Канал горизонтального отклонения

В канале ГО формируется линейно изменяющееся напряжение, синхронное с исследуемым сигналом, амплитуда которого достаточна для отклонения луча ЭЛТ на весь экран по горизонтали. Канал ГО состоит из схемы синхронизации и запуска, генератора развертки, выходного усилителя ГО, усилителя подсвета.

Генератор развертки формирует линейно изменяющееся развертывающее напряжение, синхронное с исследуемым сигналом, и обеспечивает горизонтальное перемещение луча в одном направлении (слева направо) с постоянной скоростью. Развертка – линейное перемещение электронного луча, или создаваемый им след на экране. Развертывающее напряжение должно иметь высокую линейность при прямом ходе луча (чтобы искажения формы исследуемого сигнала были минимальны); быстрый спад при обратном ходе луча, т.е. f_пр >> f_обр; достаточную амплитуду для отклонения луча на весь экран и регулируемую в широких пределах частоту развертки (от сотых долей герц до нескольких мегагерц), т.е. длительность.

При изменении длительности развертки изменяется скорость движения луча по горизонтали и, следовательно, масштаб времени. В современных ЭЛО генератор развертки представляет собой сложное функциональное устройство (рис. 9.8).

Рис. 9.8. Схема генератора развертки

Формирователь импульсов запуска ГР переводит электронную переключающую схему из исходного состояния в рабочее. При этом переключающая схема вырабатывает прямоугольный импульс длительностью t_и, определяющей время прямого хода луча t_пр. Этот импульс поступает на вход формирователя развертывающего пилообразного напряжения u_p(t), т.е. на вход интегратора. Интегратор представляет собой усилитель постоянного тока (УПТ) с коэффициентом усиления k >> 1, охваченный отрицательной обратной связью с помощью RC-цепи. Получить пилообразное напряжение можно путем заряда конденсатора при образовании прямого хода луча (t_пр = t_и) и разряда – обратного хода луча (t_обр). Пилообразное напряжение нарастает до определенного уровня, задаваемого схемой сравнения и блокировки: u_р(t) = u_вых(t) = –u_вх(t)/(RC) = –U₀t/(RC), 0 £ t £ t_пр, т.е. развертывающее напряжение представляет собой линейную функцию времени t в интервале (0, t_пр) (см. рис. 9.2). После достижения определенного уровня u_р(t) схема сравнения выдает сигнал, переводящий переключающую схему в исходное состояние на время t_обр+t_бл (t_бл – время блокировки). Процесс формирования напряжения u_р(t) заканчивается, и начинается его спад (обратный ход луча). В интеграторе имеются конденсаторы, переключением которых изменяют дискретно диапазоны длительностей u_р(t) (Время/дел.), и переменный резистор для плавной регулировки внутри диапазона.

В реальных ГР функцию переключающей схемы выполняет триггер Шмитта. В автоколебательном режиме процесс повторяется периодически. При ждущем и однократном режимах процесс вызывается внешним воздействием. Переход от автоколебательного режима в ждущий осуществляется с помощью органов регулирования «Стабильность» (во многих осциллографах вместо органа регулирования «Стабильность» на панель выносятся тумблеры «авт» и «жд») и «Уровень».

В современных осциллографах используются генераторы калиброванной развертки, основным отличием которых является то, что выходные напряжения таких генераторов линейны и стабильны, это позволяет определять длительность исследуемого процесса непосредственно по шкале экрана ЭЛТ. Коэффициент нелинейности, выражающий относительное изменение скорости нарастания напряжения в начале и конце прямого хода, должен быть не более 1¸3 %. Пределы изменения пилообразного напряжения могут точно фиксироваться. Фиксированному U_р соответствует определенное горизонтальное отклонение луча l_р за время развертки t_пр » Т_р, что позволяет иметь откалиброванную шкалу коэффициента развертки К_р = T_р/l_р (Время/дел.).

Нелинейность развертки – изменение коэффициента развертки в пределах рабочей части экрана относительно его фактического значения в центральной части экрана. С коэффициентом развертки связано понятие скорости развертки – пути прямого хода луча в единицу времени: V_р = 1/К_р = l_р/T_р.

