Oscyloskopy elektroniczne i ich zastosowanie

W oscyloskopach elektronicznych można obserwować na ekranie krzywe różnych procesów elektrycznych i impulsowych, o różnej częstotliwości od kilku herców do kilkudziesięciu megaherców.

Oscyloskopy elektroniczne mogą mierzyć różne wielkości elektryczne, uzyskiwać rodzinę charakterystyk przyrządów półprzewodnikowych, pętle histerezy materiałów magnetycznych, określać parametry urządzeń elektronicznych, a także wykonywać wiele innych badań.

Oscyloskopy elektroniczne podłącza się do napięcia przemiennego 127 lub 220 V, o częstotliwości 50 Hz, a niektóre z nich dodatkowo mogą być zasilane ze źródła napięcia przemiennego 115 lub 220 V, o częstotliwości 400 Hz, lub ze źródła stałego napięcia 24 V , włączanego przyciskiem «NETWORK» (rys. 1).

Ryż. 1. Panel przedni oscyloskopu elektronicznego C1-72

Obracając dwoma odpowiednimi pokrętłami znajdującymi się w lewej dolnej części przedniego panelu urządzenia, można regulować jasność i ostrość, aby uzyskać na ekranie mały świecący punkt o ostrym konturze, którego nie można pozostawić nieruchomo przez długi czas , aby uniknąć uszkodzenia ekranu lampy elektronopromieniowej.

Lokację tę można łatwo przenieść w dowolne miejsce na ekranie, obracając przyciski, przy których znajdują się dwustronne strzałki. Lepiej jednak przed podłączeniem oscyloskopu do źródła zasilania ustawić jego elementy sterujące tak, aby zamiast punktu na ekranie od razu uzyskać świecącą poziomą linię do skanowania, której jasność, ostrość i położenie na ekranie można regulować zgodnie z wymaganiami eksperymentu, obracając odpowiednie pokrętła.

Napięcie probiercze (T) jest dostarczane kablem połączeniowym do „INPUT Y”, które dostarcza swoje zasilanie do dzielnika napięcia wejściowego sterowanego przez „AMP Y”, a następnie do wzmacniacza odchylania wiązki pionowej. Jeśli wcześniej na ekranie świecił stały punkt, teraz pojawi się na nim pionowy pasek, którego długość jest wprost proporcjonalna do amplitudy badanego napięcia.

Włączenie wbudowanego w oscyloskop generatora napięcia piłokształtnego, podłączonego do lampy elektronowej poprzez wzmacniacz odchylania wiązki poziomej z regulacją wzmocnienia za pomocą pokrętła przełącznika znajdującego się w prawym górnym rogu panelu przedniego urządzenia, zmienia czas przemiatania i gwarantuje, że na ekranie pojawi się zakrzywiony obraz (T).

W przypadku, gdy przed włączeniem oscyloskopu jego kontrolki były ustawione w pozycje zapewniające pojawienie się poziomej linii czyszczącej, to podaniu badanego napięcia na „INPUT Y” towarzyszy pojawienie się na ekranie tej samej krzywej i ty (T). Unieruchomienie badanej krzywej napięcia uzyskuje się poprzez naciśnięcie jednego z przycisków zespołu synchronizującego i odpowiednie przekręcenie pokręteł STABILITY i LEVEL. Przezroczysta skala zakrywająca ekran CRT ułatwia wykonanie niezbędnych pomiarów w pionie i poziomie.

Schemat funkcjonalny oscyloskopu:

Większość oscyloskopów elektronicznych umożliwia jednoczesne podanie dwóch testowanych napięć odpowiednio do wejść Y i X, jeśli wcześniej naciśniesz przycisk «INPUT X».

Przy dwóch napięciach sinusoidalnych o tych samych częstotliwościach i amplitudach, przesuniętych względem siebie w fazie o a, na ekranie pojawiają się figury Lissajous (ryc. 2), których kształt zależy od przesunięcia fazowego α = arcsin B / A,

gdzie B jest rzędną punktu przecięcia figury Lissajous z osią pionową; A jest rzędną najwyższego punktu figury Lissajous.

