Двухканальные электронно-лучевые осциллографы

Двухканальный осциллограф (рис. 9.12, а) дает возможность одновременно наблюдать и сравнивать на экране изображения двух сигналов одной и той же частоты либо кратных частот, измерять их амплитудные и временные параметры.

Рис. 9.12. Структурная схема двухканального осциллографа (а) и временные диаграммы, поясняющие режимы «®®» (б) и «…» (в)

Осциллограф содержит два идентичных канала вертикального отклонения (рис. 9.12, а), в которые входят аттенюатор и предварительный усилитель. Линия задержки и оконечный Y-усилитель к каналам I и II подключаются с помощью электронного коммутатора. Канал горизонтального отклонения содержит схему синхронизации и запуска развертки, генератор развертки и оконечный X-усилитель. Сигналы с выходов каналов поступают на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. Для проверки коэффициентов отклонения «В/дел.» каналов I и II и коэффициента развертки «Время/дел.» канала горизонтального отклонения служит калибратор, который имеет внутренний и внешний выходы.

Аттенюатор – это частотно-компенсированный делитель напряжения, состоящий из RС-элементов, откалиброванный в коэффициентах отклонения «В/дел.».

Коммутатор представляет собой мультивибратор, управляет диодными ключами каналов I и II и имеет пять режимов переключения: «I», «II Y–X», «I ± II», «…», «®®».

На экране регистрируется один сигнал в следующих режимах:

- «I» – подключен только канал I;

- «II Y–X» – подключен только канал II (выполняющий роль Y-канала, а развертывающее напряжение подается на канал I, выполняя роль Х-канала);

- «I ± II» – подключены оба канала I и II (на экране регистрируется суммарный сигнал либо разностный, если предварительно инвертировать сигнал канала II);

- «…» и «®®» – на экране наблюдаются два сигнала.

В поочередном (синхронном) режиме «®®» коммутатор работает от генератора развертки. Подключение каналов к оконечному усилителю происходит попеременно с частотой генератора развертки после каждого прямого хода развертки. Изображения сигналов каналов I и II поочередно сменяют друг друга, но так часто, что на экране они наблюдаются одновременно (рис. 9.12, б). Этот режим является основным при измерениях (на частотах выше 1 кГц). Недостаток поочередного режима проявляется при исследовании синусоидальных и импульсных сигналов с низкой частотой повторения 150 Гц, так как глазу заметны редкие поочередные мелькания изображений сигналов. Для низкого диапазона частот в осциллографе предусмотрен прерывистый (асинхронный) режим «…» работы коммутатора. В этом случае коммутатор работает с частотой 100 кГц от встроенного генератора, подключая каналы I и II к оконечному усилителю поочередно через каждые 5 мкс (за 10 мкс – оба канала). Прерывистое изображение сигналов состоит из штрихов (рис. 9.12, в). На экране осциллографа за фрагментом изображения первого сигнала следует фрагмент изображения второго сигнала (фрагменты следуют через каждые 5 мкс). Часть информации о форме сигнала при этом теряется. Например, при периоде 50 мкс (f = 20 кГц) будет зарегистрировано пять штрихов на каждом сигнале, а при периоде 5 мс (f = 200 Гц) сигнал будет практически непрерывным. Работу коммутатора в поочередном и прерывистом режимах иллюстрирует движение луча при медленной развертке 50 мс/дел. и отсутствии сигнала.

Генератор развертки работает в автоколебательном или ждущем режимах, переключатель режимов совмещен с регулятором «Уровень». Для исследования сигналов разных частот изменяют масштаб «Время/дел.» горизонтальной оси, что достигается изменением частоты (периода) генератора развертки. Для уменьшения минимального коэффициента развертки и растягивания отдельных фрагментов сигнала используют множитель развертки М_р. Новый коэффициент развертки равен произведению установленного коэффициента развертки и множителя развертки М_р (1 или 0,2); К '_р = К_рМ_р. Любой измеряемый временной интервал равен t_x = l_хК_рМ_р.

Вход X. Развертывающее напряжение поступает на оконечный усилитель горизонтального отклонения либо от генератора развертки – для исследования временной зависимости u(t), либо от постороннего источника – для исследования зависимости y(х) (например, передаточной характеристики четырехполюсника u(u); вольтамперной характеристики диода i(u) и др.

Вход Z предназначен для создания временных меток на изображении исследуемого сигнала модуляцией электронного луча по яркости внешним сигналом. Сигнал через Z-усилитель поступает на модулятор ЭЛТ и изменяет ток электронного пучка вплоть до его исчезновения. Изображение сигнала становится прерывистым. Модулятор используется также для гашения луча при обратном ходе напряжения развертки от максимального напряжения к минимальному.

Схема синхронизации и запуска развертки предназначена для запуска генератора развертки в такт с исследуемым сигналом и получения устойчивого изображения на экране. Синхронизация внутренняя и внешняя. Уровень напряжения, при котором запускается генератор развертки, регулируется резистором «Уровень».

При внешней синхронизации генератор развертки запускают внешним синхроимпульсом, опережающим исследуемый сигнал на входе Y, что позволяет полностью наблюдать фронт исследуемого импульса и все, что происходит до начала импульса.

Калибратор служит для поверки правильности номинальных коэффициентов отклонения «В/дел.» каналов I и II и коэффициентов развертки «Время/дел.»

На рис. 9.13 представлена лицевая панель двухканального осциллографа, соответствующая структурной схеме на рис. 9.12.

Современные двухканальные осциллографы позволяют исследовать два сигнала разных частот. В схемах этих осциллографов имеются два генератора развертки (может быть и один), но обязательно два коммутатора – каналов и синхронизации.

Коммутатор синхронизации обеспечивает запуск и формирование пилообразного напряжения генераторами синхронно с исследуемыми, поданными на входы Y каналов I и II, что обеспечивает наблюдение на экране ЭЛТ двух сигналов разных частот в разных временных масштабах.