В ЭЛО калиброванная развертка может иметь шкалу 0,1 мкс/дел.¸50 мс/дел., соответственно скорость развертки составляет 60 км/с¸0,12 м/с (если 1 дел. = 6 мм).

Автоколебательную развертку применяют при исследовании периодических и импульсных сигналов малой скважности, ждущую развертку – при исследовании импульсных сигналов большой скважности и отдельных фрагментов сложных сигналов.

При исследовании импульсов большой скважности импульс занимает малую долю развертки, поэтому плохо просматривается на экране осциллографа. Если период развертки выбрать равным периоду повторения импульсов (Т_р = Т; t_и < Т_р), то изображение импульса на экране получится очень сжатым. Если же период развертки выбрать в несколько раз короче, чем период повторения исследуемого импульса (Т_р << T), то импульс наблюдается на экране, но он будет бледным по сравнению с линией развертки, которая прочерчивается несколько раз за одно его появление. Кроме того, трудно обеспечить синхронизацию U_р и U_х. Импульс полностью наблюдается на экране при ждущей развертке. Так как длительность такой развертки сравнима с длительностью импульса, то луч детально отображает форму импульса, а затем «ждет» прихода нового сигнала. Чтобы фронт исследуемого импульса не искажался, в канал ВО включается линия задержки.

Синхронизация – процесс, при котором развертка становится зависимой от исследуемого сигнала для получения неподвижного изображения на экране. Исследуемый сигнал и напряжение генератора развертки создаются разными источниками, их параметры независимы, но изменение частоты одного из этих сигналов приводит к нарушению условий неподвижности, поэтому для выполнения условия синхронизации ГР принудительно генерирует развертывающее напряжение с частотой, равной или кратной частоте исследуемого сигнала. Для осуществления процесса синхронизации в схему ГР вводится синхронизирующий (запускающий) сигнал из схемы синхронизации и запуска. Уровень синхронизирующего сигнала, при котором срабатывает схема синхронизации, плавно регулируется от десятых долей до десятков вольт.

Внутренняя синхронизация – процесс, при котором сигнал, управляющий запуском ГР, подается из внутренней цепи ЭО, на которую воздействует исследуемый сигнал.

Внешняя синхронизация – процесс, при котором сигнал, управляющий запуском ГР, подается извне.

Временные диаграммы напряжений при исследовании синусоидального сигнала и работе генератора развертки в автоколебательном режиме показаны на рис. 9.9.

Рис. 9.9. Временные диаграммы синхронизации синусоидального сигнала

При устойчивом изображении (рис. 9.9, а) условие синхронизации выполняется, при неустойчивом (рис. 9.9, б) – не выполняется.

Внешний сигнал для запуска схемы синхронизации чаще всего используется в случае, когда необходимо запустить генератор развертки опережающим сигналом по отношению к исследуемому, что позволяет наблюдать за процессом до начала фронта исследуемого импульса.

Время задержки t_з исследуемого сигнала относительно запуска генератора развертки может регулироваться в необходимых пределах.

Выходной усилитель ГО предназначен для преобразования пилообразного напряжения генератора развертки в два противофазных сигнала и усиления их до значения, достаточного для отклонения луча по горизонтали на весь экран. Полоса частот усилителя ГО значительно уже полосы частот усилителя канала ВО, а коэффициент отклонения K_x примерно в 100 раз больше минимального коэффициента отклонения по вертикали К_о. В ряде осциллографов предусматривают схему с изменяющимся скачкообразно коэффициентом усиления К_ус усилителя канала ГО, что позволяет соответственно увеличить напряжение развертки К_ус = 1/М_р и растянуть изображение, тем самым изменить временной масштаб (М_р – множитель растяжки).

Новое значение калиброванного коэффициента развертки

.

На рис. 9.11 показано построение изображения исследуемого сигнала на экране ЭЛО при двух значениях множителя развертки: М_р = 1; М_р = 0,2. При М_р = 0,2 увеличение напряжения развертки в 5 раз приводит к возрастанию скорости роста (наклона) напряжения развертки.

Рис. 9.11. Изображение исследуемого сигнала при М_р = 1 и М_р = 0,2

Усилитель канала ГО имеет возможность усиливать сигнал непосредственно от внешнего источника (при выключенном генераторе развертки), что позволяет расширить эксплуатационные возможности ЭЛО, а также получать сложные виды развертки.