Ryż. 2. Figury Lissague'a z dwoma napięciami sinusoidalnymi o tych samych częstotliwościach i równych amplitudach, przesuniętymi w fazie o α.

Istotną wadą oscyloskopu jest obecność pojedynczej wiązki w tubie elektronowej, która wyklucza jednoczesną obserwację kilku procesów na ekranie, co jest eliminowane przez zastosowanie przełącznika elektronicznego.

Dwukanałowe przełączniki elektroniczne mają dwa wejścia z jednym wspólnym zaciskiem i jednym wyjściem, które łączy się z wejściem oscyloskopu elektronicznego. Gdy przełącznik działa, jego wejścia są podłączane automatycznie jedno po drugim multiwibrator do wejścia Y, w wyniku czego na ekranie oscyloskopu obserwowane są jednocześnie obie krzywe napięć podawane na wejścia przełącznika. W zależności od częstotliwości przełączania wejść, krzywe wyświetlane są na ekranie jako linie przerywane lub ciągłe. Aby uzyskać pożądaną skalę krzywych, na wejściach przełączników instaluje się dzielniki napięcia.

Czterokanałowe przełączniki elektroniczne posiadają cztery wejścia bi-clamp z dzielnikami napięcia oraz jedno wyjście, które łączy się z wejściem Y oscyloskopu elektronicznego, co pozwala na jednoczesne oglądanie czterech krzywych na ekranie. Przełączniki elektroniczne zwykle mają pokrętła do przesuwania przebiegów w górę iw dół na ekranie oscyloskopu, co pozwala na ich ustawienie zgodnie z wymaganiami eksperymentu.

Jednoczesna obserwacja kilku krzywych jest również możliwa za pomocą oscyloskopów wielowiązkowych, w których kineskop ma kilka układów elektrod, które tworzą i sterują wiązkami.

Oscyloskopy elektroniczne pozwalają nie tylko obserwować na ekranie różne stacjonarne procesy okresowe, ale także fotografować oscylogramy różnych procesów szybkich.

Obecnie oscyloskopy analogowe są zastępowane oscyloskopami cyfrowymi z pamięcią, które mają poważniejsze możliwości funkcjonalne i metrologiczne.

Cyfrowe oscyloskopy z pamięcią są podłączane do komputera osobistego lub laptopa przez równoległy port LPT lub USB i wykorzystują możliwości komputera do wyświetlania sygnałów elektrycznych. Większość modeli nie wymaga dodatkowego zasilania.

Wszystkie standardowe funkcje oscyloskopu realizowane są za pomocą specjalnych programów uruchamianych na komputerze tj.wyświetlacz komputera służy jako ekran oscyloskopu. Oscyloskopy te charakteryzują się bardzo wysoką czułością i przepustowością.

Ryż. 3. Oscyloskop cyfrowy z pamięcią ZET 302

Ryż. 4. Program do pracy z oscyloskopem cyfrowym

Oscyloskop cyfrowy z pamięcią jest w rzeczywistości specjalnym dodatkiem do komputera, zajmuje znacznie mniej miejsca w porównaniu z modelami analogowymi, ponieważ funkcje przetwarzania i wyświetlania sygnału są przenoszone na zwykły komputer. Działanie oscyloskopu z pamięcią cyfrową jest ograniczone jedynie działaniem komputera.

Ogólna kontrola kolejności działania węzłów oscyloskopu cyfrowego odbywa się za pomocą mikroprocesora. Schemat funkcjonalny Oscyloskop cyfrowy zawiera szereg elementów specyficznych dla komputera. To przede wszystkim mikroprocesor, cyfrowe układy sterujące i pamięć.

Oprogramowanie oscyloskopu cyfrowego może wykonywać wiele funkcji nietypowych dla oscyloskopu z wiązką światła, takich jak uśrednianie sygnału w celu oczyszczenia go z szumów, szybka transformacja Fouriera w celu uzyskania spektrogramów sygnału i nie tylko.