Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

4.3 Двухканальные и двухлучевые осциллографы

Лекция



Привет, Вы узнаете о том , что такое двухканальные, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое двухканальные, двухлучевые осциллографы , настоятельно рекомендую прочитать все из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ.

4.3.1 двухканальные осциллографы

Двухканальные осциллографы имеют два идентичных канала вертикального отклонения (вход первого - Y1, второго - Y2) и электронный переключатель, который может поочередно подавать выходные сигналы каналов на одни и те же пластины Y. В зависимости от управления работой электронного переключателя можно реализовать следующие основные режимы работы осциллографа; одноканальный (на экране виден один сигнал, подаваемый на Y1 или Y2); поочередный (на экране видны оба сигнала за счет переключения электронного переключателя во время каждого обратного хода развертки).

 

4.3.2 двухлучевые осциллографы

Двухлучевые осциллографы имеют два канала Y и специальную двухлучевую ЭЛТ, в которой есть две независимые электронные пушки и пара систем отклоняющих пластин. Горизонтальная развертка лучей общая и она запускается от генератора развертки, а вертикальная - каждая от «своего» канала Y, что позволяет наблюдать на экране осциллограммы двух сигналов (без их периодического прерывания, как в двухканальных). Такие осциллографы намного сложнее схемотехнически и дороже двухканальных.

 

4.3.3 Запоминающие осциллографы

При исследовании одиночных импульсов и периодических сигналов с большой скважностью используют запоминающие осциллографы, основой которых являются запоминающие трубки.  

Запоминающие ЭЛТ содержат те же элементы, что и ЭЛТ универсального осциллографа, а также дополнительно оснащаются узлом памяти и системой воспроизведения изображения. Узел памяти состоит из двух плоских сеточных электродов, расположенных параллельно экрану (рис. 4.8). Непосредственно у экрана находится мишень, покрытая слоем диэлектрика. Поверх мишени помещен другой электрод в виде сетки с более крупной  структурой - коллектор.

 

 4.3 Двухканальные и двухлучевые осциллографы

 

Рисунок 4.8 Запоминающая ЭЛТ:

А'2, М', К' – воспроизводящая система

 

Изображение записывается электронным лучом высокой энергии

(записывающий луч). Электроны луча оседают на мишени причем  количество заряда пропорционально току луча. При перемещении луча на мишени создается потенциальный рельеф, повторяющий форму осциллограммы. После  прекращения действия сигнала потенциальный рельеф мишени сохраняется длительное время. Наблюдать записанное изображение позволяет воспроизводящая система, состоящая из подогреваемого катода К', анода А'2 и модулятора М'. Катод трубки создает поток электронов малой энергии, плотность которого регулируют модулятором М'. В результате формируется широкий расфокусированный пучок электронов, равномерно облучающий мишень. Потенциал мишени подобран таким образом, чтобы при отсутствии записанного изображения медленные электроны воспроизводящего пучка не могли через нее пройти. При наличии потенциального рельефа в этих точках мишени часть электронов проходит к экрану, вызывая его свечение. На экране появляется осциллограмма, повторяющая форму потенциального рельефа мишени. Стирают запись подачей на коллектор отрицательного импульса, выравнивающего потенциал мишени.

У запоминающей ЭЛТ выделяют три характерных режима работы:

•      наблюдение сигнала без записи изображения; на коллекторе небольшое положительное напряжение Uкол = + 50 В, на мишени нулевой потенциал Uмиш = 0 и она прозрачна для быстро летящих электронов;

•      режим записи; Uкол = + 50 В, на мишень подают положитель ный потенциал Uмиш = 30 В, и мишень становится менее прозрачна, поэтому быстро летящие электроны выбивают вторичные электроны и создают на мишени положительный потенциальный рельеф, который остается длительное время;

•      режим воспроизведения; потенциал мишени снова становится нулевым Uмиш = 0, кроме тех мест, где записан рельеф; мишень облучается широким потоком медленно летящих электронов с воспроизводящей системы, для этого потока мишень прозрачна только в местах рельефа, где записан сигнал.

Последние модели запоминающих ЭЛТ имеют скорость записи сигналов от 2,5 до 4000 км/с.

