7.5. Запоминающие осциллографы

Запоминающий осциллограф — это осциллограф, который при помощи специального устройства, например ЭЛТ с памятью или электронного ЗУ, позволяет сохранять на определенное время иссле­дуемый сигнал и при необходимости представлять его для однократ­ного или многократного визуального наблюдения или для дальней­шей обработки (ГОСТ 22737—77). Таким образом, основное назна­чение запоминающих осциллографов — исследование однократных и редкоповторяющихся сигналов, а также периодических сигналов, когда нужно сравнить их формы через некоторое время (ГОСТ 23601—79).

Как следует из приведенного определения, основным функцио­нальным звеном запоминающего осциллографа должны быть ЗУ или ЭЛТ с памятью. В первом случае мы фактически имеем ЦО (см. рис. 7.12), а во втором — осциллограф на базе запоминающей ЭЛТ с видимым изображением (ЗЭЛТ).

Как и обычные ЭЛТ, ЗЭЛТ рассматриваются в курсе «Электрон­ные приборы». Здесь отметим лишь, что ЗЭЛТ могут работать и в режиме обычного воспроизведения осциллограмм (без запомина­ния). Поэтому запоминающий осциллограф на базе ЗЭЛТ всегда совмещает и функции обычного универсального осциллографа. Структурная схема его базируется на схеме рис. 7.6 и содержит до­полнительные функциональные узлы, обеспечивающие управление памятью, воспроизведением и стиранием записанного изображения.

Запоминание исследуемого сигнала в осциллографе осуществля­ется путем записи его с помощью записывающего прожектора ЗЭЛТ, генератора развертки и схемы управления лучом. Запись может быть как однократной, так и многократной (последователь­ное наложение изображений). Последний режим называется на­коплением и позволяет существенно улучшить качество записывае­мого изображения для периодических сигналов. Записанное изобра­жение должно сохраняться в течение длительного времени для обеспечения возможности воспроизведения с помощью воспроизво­дящего прожектора ЗЭЛТ и схемы управления воспроизведением.

Перед записью сигнала необходимо стереть предшествующее изображение и подготовить развертку к новому запуску. Стирание производится подачей на подложку мишени ЗЭЛТ стирающего им­пульса и может быть ручным и автоматическим. При автоматиче­ском стирании обеспечивается регулируемая выдержка воспроизве­дения, а после стирания прибор автоматически подготавливается к новой записи. Для периодических сигналов процессы записи, вос­произведения и стирания могут автоматически чередоваться.

7.6. Осциллографические измерения

Осциллографы широко применяются не только при исследова­нии формы и измерении параметров сигналов, но и при исследова­нии характеристик электрорадиотехнических цепей и устройств. На базе осциллографов проектируются другие виды приборов подгруп­пы С, а также приборы других подгрупп, частично уже рассмотрен­ных нами. Приведем типовые примеры осциллографических изме­рений.

7.6.1. Визуальное наблюдение осциллограмм

Поскольку измерение параметров сигналов при исследовании их формы с помощью осциллографа осуществляется по осциллограм­мам, принципиальное значение имеют неискаженное воспроизведе­ние осциллограмм и возможность детального исследования их. Для этого нужно, выбрав осциллограф, подключить его к источнику сигнала, установить оптимальные размеры и яркость осциллограм­мы, выбрать соответствующий режим работы и вид синхронизации, откалибровать (т. е. установить требуемые значения и ) и т. д. Полезно при этом помнить о тех искажениях, которые могут воз­никать при визуальном наблюдении осциллограмм. Типичные при­меры искажений приведены на рис. 7.19.

Искажение на рис. 7.19, а обусловлено обратным ходом разверт­ки , оно было охарактеризовано при анализе формулы (7.1). Если в тракте УВО появился фон сетевого напряжения, наблюда­ется изгиб огибающей изображения сигнала (рис. 7.19, б). Если не виден фронт импульса (рис. 7.19, в), то это свидетельствует о не­правильном выборе синхронизации ГР. Спад вершины импульса (рис. 7.19, г) объясняется завалом частотной характеристики кана­ла Y в области низких частот. При большом времени нарастания переходной характеристики (см. рис. 7.5) фронты изображения импульса будут слишком пологими (рис. 7.19, д). Неестественно ровная вершина осциллограммы и заостренные переходы к фронтам (рис. 7.19, е) — следствие ограничений в УВО.

Как отмечалось в § 7.3.1, универсальность современных осцил­лографов значительно повышается применением растяжки разверт­ки в сочетании с системой двойных разверток. Кратность растяжки может быть весьма значительной и позволяет получать крупно­масштабные изображения той части сигнала, которая соответствует центральной части осциллограммы. Однако при этом соответствен­но уменьшается яркость осциллограммы и могут возникнуть допол­нительные погрешности измерения временных интервалов. Поэто­му, если необходимо детально исследовать сигнал, задержанный относительно импульса запуска, весьма эффективной оказывается система двойных разверток. В качестве примеров рассмотрим ос­циллограммы сигнала, приведенного на рис. 7.4, с задерживающей, задержанной и смешанной развертками.

Рис. 7.19. Примеры искажений осциллограмм:

а —за счет обратного хода развертки; б — за счет фона сетевого напряжения; в — из-за неправильной синхронизации ГР или отсутствия ЛЗ; г —из-за завала частотной харак­теристики канала Y в области низких частот; д — из-за большого времени нарастания переходной характеристики; е — за счет ограничений в УВО.

На рис. 7.20, а показана осциллограмма сигнала в масштабе задерживающей развертки, формируемой генератором развертки А (см. рис. 7.8). Изменяя время задержки генератора Б и подсве­чивая сигнал в течение этой развертки, получаем контрастное изображение того участка сигнала,

Рис. 7.20. Примеры осциллограмм в системе двойных разверток:

а — в масштабе задерживающей развертки; б— в масштабе задержанной развертки; в — при смешанной развертке.

который далее детально будет ис­следоваться. Этот участок в масштабе задержанной развертки Б показан на рис. 7.20, б. В случае смешанной (двухскоростной) раз­вертки на экране одновременно видны осциллограммы всего сигна­ла в масштабе развертки А и его исследуемой части в масштабе развертки Б (рис. 7.20, в).

В заключении отметим некоторые особенности визуального на­блюдения осциллограмм на экране ЭЛТ стробоскопических осцил­лографов. Основным

Рис. 7.21. Изображение импульсного сигнала на экра­не стробоскопического осциллографа:

а — при оптимальной настройке преобразователя; б— при на­личии колебательного процесса; в—в режиме «сглажено».

видом стробоскопической развертки является нормальная развертка в ждущем

режиме. Если исследуемый сигнал содержит постоянную составляющую, ее можно скомпенсировать постоянным напряжением, подаваемым на смеситель. Проверка оп­тимальности настройки преобразователя в режиме «нормально» производится по крутому перепаду напряжения сигнала. Изобра­жение такого сигнала при оптимальной настройке должно иметь разрыв, причем одна точка должна находиться у основания перепа­да, а другая — на его вершине (рис. 7.21, а). В противном случае на изображении перепада будет наблюдаться колебательный процесс (рис. 7.21, б). Если преобразователь настроен оптимально, то при переходе на режим «сглажено» перепад изображается несколькими постепенно сближающимися точками (рис. 7.21, в).