Усилители вертикального и горизонтального отклонения лучей

Вследствие малой чувствительности трубок осциллографа наблюдение небольших по амплитуде сигналов возможно лишь после его усиления. Поэтому в схему осциллографа входят усилители вертикального и горизонтального отклонения луча, которые в значительной степени определяют его метрологические характеристики. В общем случае для получения малых искажений осциллограмм усилители электронного осциллографа должны иметь малые линейные и нелинейные искажения, малые переходные искажения сигнала, большое входное сопротивление. Как видно из структуры электронного осциллографа (см. рис. 2.7), в его усилителях можно выделить три каскада: входное устройство, усилитель напряжения и выходной усилитель. Усилители напряжения являются обычными широкополосными или импульсными усилителями с RC - связями между каскадами и коррекцией их частотных характеристик LC-цепями или отрицательной обратной связью. Входная цеп усилителей иметь, возможно, большее входное сопротивление R_вх и возможно малую входную емкость С_вх; входная цепь должна допускать ступенчатую и плавную регулировку усиления без искажений частотных характеристик усилителя, иметь большой динамический диапазон по входному сигналу и не бояться значительных перегрузок по входу. Если учесть эти требования, то становится ясным, что оптимальным входным каскадом усилителя будет эмиттерных повторитель, с коэффициентом усиления

, (2.14)

где m – статический коэффициент усиления каскада;

г_k – сопротивление в цепи эммитера;

r₁ – внутренне сопротивление коллектор-эмиттер.

Для осциллографов имеется возможность значительного снижения емкости входа, что очень важно при исследовании рядя объектов. Для уменьшения этой емкости можно применять выносной делитель напряжения, построенный как цеп, пропускающая все частоты (Рис. 2.10).

Рис. 2.10. Схема переключателя чувствительности осциллографа

На основании (2.15) получим

, (2.15)

где С_к – емкость соединительного кабеля осциллографа;

r_вх – сопротивления входа.

Очевидно, что, выбрав r₁ > r_вх, можно получит С_вх < С_к за счет снижения усиления усилителя.

Выходные каскады усилителей осциллографа.Выходные каскады усилителей современного электронного осциллографа строятся всегда по симметричной схеме. Объясняется это следующими принципами:

1. В выходном каскаде, построенном по парафазной схеме, при прочих равных условиях выходной сигнал имеет в два раза большую амплитуду, чем в одноактном усилителе.

2. Симметричное возбуждение отклоняющих пластин уменьшает искажения осциллограмм в узле электронной лучевой трубки (трапецеидальный искажения, астигматизм).

Переход от одноконтактных каскадов усилителя напряжения осциллографа к двухтактному выходному каскаду осуществляется через инвертирующую схему с парафазными выходами, с которых снимаются разно–полярные сигналы одинаковой амплитуды.

В качественных осциллографах для получения парафазного напряжения обычно используется отдельный фазовращатель, построенный по схеме с эмиттерной связью или по схеме каскада с коллекторно-эмиттерной нагрузкой (Рис.2.11).

Рис. 2.11. Схема каскада с коллекторно-эмиттерной нагрузкой

Это позволяет добиться полной симметрии выходного напряжения. В транзисторном каскаде сопротивление в коллекторе r_К выбирается несколько больше сопротивления эмиттера r_Э. Это необходимо для равенства выходных сигналов. В этих каскадах не используется коррекция частотных характеристик, а необходимые характеристики получаются за счет применения малых по величине коллекторных нагрузок и использования высокочастотных усилительных элементов.

Выходной же каскад усилителя осциллографа всегда строят с коррекцией его частотных характеристик и с использованием мощных транзисторов. Объясняется это тем, что на выходе эти каскады должны обеспечить получение возможно большего выходного напряжения.

Для расширения полосы пропускания усилителя, применяют корректированные выходные каскады, хотя они и сложнее обычных.

При необходимости строить более широкополосные усилители приходится применять другой способ их построения и строить усилители с распределенным усилением (усилители с «бегущей» волной).

Для осциллографов на транзисторах обычно применяют высоко­частотные транзисторы, лучшие из которых обеспечивают усиление в полосе частот Df = (0,5¸0,3)fa, где fa – граничная частота усиления транзистора.

При построении таких усилителей обычно используется токовый принцип усиления, а усилитель строят с обратными связями, с взаимной коррекцией или распределенным усилением и непосредственными связями между каскадами.

Выходные каскады таких усилителей, как правило, строят по каскадной схеме (заземленный эмиттер-заземленная база), позволяющей получить лучшие характеристики за счет следующих факторов. а)первый транзистор каскада работает на низком входное сопротивление второго в режиме усиления тока, усиление по напряжению отсутствует, поэтому проходная емкость мало влияет на второй транзистор; б) уменьшается обратная связь с выхода на вход каскада; в) возникает «транзисторный» резонанс выходной емкости первого и входной индуктивности второго, эффективно кор­ректирующей высокочастотные характеристики каскада.