зарядки и разряд­ки конденсатора. Все генераторы линейной развертки относятся к так называемым релаксационным генераторам, которые принципиально не способны точно поддерживать частоту генерируемых колебаний. Кроме того, часто случается, что частота исследуемого сигнала тоже не очень стабильна. Следовательно возникает задача принудительной «подгонки» частоты развертки под частоту сигнала. Процесс принудитель­ного установления и поддержания равенства или кратности двух час­тот (периодов) называется синхронизацией или захватыванием. Для осуществления синхронизации необходимо в схему генератора разверт­ки ввести напряжение синхронизирующей частоты.

Синхронизирующие сигналы поступают на ключевой элемент, заставляя его работать с частотой синхронизации. В моменты, когда синхронизирующее напряжение (рис.2.6) превышает пороговое напряжение ключевого элемента (Uотп), конденсатор быстро заряжается большим током (момент t1). Затем в течение времени t1-t2 проис­ходит разряд конденсатора постоянным током. В момент времени t2 разряд принудительно прерывается ключом, конденсатор снова заряжа­ется и т.д.

Рис. 2.6. Эпюры напряжений, поясняющие процесс синхронизации

I - синхронизирующий сигнал, Uотп - значение отпирающего напряжения ключевого элемента;  2 - синхронизированное напряжение развертки; 3 - автоколебания генератора развертки.

В качестве синхронизирующего напряжения используются исследу­емые напряжения, напряжение сети и напряжения от любых внешних источников. Наиболее распространенной является так называемая "внутренняя" синхронизация, при которой напряжение исследуемого сигнала подается в переключающую цепь генератора развертки с выхо­да первого каскада усилителя вертикального отклонения (рис,2.4). При этом создаются наилучшие условия наблюдения, т.к. исследуемый сигнал даже при его нестабильности "ведет" за собой частоту разверт­ки, и изображение остается неподвижным.

Синхронизация от сети переменного тока используется в тех случаях, когда исследуются процессы, частота которых кратна 50 Гц. . При "внешней" синхронизации частота генератора развертки синхрони­зируется частотой внешнего источника напряжения.

Практически переход от одного вида синхронизации к другому осуществляется переключателем на 3 положения с обозначениями "Внут­ренняя", "Внешняя" и "От сети", расположенным на передней панели осциллографа, а уровень синхронизации устанавливается для разных частот исследуемых сигналов ручкой "синхронизация".

2.3.3. Ждущая развертка

При исследовании импульсных сигналов с большой скважностью непрерывная развертка с периодом автоколебаний Тр не обеспечива­ет удовлетворительного наблюдения. Это объясняется тем, что при большой скважности период следования импульсов Ти много больше длительности импульса tи и при Ти=Тр изображение импульса на экране будет очень коротким и форму его наблюдать невозможно. Если установить период развертки, соизмеримый с длительностью импульсов, то изображение импульса будет достаточным по ширине, но очень блед­ным и неустойчивым, т.е. опять непригодным для наблюдения. Еще хуже обстоит дело, если нужно наблюдать непериодические или однократные процессы. Периодическая непрерывная развертка принципиально не может обеспечить их наблюдение.

Высококачественное наблюдение импульсов большой скважности и непериодических процессов возможно лишь в.случае, если на пластины "X" и «У» синхронно поступают исследуемый сигнал и развертывающее напряжение. Генератор ждущей развертки в обычном состоянии нахо­дится в "покое", т.е. не генерирует колебания, или как говорят "ждет". В момент поступления сигнала в канал "У" генератор разверт­ки вырабатывает пилообразное напряжение, достаточное по амплитуде и длительности для удобного, наблюдения изображения на экране осцил­лографа.

Однако при запуске развертки исследуемым сигналом существует опасность, что передний фронт сигнала не будет воспроизведен на экране, т.к. процесс развертки начинается хотя и с небольшим, но конечным опозданием tоп относительно начала сигнала. Особенно это сказывается при исследовании импульсных напряжений с крутыми фронтами. Чтобы изображение на экране представляло весь процесс, сигнал в канале «У» или в источнике сигнала задерживается на вре­мя tз > tоп (рис.2.7) .

Рис. 2.7. Эпюры напряжений, поясняющие необходимость задержка сигнала при ждущей развертке

Для осуществления задержки сигнала в канал «У» осциллогра­фа вводится специальное с устройство - линия задержки (рис.2.4). При работе в режиме ждущей развертки и отсутствии сигнала с левой стороны экрана видна яркая точка, луч "ждет" начало развертки. Эта точка, находясь длительное время на одном и том же месте экрана, может повредить его. Для устранения этой опасности луч гасится руч­ной регулировкой яркости.

2.3.4. Вспомогательные устройства осциллографа

Для определения величин отклонений луча в вертикальном и го­ризонтальном направлениях их измеряют: при отклонении по вертикали-

в единицах напряжения, по горизонтали - в единицах времени. Изме­рение по вертикали выполняется методом сравнения данного отклоне­ния с отклонением, получающимся от калибровочного вспомогательного напряжения. Источник последнего - калибратор амплитуды - представ­ляет собой мостовую схему, позволяющую получать регулируемое нап­ряжение от сети. Размер этого напряжения определяется по градуировочной шкале потенциометра или измеряется вольтметром. Для удобства сравнения отклонений используется прозрачная масштабная сетка, расположенная перед экраном электронно-лучевой трубки. Погрешность определения напряжения таким способом составляет ± (5 ÷ 7) %.

При наблюдении импульсных сигналов нужно определять длитель­ности импульса tи , фронтов tф . Для этого на модулятор трубки подается синусоидальное напряжение от измерительного генератора из­вестной частоты и регулятором яркости устанавливается такая интен­сивность луча, чтобы отрицательные полупериоды напряжения гасили луч. Тогда на осциллограмме появятся темные штрихи - метки, по ко­личеству которых определяют длительность импульса или его части. Например, если частота f = I МГц, то его период T =1/f= 1 мкс. а так как длительность темного и светлого штрихов есть не что иное, как период, то по их числу, т.е. по числу меток легко определять длительность в мкс любой части сигнала. В осциллографах предусмат­ривается специальный генератор меток (вырабатывающий сигналы ста­бильной частоты), частота которого может дискретно меняться в зави­симости от длительности исследуемого импульса так, чтобы на каждой длительности ждущей развертки на осциллограмме сигнала имелось удобное число меток - 10 ÷ 15, Абсолютная погрешность измерения длительности при помощи меток не превышает половины цены метки.


Исследование выпрямителя однофазного и трехфазного токов