Канал вертикального отклонения

Канал ВО предназначен для усиления или ослабления исследуемых электрических сигналов до необходимого значения. Он обеспечивает удобное наблюдение и исследование изображения на экране ЭЛТ без искажений. Канал ВО состоит из входного устройства (входная цепь и аттенюатор) и усилителя с линией задержки.

Входное устройство позволяет расширить пределы измеряемых входных напряжений и обеспечить необходимое входное сопротивление. Большинство осциллографов допускают две входные схемы Y – открытую и закрытую. При открытом входе Y осциллографа (рис. 9.5, а) сигнал подается непосредственно на аттенюатор и передается с постоянной составляющей; при закрытом входе Y (рис. 9.5, б) сигнал подается через разделительный конденсатор и не пропускает постоянной составляющей.

а) б)

Рис. 9.5. Открытый (а) и закрытый (б) входы ЭЛО

Входное сопротивление канала составляет 0,5¸2 МОм, а входная емкость – 10¸50 пФ. Некоторые осциллографы имеют низкоомный вход с сопротивлением 50 или 75 Ом. В этом случае высокочастотные или широкополосные сигналы через коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом подаются на этот вход. Исключая низкоомный вход, параллельно входной цепи осциллографа может включаться аттенюатор с дискретным коэффициентом деления.

Аттенюатор (делитель напряжения) предназначен для регулировки коэффициента отклонения К_о по вертикали путем ослабления сигнала и обеспечивает постоянное значение коэффициента отклонения во всем диапазоне полосы пропускания усилителя ВО, почти неизменное большое входное сопротивление и малую входную емкость при переходе от одного коэффициента деления к другому. Он состоит из резисторов с сопротивлениями R₁ и R₂ и конденсаторов с емкостями C₁, С₂ (рис. 9.6).

Рис. 9.6. Схема делителя напряжения

U_вх.атт, U_{вых.атт} – входное и выходное напряжения аттенюатора

Коэффициент деления

, (9.1)

где – соответственно полные сопротивления R₁C₁ и R₂C₂-цeпи.

Если в (9.1) подставить значения Z₁, Z₂ и принять R₁C₁ = R₂C₂, то

. (9.2)

Аттенюатор работает как омический в области низких частот и как емкостный в области высоких частот. Теоретически коэффициенты К_д и К_о не зависят от частоты, поэтому аттенюатор называют частотно-компенсированным во всей рабочей полосе частот осциллографа (погрешность коэффициента деления не превышает ±3%). Входное сопротивление (за исключением низкоомного входа) R_вх = R₁+R₂. Входная емкость С_вх = С₁С₂/(С₁+С₂), где С₂ >> С₁.

Процесс определения значения искомого напряжения существенно упрощается, если аттенюатор отградуировать не в значениях коэффициента деления К_д, а в соответствующих значениях коэффициента отклонения К_о:

Усилитель ВО предназначен для преобразования измеряемого сигнала в два противофазных сигнала и усиления их до значения, достаточного для отклонения луча по вертикали на весь экран. Для согласования выхода аттенюатора с входом предварительного усилителя служит входной каскад, выполненный по схеме истокового (или эмиттерного) повторителя. Истоковый повторитель обеспечивает большое входное сопротивление и малую входную емкость. С его выхода исследуемый сигнал поступает на балансный усилитель с обратной связью, обладающий хорошей стабильностью и широкополосностью, большим входным и малым выходным сопротивлениями. Одно плечо трехкаскадного балансного усилителя нагружено на линию задержки, а со второго плеча снимается сигнал для внутренней синхронизации.

Линия задержки представляет собой однопроводный коаксиальный кабель или искусственные длинные линии. Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением порядка 800¸1000 Ом задерживает исследуемый сигнал примерно на 100¸200 нс.

Выходным каскадом усилителя ВО является парафазный усилитель, создающий на отклоняющих пластинах два симметричных противофазных напряжения и обеспечивающий малое выходное сопротивление. Парафазный усилитель при любом значении выходного сигнала создает неизменный потенциал средней линии между пластинами, что предотвращает появление нелинейных искажений в осциллограмме сигнала, улучшает фокусировку.

К усилителю ВО предъявляются особые требования: большое входное сопротивление, малая входная емкость (что обусловливает минимальное влияние подключения осциллографа на электрический режим исследуемой цепи), высокий и регулируемый коэффициент усиления, широкая полоса про пускания.

Полоса пропускания – диапазон частот, в пределах которого значение амплитудно-частотной характеристики не отличается более чем на –3 дБ (т.е. уменьшается в 1,4 раза) от ее значения на опорной частоте.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – зависимость коэффициента передачи (U_вых/U_вх) от частоты входного синусоидального сигнала при неизменном входном сигнале (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Амплитудно-частотная характеристика осциллографа U_вх = const

Под опорной частотой понимается частота, которая не менее чем в 20 раз меньше верхней граничной частоты полосы пропускания.

В большинстве осциллографов для повышения равномерности АЧХ в пределах полосы пропускания вводится коррекция АЧХ перед ее спадом.

В осциллографе имеется возможность подачи исследуемого сигнала непосредственно на пластины.