www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

Вимірювання за допомогою осцилографу

Рисунок 1. Електронно-променева трубка 8ЛО4И застарілого осцилографу

Рисунок 1. Електронно-променева трубка 8ЛО4И застарілого осцилографу

Вимірювання за допомогою осцилографу

Як видно з назви, осцилограф призначений для того, щоби візуалізувати (електричні) коливання (осциляції).

В приборах старшої генерації для цього використовувались електронно-променеві трубки. В цій трубці формується направлений пучок (промінь) електронів, який потрапляє на люмінесцентний екран (люмінесценція: поглинання енергії речовиною з подальшим повторним випроміненням у видимому спектральному діапазоні). У осцилографах із електронно-променевими трубками кінетична енергія електронів перетворюється, переважно, у зелене світло. Для відображення досліджуваного коливання використовується відхилення пучка електронів від осі трубки відповідно до змінення амплітуди цього коливання. Таким чином, на екрані осцилографу наочно відображається амплітуда досліджуваного коливання у функції часу. Відхилення променю електронів може виконуватися як за допомогою електричного, так і за допомогою магнітного поля.

Рисунок 2. Сучасний осцилограф R&S®RTC1000 з плоским дисплеєм
(фото люб’язно надано компанією Rohde & Schwarz)

Рисунок 2. Сучасний осцилограф R&S®RTC1000 з плоским дисплеєм
(фото люб’язно надано компанією Rohde & Schwarz)

У більш сучасних осцилографах використовується плоский екран, як у комп’ютері. До складу приладу входить процесор, який і генерує зображення вимірюваного сигналу. Можливості приладу визначаються використовуваним у ньому програмним забезпеченням. Це робить сучасні осцилографи більш універсальними.

Майже у кожному осцилографі можуть бути реалізовані такі два режими роботи: коли на систему горизонтального відхилення подається пилкоподібна напруга (нормальний режим) та коли на системи горизонтального та вертикального відхилення подаються два різні досліджувані сигнали (режим „X-Y“).

Нормальна робота
Осцилограф в нормальному режиме

Рисунок 3. Осцилограф в нормальному режиме роботи

В цьому режимі роботи електронний промінь проходить рівномірно зліва направо. Тривалість одного проходу може бути встановлена від декількох мікросекунд до одиниць секунд. Вертикальне відхилення променю керується сигналом, який потрібно дослідити: поточне положення променю відносно вертикальної вісі екрану прямо пропорційне миттєвому значенню вхідної напруги. Коефіцієнт пропорційності, тобто діапазон напруги, що відображається на екрані, можливо регулювати в діапазоні від мілівольт до одиниць вольт. Отримане на екрані зображення являє собою часове представлення вхідної напруги (графік напруги у часі).

Якщо вимірюваний сигнал є періодичним (наприклад, синусоїдальний або послідовність імпульсів), він може бути синхронізований із горизонтальним переміщенням пучка електронів.

Для цього промінь перебуває у лівій частині екрану, поки не буде сформовано імпульс запуску („тригер“ англійською означає „запуск“). У разі внутрішнього запуску (внутрішня синхронізація) цей імпульс генерується шляхом порівняння вимірюваної напруги з рівнем запуску, постійною, регульованою напругою. Якщо знак їх різниці змінюється з „—“ на „+“ (або навпаки, залежно від налаштувань), то генерується імпульс запуску. „Мінусу“ і „плюсу“ відповідають певні значення напруги (наприклад, 0 і 5 вольт). Це не має значення, якщо імпульс запуску виникає декілька разів за один прохід променю. З іншого боку, якщо імпульс запуску генерується декілька разів протягом періоду, відбувається накладання сигналів із зсувом фази.

У якості альтернативи внутрішній синхронізації, імпульс запуску може також подаватися ззовні, що називається зовнішньою синхронізацією.

Режим „X-Y“
Фігура Лісажу

Рисунок 4: Фігура Лісажу

В режиме „X-Y“ керування променем здійснюється як у горизонтальному напрямку, так і у вертикальному вимірюваним сигналом (або двома вимірюваними сигналами). Це дає змогу досліджувати один сигнал як функцію другого сигналу (наприклад, залежність „струм – напруга“). Діапазон індикації можливо налаштовувати незалежно в обох напрямах. В цьому режимі імпульс запуску не генерується. Крім згаданих налаштувань можливо регулювати положення зображення на екрані (зміщення по X і Y), а також фокусувати промінь або змінювати його інтенсивність.

Якщо на входи X та Y подати два синусоїдальні напруги, то утворюється так звана фігура Лісажу. Якщо обидві синусоїдальні напруги мають однакову частоту, на екрані відображатиметься тільки пряма діагональна лінія. У разі різних частот утворюється рисунок, приклад якого показано на Рисунку 4.