1.1.4. Принцип работы осциллографа

Для получения осциллограммы исследуемого сигнала необходимо управлять движением светового пятна на экране ЭЛТ в горизонтальном и вертикальном направлениях. Смещение пятна в вертикальном направлении осуществляется сигналом, а в горизонтальном – напряжением развертки. Генератор развертки вырабатывает колебания пилообразной формы, показанные на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Сигнал на выходе генератора развертки

На участке асграфикаUx(t)напряжение развертки линейно убывает. ВремяТпр, в течение которогоUх изменяется от максимального значения до минимального, называется временем прямого хода развертки. Участокcd, который длится в течение времениТобр, соответствует обратному ходу развертки. ВремяТпр иТобр составляет период разверткиТр.

Если приложить Uх к горизонтальным отклоняющим пластинам, отключив сигнал от пластин вертикального отклонения, электронный пучок ЭЛТ будет отклоняться только в горизонтальной плоскости. При этом светящееся пятно на экране будет перемещаться в определенной последовательности. При максимальном положительном напряженииUх (точкаа на рис. 1.4) светящееся пятно займет крайнее левое положение (точкаа') на экране. При линейном убыванииUх пятно постепенно перемещается в точкуb' и после перемены полярностиUх – в точкус'. На участкеа'с'скорость движения пятна будет постоянной. ПосколькуUх нарастает по линейному закону, то зависимость между смещением пятна на экране и напряжением, приложенным к пластинам, также линейная. После достижения точкис'светящееся пятно начинает перемещаться по той же траектории в обратном направлении (пунктирная линия). Обратный ход осуществляется за время Тобр<<Тпр, поэтому скорость движения пятна в обратном направлении существенно выше.

Линия с`d`обратного хода луча создает помеху на экране. В идеальном случае, когдаТобр = 0, луч мгновенно перемещается из точкисв точкуа, и линия обратного хода отсутствует. На практике длительность обратного хода не может быть равна нулю, электронный пучок во время обратного хода перемещается, образуя отчетливо видимую линию обратного хода. Поэтому в осциллографах с генератора развертки на устройство управления яркостью луча ЭЛТ (см. рис. 1.3) подаются специальные гасящие импульсы, предназначенные для запирания электронного пучка во время обратного хода разверткисd(рис. 1.4), чтобы не создавать помеху на экране. Таким образом, при подачеUх на горизонтальные пластины осьХ является одновременно осью времени.

Образование осциллограммы на экране ЭЛТ при воздействии двух напряжений – развертки (Uх) и сигнала (Uc) – соответственно на пластинахХиY показано на рис. 1.5.

Период развертки условно разбит на четыре равных интервала с границами, отмеченными на рис. 1.5 через t₀, t₁, t₂, t₃ и t₄. Каждому моменту времени соответствует свое значение напряжения сигнала и генератора развертки, которые приводят к смещению светового пятна соответственно в направлении Y и X, а значит формированию требуемого изображения на экране ЭЛТ.

Осциллограммы, полученные при первом, втором и т. д. периодах работы генератора развертки, накладываются друг на друга. Но образование неподвижного изображения возможно при выполнении условия, принятого при построении рис. 1.5, а именно Tp =Tc. В этом случае любой периодический сигнал делится на временные интервалы, в пределах которых «отрезки» сигнала полностью идентичны, и при наложении осциллограмм образуется единое неподвижное изображение.

Аналогично образуется изображение осциллограммы, когда Тр = nТс.Если n – целое число, то в одном периоде развертки укладывается ровно n периодов сигнала. Осциллограмма будет отличаться от изображенной на рис. 1.5 числом периода сигнала (2, 3 и более), отложенным вдоль оси Х. УсловиеТр = n Тсустанавливает необходимость выбора периода разверткиTp, равным целому числу периодов сигнала, путем подбора периода генератора развертки и уровня сигнала синхронизации.

Рис. 1.5. Формирование осциллограммы на экране ЭЛТ

Формирование осциллограммы на экране осциллографа при нарушении кратности периодов сигнала и генератора развертки иллюстрирует рис. 1.6.

Период сигнала, представляющего собой колебание синусоидальной формы (рис. 1.6, а),Tc>Tp. При первом цикле разверткиТр1(рис. 1.6,б) на экране отображается осциллограмма в виде отрезка синусоиды между точкамиаb (рис. 1.6,в), при втором – отрезокbc, при третьем –cd и т. д.

Последовательное появление осциллограмм приводит к их наложению со смещением, что создает ощущение движения изображения слева направо (рис. 1.6, г). Скорость движения осциллограммы тем выше, чем больше отличается период развертки от периода сигнала. Можно показать, что приTc < Тp, осциллограмма будет перемещаться в противоположном направлении, т. е. справа налево.

Рис. 1.6. Формирование осциллограммы в случае

неравенства периодов сигнала и генератора развертки