Что такое осциллограф? Осциллограф это специальное устройство, которое осуществляет наблюдение за электрическим сигналом, а также оценивает его амплитуду и временные параметры. Его предназначение заключается в измерении напряжения, тока, частоты, угла и сдвига фаз. Основной функцией осциллографа является наблюдение за формой сигнала.
Рисунок №1. Осциллограф.
Виды осциллографов
Существует несколько видов осциллографов:
- Аналоговые. Представляют классическую модель осциллографов. Плюсом данного вида является их низкая стоимость;
- Цифровые запоминающие приборы. Имеют больше функциональных возможностей, чем аналоговые. Соответственно и цены на такие приборы выше;
- Цифровые люминофорные. Изображение отражается на экране. Способны не только анализировать сигнал, но и хранить его в память;
- Цифровые стробоскопические. Позволяют исследовать периодические сигналы в краткие сроки. Очень высокая стоимость данных аппаратов не позволяет достичь широкого распространения;
- Виртуальные. Имеют порт-USB, встроенное вспомогательное устройство, позволяющее передавать информацию, обрабатывать её и проводить различные замеры;
- Портативные. Представлены переносными аппаратами, питающиеся от батареек. По своим функциональным возможностям не отстают от стационарных устройств.
Важно! Современные цифровые осциллографы способны запоминать сигнал, хранить его в своей памяти и выводить эту информацию на печатающее устройство или другие носители.
Устройство осциллографа и принципы его работы
Для лучшего понимания принципов его работы следует рассмотреть его устройство на схеме.
Рис.No2. Схема устройства осциллографа
К элементам прибора относят:
1. ЭЛТ (электронно-лучевую трубку);
Рисунок №3. Схема электронно-лучевой трубки.
Электронно-лучевая трубка представлена в виде стеклянной колбы, внутри которой вакуум. В колбе имеются электроды, отклоняющие пластины, а так же экран, на баллоне которого, его внутренней поверхности с торца, имеется люминофорное покрытие.
Аквадаг электронно-лучевой трубки это мелкодисперсный графит в водном растворе с гелеобразователями. Обеспечивает покрытие экрана электронно-лучевой трубки электростатическим полем.
Электроды играют роль электронной пушки с функцией приема электронного луча. Она представлена катодом с подогревателем, 2 анодами, управляющим и экранизирующим электродом. Баллон электронно-лучевой трубки
2. Блок питания;
3. Каналы вертикального (Y) и горизонтального (Х) отклонения и модуляции луча;
4. Генератор горизонтальной развертки. Он подаёт сигнал на пластины горизонтального отклонения. Сигнал нарастает линейно, а спадает быстро. С обратным движением луча происходит формирование импульса гашения луча электронов, подающегося на модулятор электронно-лучевой трубки;
5. Усилитель входного сигнала, подключенный к вертикально отклоняющим пластинам;
6. Блок синхронизации.
При включении осциллографа на вход подается сигнал. Здесь происходит обработка сигнала в аттенюаторе. Благодаря чему амплитуда сигнала не превышает установленные границы, что позволяет умещаться изображению на экране прибора.
Y-канал способен передавать сигнал на генератор горизонтального отклонения для обеспечения его синхронизации. Этот канал функционирует в режиме открытого типа, таким образом, уровень сигнала соответствует вертикальным отклонениям луча. Если Y-канал закрытый, то сигнал проходит через конденсатор беспрепятственно для напряжения.
Х-канал (горизонтального отклонения) соединен с генератором развертки. Система развертки способна обеспечивать синхронность сигналов несколькими вариантами, а именно:
- Внутренней синхронизации. В этом случае частота устанавливается в ручную, а Х-канал работает с автоколебаниями. Используется для исследования сигналов со стабильной частотой;
- Внешней. Входные импульсы запускают генератор. Исследует нестабильные сигналы;
- От сети питания. Удобен при наличии помех от питающих устройств;
- Одинарный запуск. Ручной способ.
И Х-канал, и Y-канал имеют усилители для формирования требуемого сигнала, подача которого осуществляется на ЭЛТ.
ЭЛТ (электронно-лучевая трубка) является основной частью данного прибора. Это стеклянная колба, внутри которой имеется катод, два анода, управляющий электрод, а так же отклоняющие пластины. Две из них горизонтальные, две вертикальные. Её основная функция – визуализация сигнала.
Блок питания обеспечивает необходимое напряжение электродов ЭЛТ, усилителей, генераторов и других устройств прибора.
Блок синхронизации обеспечивает получение стабильного графического изображения.
Это Интересно! Некоторые умельцы, занимающиеся радиотехникой самостоятельно собирают подобные приборы для личного пользования.
Как работает осциллограф
Измеряя напряжение сигнала, осциллограф отображает его графическое изображение на экране. Изменения уровня напряжения на экране отмечаются в системе координат x-y (x-временной отрезок, y-уровень напряжения).
Специальным регулятором можно корректировать насыщенность изображения осциллограммы.
Графическое изображение напряжения может быть представлено несколькими формами:
- Синусоидальной;
- Прямоугольной;
- Треугольной;
- Пилообразной;
- Меандра (прямоугольный сигнал с равными положительными и отрицательными периодами);
- Импульсной;
- Комплексной.
Принцип работы осциллографа
В электронно-лучевой трубке в результате прохождения тока по нити накаливания происходит нагревание катода. И как следствие этого – термоэлектронная эмиссия, т.е. выход электронов.
Эти электроны следуют на управляющий электрод. Он способен изменять их интенсивность (что проявляется в изменении яркости изображения на экране). Два анода обладают способностью создавать электромагнитное поле с определенными параметрами, а также изменять скорость электронов. Таким образом, происходит преобразование потока электронов в луч.
Луч отображается на отображающих пластинах. Пластины горизонтального отображения обеспечивают регистрацию сигнала на вертикальной оси. А вертикальные пластины – на горизонтальной.
Применение
Осциллографы по сути своей работы схожи с вольтметрами. Отличием является то, что осциллограф способен не только отображать напряжение, но и исследовать изменение продолжительности его действия.
Осциллографы широко применяются в электронных механизмах для изучения их работы и изменения их параметров. А также для ремонта элементов и узлов в различных электроприборах.
Прибор помогает диагностировать поломки большого количества автомобильных датчиков, положение распредвала и коленвала. А также дефекты работы катушек и свечей зажигания.
Принцип работы осциллографа довольно сложно понять, не зная основных структурных элементов этого прибора и их функций. Эти сведения помогут научиться пользоваться осциллографом для диагностики неисправностей различных приборов. Ведь без использования осциллографа ремонт некоторых сложных устройств не представляется возможным.