Rejestracja procesów elektrycznych za pomocą oscyloskopów elektronowych

Zastosowanie oscyloskopów katodowych

Oscyloskop wiązki elektronów to wielofunkcyjne urządzenie pomiarowe, które pozwala na wizualną obserwację i rejestrację losowych, pojedynczych aperiodycznych i okresowych procesów elektrycznych w zakresie częstotliwości od zera (prąd stały) do jednostek gigaherców. Oprócz jakościowej oceny badanych procesów oscyloskop umożliwia pomiar:

• amplituda i chwilowa wartość prądu i napięcia;

• parametry czasowe sygnału (wypełnienie, częstotliwość, czas narastania, faza itp.);

• przesunięcie fazowe; częstotliwość sygnałów harmonicznych (metoda figur Lissajous i przemiatania kołowego),

• charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe i fazowe itp.

Oscyloskop może być używany jako element składowy bardziej złożonej aparatury pomiarowej, na przykład w obwodach mostkowych jako organ zerowy, w miernikach odpowiedzi częstotliwościowej itp.

Wysoka czułość oscyloskopu warunkuje możliwość badania bardzo słabych sygnałów, a wysoka impedancja wejściowa powoduje jej niewielki wpływ na mody badanych obwodów. Umownie oscyloskopy katodowe dzielą się na uniwersalne i ogólnego przeznaczenia (typ C1), szybkie i stroboskopowe (typ C7), pamięć (typ C8), specjalne (typ C9), nagrywanie z zapisem na papierze fotograficznym (typ H). Wszystkie mogą być jedno-, dwu- i wielowiązkowe.

Oscyloskopy ogólnego przeznaczenia

Uniwersalne oscyloskopy są uniwersalne ze względu na zastosowanie wymiennych urządzeń (np. przedwzmacniaczy w C1-15). Szerokość pasma wynosi od 0 do setek megaherców, amplituda badanego sygnału od kilkudziesięciu mikrowoltów do setek woltów. Oscyloskopy ogólnego przeznaczenia służą do badania procesów o niskiej częstotliwości, sygnałów impulsowych. Mają pasmo częstotliwości od 0 do dziesiątek megaherców, amplituda badanego sygnału od jednostek miliwoltów do setek woltów.

Oscyloskopy o dużej szybkości

Szybkie oscyloskopy są przeznaczone do rejestracji pojedynczych i powtarzalnych sygnałów impulsowych w paśmie częstotliwości rzędu kilku gigaherców.

Oscyloskopy stroboskopowe

Oscyloskopy stroboskopowe przeznaczone są do badania szybkich, powtarzalnych sygnałów w zakresie częstotliwości od zera do gigaherców, przy amplitudzie badanego sygnału od miliwoltów do woltów.

Przechowywanie oscyloskopów

Oscyloskopy z pamięcią są przeznaczone do rejestrowania pojedynczych i rzadko powtarzających się sygnałów. Szerokość pasma wynosi do 20 MHz przy amplitudzie badanego sygnału od kilkudziesięciu miliwoltów do setek woltów. Czas odtwarzania zarejestrowanego obrazu od 1 do 30 minut.

Do rejestracji procesów szybkich i przejściowych na papierze fotograficznym stosuje się oscyloskopy elektronowe z fotooptyczną metodą przenoszenia wiązki na nośnik zapisu, np. H023. Wysoka prędkość zapisu (do 2000 m/s) oraz duży zakres rejestrowanych częstotliwości (do setek kiloherców) pozwalają na zastosowanie tych oscyloskopów, w przypadku braku możliwości zastosowania tych z wiązkami światła, które mają stosunkowo niską prędkość zapisu i zakres rejestrowanych częstotliwości. Główne parametry techniczne oscyloskopów H023 i H063 podano w podręcznikach.

Zastosowanie oscyloskopów z wiązką światła

W celu uzyskania widocznego zapisu szybkich procesów najczęściej stosuje się oscyloskopy świetlne z zapisem na specjalnym oscylograficznym papierze fotograficznym czułym na promienie ultrafioletowe.

Główną zaletą oscyloskopów z wiązką światła jest możliwość uzyskania widzialnego zapisu we współrzędnych prostokątnych w dużym zakresie dynamicznym (do 50 dB). Pasmo częstotliwości pracy oscyloskopów z wiązką światła nie przekracza 15 000 Hz, maksymalna prędkość rejestracji dla oscyloskopów z wiązką światła wynosi do 2000 m/s, dla wiązek światła oświetlanego elektrograficznie 6-50 m/s. Do jednoczesnej obserwacji i rejestracji kilku procesów elektrycznych oscyloskopy mają kilka galwanometrów oscylograficznych (zwykle układ magnetoelektryczny), których liczba może osiągnąć 24 (w oscyloskopie H043.2) i więcej.

Oscylografię można wykonać na papierze fotograficznym UV lub kliszy fotograficznej z chemicznym wywoływaniem fotografii.Oscylografia na papierze UV ​​jest wykonywana lampą rtęciową z bezpośrednim wywoływaniem światła, co znacznie przyspiesza proces oscylografii i znajduje zastosowanie w przypadkach, gdy trzeba uzyskać np. oscylogram testowy. Wadą papieru fotograficznego UV jest to, że uzyskane na nim oscylogramy tracą z czasem kontrast z powodu ściemniania tła. Czułość papieru fotograficznego i jasność oświetlenia należy dobrać tak wysoką, jak prędkość oscylografii i ustawić wykonując oscylogramy testowe.

Oscyloskopy są zwykle wyposażone w galwanometry o różnych pasmach częstotliwości pracy. W przypadku stosowania galwanometru, którego częstotliwość robocza jest nieznana, można przyjąć, że górna granica częstotliwości jest równa połowie częstotliwości drgań własnych galwanometru. Częstotliwość drgań własnych galwanometru jest wskazana na nim kreską po oznaczeniu typu. Standardowe boczniki i dodatkowe rezystory służą do ograniczenia prądu roboczego galwanometru. W przypadku oscylograficznych przypadków wysokich prądów (powyżej 6 A) lub wysokich napięć (powyżej 600 V) zwykle stosuje się przekładniki.

Aby uzyskać największe wychylenie wiązki na oscylogramie (70-80% szerokości użytego papieru), należy wybrać galwanometr, którego prąd roboczy będzie zbliżony do maksymalnego.

Najszerzej stosowane typy oscyloskopów z wiązką światła i ich podstawowe dane techniczne podano w podręcznikach.