www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Измерения с помощью осциллографа

Рисунок 1: 8ЛО4И катодно-лучевая трубка старого осциллографа

Рисунок 1: 8ЛО4И катодно-лучевая трубка старого осциллографа

Измерения с помощью осциллографа

Как следует из названия, осциллограф используется для того, чтобы сделать видимыми (электрические) колебания (осцилляции).

В приборах старшего поколения для этой цели использовалась катодно-лучевая трубка. В этой пробирке пучок электронов отклонялся и попадал на люминесцентный экран (люминесценция: поглощение энергии в веществе с последующим повторным излучением в видимом спектральном диапазоне). В катодно-лучевом осциллографе кинетическая энергия электронов преобразуется в преимущественно зеленоватый свет. Это отклонение может быть сделано как с электрическим, так и с магнитным полем. В катодно-лучевом осциллографе пучок электронов отклоняется как функция измерительного сигнала, его интенсивность остается постоянной.

Рисунок 2: Современный осциллограф R&S®RTC1000 с плоским дисплеем
(любезно предоставлено Rohde & Schwarz)

Рисунок 2: Современный осциллограф R&S®RTC1000 с плоским дисплеем
(любезно предоставлено Rohde & Schwarz)

Более современные осциллографы используют плоский экран, похожий на компьютер. В устройстве также работает процессор, который генерирует яркое изображение из измерительного сигнала. Его функции определяются используемым в устройстве программным обеспечением. Это также делает эти современные осциллографы более универсальными.

Почти каждый осциллограф предлагает следующие два режима работы: нормальный и X-Y.

Нормальная работа
Normalbetrieb

Рисунок 3: Осциллограф в нормальном режиме работы

В этом режиме работы электронный луч проходит равномерно слева направо. Длительность одного прохода может быть установлена от нескольких микросекунд до секунд. Вертикальное положение луча контролируется сигналом, который необходимо исследовать: положение на экране прямо пропорционально мгновенному значению входного напряжения. Коэффициент пропорциональности, т.е. диапазон напряжения, отображаемый на экране, можно регулировать в диапазоне от милливольт до вольт. Полученное изображение на экране представляет собой временное представление входного напряжения (временная диаграмма напряжения).

Если измерительный сигнал является периодическим (например, синусоидальный или последовательность импульсов), он может быть синхронизирован с горизонтальным движением электронного пучка.

Для этого лучу разрешается ждать в левой части экрана, пока не будет сформирован импульс запуска («триггер» на английском языке означает «запуск»). При внутреннем триггеровании импульс запуска генерируется путем сравнения измерительного напряжения с уровнем запуска, постоянного, регулируемого напряжения: если признак их разности изменяется от — до + (или наоборот, в зависимости от настройки), то запускается триггер. Здесь минус и плюс соответствуют определенному напряжению (например, 0 и 5 вольт). Это не имеет значения, если триггерный сигнал возникает несколько раз за один проход. С другой стороны, если триггерный сигнал срабатывает несколько раз в течение периода, происходит наложение фазового сдвига. В качестве альтернативы внутреннему триггеру, сигнал триггера может также подаваться извне, это называется внешная синхронизация.

X-Y операция
Lissajousfigur

Рисунок 4: Фигура Лиссажа

В режиме X-Y управление лучом осуществляется как по X-образному (горизонтальному), так и по Y-образному направлению по одному измерительному сигналу. Это позволяет рассматривать сигнал как функцию другого сигнала (например, диаграмма ток — напряжение). Опять же, диапазон индикации можно настроить независимо в обоих направлениях. В этом режиме нет никакого срабатывания. В дополнение к уже упомянутым настройкам можно регулировать абсолютное положение изображения на экране (смещение по X и Y), а также фокусировать луч или изменять его интенсивность.

Если на вход X и Y подать два синусоидальных напряжения, то создается так называемая фигура Лиссажа. Если оба синусоидальных напряжения имеют одинаковую частоту, на экране отображается только прямая диагональная линия. При наличии различий в частоте создается рисунок, аналогичный показанному на рисунке 4.