4.3.4 Матричная индикаторная панель

Новым отображающим устройством, применяемым в современных осциллографах с аналого-цифровым и полностью цифровым преобразованием исследуемого сигнала, является матричная индикаторная панель. Она представляет собой совокупность расположенных определенным образом отдельных дискретных излучателей (жидкокристаллических, газоразрядных, твердотельных, плазменных и т.д.). На рис. 4.9 показана конструкция матричной газоразрядной панели.

Матричная панель содержит две стеклянные пластины 1на внешних поверхностях которых напылены  тонкие проводящие полоски - аноды 2 и катоды 3. Аноды располагают на лицевой пластине, через которую проходит световое излучение, поэтому их делают прозрачными.

 

 4.3 Двухканальные и двухлучевые осциллографы

 

 

Рисунок 4.9 Матричная панель:

1 - стеклянные пластины; 2 - аноды; 3 - катоды; 4 - матрица

 

Между пластинами помещают диэлектрическую матрицу 4 с отверстиями, образующими газоразрядные (или другие) ячейки в точках перекрестия электродов. Панель заполняют гелий-неоновой смесью и герметизируют. Изображение исследуемого сигнала воспроизводят поочередным свечением газоразрядных ячеек. Для этого со схемы управления панелью на аноды и катоды пластин подают соответственно положительный и отрицательный импульсы напряжений поджига. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Номер анода, на который подают импульс напряжения поджига, определяет строку развертки, а номер катода - столбец; на их перекрестии располагается светящаяся ячейка панели. Такой принцип управления лучом развертки называют матричным, на практике его реализуют цифровыми методами и устройствами.

Преимущества матричных индикаторных панелей: малые габариты и вес, низкие напряжения питания; в них отсутствуют геометрические искажения, светящаяся точка стабильна. Разработаны панели с внутренней памятью, способные не только воспроизводить, но и запоминать изображение сигнала. Цифровой принцип управления позволяет достаточно просто совместить изображение сигнала с цифробуквенной индикацией его параметров на одном экране. К недостаткам матричных индикаторных панелей следует отнести сложность схемы управления, сравнительно невысокую разрешающую способность и низкое быстродействие.

 

4.3.5 Скоростные и стробоскопические осциллографы

При наблюдении и исследовании коротких импульсов (сигналов наносекундных длительностей) и колебаний СВЧ-диапазона возникает ряд сложностей, которые делают применение универсальных осциллографов затруднительным. Можно выделить несколько основных факторов, затрудняющих применение для этих целей универсальных осциллографов:

•      влияние емкости пластин ЭЛТ на крутизну фронта исследуемого сигнала;

•      паразитные резонансы, возникающие в цепях, образуемых емкостью пластин и индуктивностью подводящих проводов, включая вводы

пластин;

•      влияние конечного времени пролета электронов между пластинами ЭЛТ, составляющее 1...10 нс;

•      необходимо иметь широкую полосу пропускания канала Y;полосу пропускания  для передачи прямоугольного импульса приближенно можно рассчитать по формуле Δf ≈ 2,5/τи, тогда при длительности импульса τи = 1 нс полоса пропускания Δf ≈ 2,5 ГГц;

•      для наблюдения наносекундных импульсов и СВЧ-колебаний требуются высокие скорости движения луча по экрану; так, например, для получения изображения импульса длительностью τи = 5 нс на экране ЭЛТ шириной L = 100 мм скорость движения луча должна быть порядка v = 20 000 км/с (v = L/τи - скорость движения луча, L - размер изображения на экране).

Все отмеченные недостатки требуется учитывать при разработке скоростных осциллографов. В скоростных осциллографах, работающих в реальном масштабе времени, применяют специальные ЭЛТ бегущей волны, что в результате не позволяет получить высокую чувствительность канала вертикального отклонения (Sу ≈ 1 мм/В). Создание высокоскоростных разверток также встречает трудности; необходимо поднимать напряжение развертки до нескольких сотен вольт. Разработанные скоростные осциллографы имеют верхнюю граничную частоту 5...7,5 ГГц. При исследовании быстротекущих процессов с малой амплитудой напряжения, описанные скоростные осциллографы не пригодны из-за низкой чувствительности. Проблему решают с помощью специальной стробоскопической приставки к универсальному осциллографу. Стробоскопический метод осциллографирования дает возможность существенно уменьшить скорость развертки по сравнению с той, которая требуется при непосредственном наблюдении исследуемого сигнала на скоростном осциллографе. Стробоскопические осциллографы позволяют наблюдать очень короткие периодические импульсы и высокочастотные сигналы вплоть до СВЧ- колебаний.

