Слово «осциллограф» образовано от латинского слова oscillo (качаюсь) и греческого слова γραφω (пишу). То есть основное назначение этого прибора — измерять и отображать на экране в реальном режиме времени кривые электрических величин (тока и напряжения).
Классификация осциллографов
По функциональности и назначению осциллографы подразделяются на несколько основных групп:
- реального времени (аналоговые);
- запоминающие (storage oscilloscope);
- аналоговые (в том числе с запоминающим устройством на ЭЛТ);
- цифровые (digital storage oscilloscope);
- стробирующие (sampling oscilloscope);
- шлейфовые с непрерывной разверткой (регистрация кривых на фотоленте).
По количеству лучей осциллографы разделяются на одно-, двулучевые и т. д. вплоть до шестнадцати и более лучей. N-лучевые модели оснащаются N числом сигнальных входов и могут отображать на экране одновременно N кривых входных сигналов. Многоканальные модели позволяют наблюдать на экране и сравнивать между собой одновременно несколько электрических сигналов.
Оснащенные периодической разверткой осциллографы делятся:
- на универсальные;
- скоростные;
- стробоскопические;
- запоминающие;
- специальные.
Помимо этого выпускаются осциллографы со встроенными в них другими измерительными приборами. Такие устройства называются скопометрами.
Помимо традиционных моделей существуют осциллографы в виде приставки к персональному компьютеру. Они выступают в качестве карты расширения или подключаются к PC через один из внешних портов.
Устройство осциллографа
В конструкцию обычного осциллографа входят следующие основные части:
- электронно-лучевая трубка;
- блок горизонтальной развертки — формирует однократный или периодический сигнал пилообразной формы, подающийся на горизонтальные отклоняющие пластины ЭЛТ, а также во время обратного хода — импульс гашения электронного луча, подающийся на модулятор дисплея;
- блок-усилитель входного сигнала — подключается выходом к вертикальным отклоняющим пластинам ЭЛТ;
- вспомогательные блоки — устройство управления яркостью, калибраторы длительности и амплитуды.
В современных цифровых осциллографах обычно применяются монохромные или цветные жидкокристаллические дисплеи. На экране обычно имеется координатная сетка.
Работа осциллографа
В режиме с открытым входом входные сигналы подаются каждый на свой Y-вход и усиливаются индивидуальным усилителем вертикального отклонения (усилитель постоянного тока — УПТ) до уровня, который необходим для функционирования отклоняющей системы трубки или АЦП. УПТ с нижней рабочей частотой 0 Гц дает возможность правильно отображать относительно нуля сигналы несимметричной формы, измерять постоянное напряжение и постоянную составляющую сигналов.
В режиме с закрытым входом входные сигналы подаются на усилитель постоянного тока через разделительный конденсатор. Такое решение позволяет отсечь постоянную составляющую, если она чересчур велика и выводит изображение за границы дисплея.
В большей части моделей осциллографов задействуются три основных режима развертки:
Автоколебательный (автоматический) — генератор работает в автоколебательном режиме, производящем очередной запуск развертки даже при отсутствии сигнала, при этом луч на экране наблюдается всегда или при подаче на вертикальный вход постоянного напряжения. В таком режиме многие модели осциллографов выполняют захват частоты генератора развертки входным сигналом. Частота генератора развертки крана частоте исследуемого сигнала.
Ждущий — при полном отсутствии или недостаточном уровне сигнала развертка отсутствует. В этом случае она запускается лишь при достижении сигналом предварительно заданного уровня. Запускаться развертка может и по нарастающему, и по падающему фронту сигнала. При исследовании непериодических импульсных процессов описываемый режим обеспечивает получение неподвижного изображения на дисплее. Нередко развертка запускается не исследуемым, а синхронным с ним сигналом, который подается на вспомогательный вход синхронизации.
Однократный — генератор развертки возбуждается внешним воздействием и ожидает запуска, как и в случае ждущего режима. После этого развертка запускается лишь один раз. Для еще одного запуска генератор нужно взводить снова. Данный режим ориентирован на исследование непериодических процессов. Для устранения его основного недостатка — затрудненности наблюдения луча — ранее использовали ЭЛТ-трубки с запоминанием изображения, сейчас сигнал запоминается в цифровом виде в ОЗУ.
Для получения на экране неподвижного изображения в осциллографе имеется схема синхронизации. Она запускает развертку при одном и том же фронте и уровне входного сигнала.
Назначением блока синхронизации является задержка запуска развертки до появления некоторого события, например, прохождения синусоиды через ноль при нарастающем фронте.
Такая схема чаще всего оснащается двумя настройками:
- уровень запуска — определяет уровень напряжения входного сигнала, запускающего развертку;
- тип запуска — по спаду или по фронту.
Их правильная настройка обеспечивает пуск развертки в одно и то же время, поэтому на осциллограмме сигнал выглядит неподвижным и стабильным. В некоторых моделях осциллографов имеется еще параметр «СТАБИЛЬНОСТЬ». Его настройка позволяет менять чувствительность схемы синхронизации к запускающему событию.
Применение осциллографов
Осциллограф — один из наиболее востребованных измерительных приборов в радиотехнике и радиоэлектронике. Он может применяться для контроля, изучения и измерения характеристик электрических сигналов. Поэтому осциллографы активно задействуются в лабораторных, научно-исследовательских и прикладных целях.