Стробоскопическим называют осциллограф, в котором для получения на экране ЭЛТ формы сигнала используют отбор его мгновенных значений (выборки сигнала) и выполняют временное преобразование, т.е. изображение сигнала дают в увеличенном масштабе времени. Принцип действия заключается в преобразовании нескольких идентичных сигналов малой длительности в один, имеющий большую длительность и повторяющий форму входных сигналов. Скорость развертки уменьшают путем трансформации масштаба времени. На экране осциллографа появляется изображение, по форме подобное исследуемому сигналу, но в увеличенном временном масштабе. Структурная схема стробоскопического осциллографа кроме узлов, типичных для универсальных осциллографов, содержит стробоскопический преобразователь и устройство стробоскопической развертки, включающее генератор развертки, генератор строб-импульсов и блок автоматического сдвига, задающий шаг считывания.

Основным     устройством       осциллографа     является       стробоскопический преобразователь,    в        котором       происходит         дискретизация    Повторяющегося исследуемого сигнала с помощью кратковременных строб-импульсов. Структурная схема и временные диаграммы преобразователя входного сигнала приведены на рис.  

4.10. Преследуемые импульсы Uс, длительностью τ и периодом повторения Тс подают совместно со строб-импульсами U2 на стробоскопический смеситель (рис. 4.10, а). Период следования строб-импульсов Тстр = Тс + Δt, где Δt - шаг считывания. Длительность Δt выбирают из условия  Δt = τ/n (n - целое число). В результате этого  преобразования оказывается, что первый строб-импульс совпадает с началом первого импульса Uc (1), 2-й - сдвинут от начала 2-го (2) импульса Uс на Δt , 3-й сдвинут от начала 3-го (3) импульса Uc на 2Δt и т.д. (рис, 4.10, б).

 4.3 Двухканальные и двухлучевые осциллографы

 

Рисунок 4.10 Принцип работы стробоскопического преобразователя: а - схема; б - временные диаграммы

На выходе смесителя появляются короткие импульсы U3 (жирные линии с точкой), совпадающие по времени со строб-импульсами (U2), но имеющие амплитуду, равную амплитуде исследуемых импульсов Uc в момент поступления строб-импульсов U2. Поэтому импульсы U3 называютстроб-импульсамипромодулированными по амплитуде исследуемым сигналом Uc (рис.4.10, б). Как видно из диаграммы сигнала U3, огибающая промодулированных строб-

импульсов (жирная штриховая линия на рис. 4.10, б) практически повторяет форму исследуемых импульсов Uc, но по сравнению с ними растянута во времени. Импульсы Ц усиливают, затем расширяют до требуемой длительности и подают через усилитель канала Y на отклоняющие пластины стробоскопического осциллографа. При этом на экране осциллографа с обычными ЭЛТ и пилообразной разверткой наблюдают форму импульсов Uc.

Для большей контрастности изображения плоские участки расширенного во времени исследуемого сигнала подсвечивают импульсами схемы подсвета луча. Таким образом изображение сигнала будет иметь вид светящихся черточек, что является характерным признаком осциллограммы стробоскопического осциллографа.

Степень растянутости наблюдаемого импульса во времени (временное преобразование) характеризуют коэффициентом трансформации масштаба времени Ктр = nТстр/τ, где n - число строб-импульсов, считывающих импульс Uс. Поскольку n = τ/Δt, то:

                                                                  Ктр = Тстр/Δt,                                                                (4.2)

В современных осциллографах Kтр достигает десятков тысяч, что позволяет при обычных развертках наблюдать форму наносекундных импульсов. Полоса пропускания современных стробоскопических осциллографов превышает 10 ГГц; уровень входного сигнала - от нескольких милливольт до десятков вольт; погрешность измерения 5...7,5%.

 

 

 

4.3.6 Цифровые осциллографы

Цифровой осциллограф позволяет одновременно наблюдать на экране сигнал и получать численные значения ряда его параметров с большей точностью, чем это возможно путем считывания количественных величин непосредственно с экрана обычного осциллографа. Это возможно потому, что параметры сигнала измеряют непосредственно на входе цифрового осциллографа, тогда как сигнал, прошедший через канал вертикального отклонения, может быть измерен с существенными ошибками (до 10%).

На экране современного цифрового осциллографа, помимо собственно осциллограмм,        отображается      состояние   органов      управления

(чувствительность, длительность развертки и т.п.). Предусмотрен вывод информации с осциллографа на печать и другие функциональные возможности. Однако этим не ограничиваются возможности цифровых осциллографов. Сопряжение цифровых осциллографов с микропроцессорами позволяет определять действующее значение напряжения сигнала и даже вычислять и отображать на экране преобразования Фурье для любого вида сигнала. В устройствах цифровых осциллографов осуществляется полная цифровая обработка сигнала, поэтому в них, как правило, используют отображение на новейших индикаторных панелях.

В цифровых осциллографах отображение результата измерения осуществляют тремя способами:

•      параллельно с наблюдением изображения сигнала на экране, его численные параметры высвечиваются на табло;

•      оператор подводит к изображению сигнала на экране световые метки так, чтобы отметить измеряемый параметр, и по цифре на соответствующей регулировке определяет величину интересующего параметра;

•      используют специальные индикаторы  и растровый метод формирования изображения исследуемых сигналов и цифровой информации.

В современных цифровых осциллографах автоматически устанавливают оптимальные размеры изображения на экране трубки. Ниже приводятся параметры современного цифрового автоматизированного осциллографа, который является характерным представителем этого класса приборов.

Структурная схема цифрового осциллографа содержит: аттенюатор входного сигнала; усилители вертикального и горизонтального отклонения; измерители амплитуды и временных интервалов интерфейсы сигнала и измерителей; микропроцессорный контроллер; генератор развертки; схему синхронизации и электроннолучевую трубку.

Технические характеристики типового современного цифрового осциллографа:

•      полоса пропускания 0...100 МГц;

•      размер экрана 80 х 100 мм;

•      погрешность цифровых измерений 2...3%.

Функциональные возможности: автоматическая установка размеров изображения; автоматическая синхронизация; разностные измерения между двумя метками; автоматическое измерение размаха, максимума и минимума амплитуды сигналов, периода, длительности, паузы, фронта и спада импульсов; вход в канал общего пользования.

Из структурной схемы, представленной на рис. 4.11, видно, что амплитудные и временные параметры исследуемого сигнала; определяют с помощью встроенных в прибор измерителей. На основании данных измерений микропроцессорный контроллер производит вычисление требуемых коэффициентов отклонения и развертки и через интерфейс устанавливает эти коэффициенты в аппаратной части каналов вертикального и горизонтального отклонения. Это обеспечивает неизменные размеры изображения по вертикали и горизонтали, а также автоматическую синхронизацию сигнала. Микропроцессорный контроллер также опрашивает положение органов управления на передней панели, и данные опроса после кодирования снова поступают в контроллеp, 

 

 4.3 Двухканальные и двухлучевые осциллографы

 

Рисунок 4.11 Упрощенная структурная схема цифрового осциллографа

 

который через интерфейс включает соответствующий режим автоматического измерения. Результаты измерений индицируют на отдельном световом табло (оно может быть встроено в экран трубки), причем амплитудные и временные параметры сигнала отображают одновременно.

 

Контрольные вопросы

1.      Принцип действия, параметры и основные режимы работы запоминающего осциллографа.

2.      Каковы особенности осциллографирования импульсов наносекундной длительности?

3.      В чем заключается принцип стробоскопического осциллографирования быстротекущих процессов?

4.      Какие требования предъявляют к осциллографу при измерении импульсных сигналов?

5.      Поясните принцип построения цифровых осциллографов.

6.      Из каких основных узлов состоит цифровой осциллограф?

7.      Назовите основные параметры и характеристики современного цифрового осциллографа.

 

Информация, изложенная в данной статье про двухканальные , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое двухканальные, двухлучевые осциллографы и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.

создано: 2017-07-02
обновлено: 2020-12-29
132322



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

Термины: МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