Формирование изображений на экране электронной трубки

 

Если и на пластины Y, и на пластины X поступают изменяющие­ся во времени сигналы, то траектория движения светящегося пятна на экране будет определяться характером поведения этих сигналов.

Если напряжения на пластинах меняются достаточно быстро (с частотой более 20...30 Гц), то траектория пятна на экране пред­ставляется сплошной линией. При малых скоростях (частоты ниже 1 Гц) можно наблюдать на экране светящуюся точку, перемещаю­щуюся по экрану ЭЛТ.

В ЭО используются разные способы (режимы) формирования изображения.

2.1. Режим линейной развертки (режим Y – t)

 

Режим линейной развертки называется также режимом Y – t, поскольку входной сигнал Y как бы разворачивается в текущем вре­мени t. Это наиболее часто используемый режим, в котором можно исследовать изменения входного сигнала во времени. В этом случае на пластины Y подается ис­следуемый сигнал, а на пласти­ны X подается пилообразное на­пряжение. На рис.4 показан слу­чай синусоидального исследуемо­го сигнала U_Y с периодом Т_с и линейно изменяющегося напря­жения ГР U_Х с периодом T_р = Т_с.

 

 

 

Рис. 4 Режим линейной развертки (режим Y–t)

 

Линейная развертка может быть реализована в автоколебательном режиме или в режиме ждущей развертки.

Автоколебательный режим развертки. В этом режиме ГР непрерывно генерирует периодическое пилообразное напряжение. Если период сигнала Т_с окажется рав­ным периоду напряжения генератора развертки Т_р, то траектория движения светящегося пятна на экране будет повторяться от цик­ла к циклу, т.е. в каждом периоде развертки Т_р изображение будет одним и тем же. Таким образом, изображение на экране будет ус­тойчивым (рис. 5).

Отметим, что изображение будет устойчивым также и при крат­ном отношении (Т_р/Т_с = 2; Т_р/Т_с = 3; Т_р/Т_с = 4;...).

В более общем случае, когда периоды исследуемого сигнала и ГР не равны (и не кратны), изображение на экране будет неустой­чивым и/или неудобным, так как в каждом цикле развертки луча изображение будет отличаться от изображений предыдущих цик­лов. Суммарное изображение как бы бежит по экрану. В некоторых случаях изображение может быть устойчивым, но неудобным для анализа. При достаточно высоких частотах сигналов (десятки герц и выше) отдельные изображения в каждом цикле чередуются так быстро, что (из-за инерционности человеческого глаза и имеющегося послесвечения люминофора) как бы накладываются друг на друга, создавая единый образ.

 

 

Рис. 5. Случай равенства периодов сигнала и генератора развертки

 

На рис. 6 приведен пример форми­рования изображения для отношения периодов Т_р/Т_с = 3/4. В дан­ном случае изображение на экране хоть и устойчивое, но неудоб­ное для работы.

Одни и те же пары сигналов могут создавать разные изображе­ния на экране в зависимости от начальных временных сдвигов на­пряжений на пластинах. На рис. 7 приведены примеры изображе­ний для сигналов с различными временными сдвигами. Изображе­ние 1 соответствует паре напряжений U_Y и U_Х1. Изображение 2 соответствует паре напряжений U_Y и U_Х2, изображение 3 соответ­ствует паре напряжений U_Y  и U_ХЗ, изображение 4 соответствует паре напряжений U_Y и U_Х4.

Ждущий режим развертки. В отличие от автоколебательного ре­жима развертки режим ждущей развертки позволяет получить по­вторяющееся устойчивое изображение при периодическом сигна­ле на входе Y независимо от соотношения периодов напряжения

Рис. 6. Случай неравенства периодов сигнала и генератора развертки

Рис. 7. Формирование изображения на экране

ГР U_ГP и входного напряжения U_Y. При этом цикл работы ГР определяется (задается) неким управляющим напряжением, например входным исследуемым сигналом U_Y. Запуск ГР (начало формирования «пилы») происходит лишь при наличии заданных оператором признаков, например определенного уровня входного сигнала и знака его изменения (производной). На рис. 8 показан случай, соответствующий нулевому уровню запуска (значению входного напряжения U_Y = 0) и положительному изменению входного сигнала (т.е. при его возрастании).

 

 

 

Рис. 8. Режим ждущей развертки

 

Цикл работы ГР при этом состоит из интервалов рабочего хода — Т_р и интервала ожидания — Т_ож. Значение Т_р не зависит от периода входного сигнала и задается оператором. Значение Т_ож (точнее — момент его окончания) определяется следующим моментом совпадения заданных признаков управляющего сигнала (см. рис. 8).

В качестве управляющего запуском развертки сигнала (сигнала синхронизации) могут использоваться:

•     входной исследуемый сигнал (внутренний запуск);

•     внешний вспомогательный сигнал (внешний запуск);

• сигнал напряжения электрической сети питания ЭО.

Режим ждущей развертки удобен в большинстве случаев, по­этому он наиболее часто используется.

 

2.2. Режим Y–X

 

В отличие от режима линейной развертки в этом режиме на входы Y и X могут поступать исследуемые сигналы различных форм. Генератор развертки при этом не используется.

Метод эллипса. В режиме круговой (эллиптической) развертки на входы Y и X ЭО подаются синусоидальные сигналы одной частоты или разных частот. На рис. 9 приведен пример формиро­вания изображения при поданных на пластины Y и X двух синусо­идальных напряжений одной частоты, но сдвинутых друг относи­тельно друга на 90°.

Если на пластины Y и X поступают два синусоидальных сигнала

одной частоты f= 1/Т, но с некоторым сдвигом фаз ,

то на экране ЭЛТ возникнет изображение наклоненного эллипса, по некоторым параметрам которого можно найти значение фазо­вого сдвига .

Измерив отрезки а и b, или с и d изображении эллипса на экране, можно найти фазовый сдвиг  (рис. 10).

Рис. 9. Режим круговой развертки (режим Y— X)

 

 

         

 

Рис. 10. Определение значения фазового сдвига

 

Поскольку = а/b, или = с/d, то значение фазового сдвига  определяется таким образом:

 

= (а/b) = arcsin(с/d).

 

На рис. 11 приведены примеры изображений для разных зна­чений фазового сдвига .

Метод фигур Лиссажу. Если на пластины Y и X поступают си­нусоидальные напряжения разных частот  и ,то на экране ЭЛТ возникает изображение замкнутой фигуры — фигуры Лиссажу. На рис. 12 показан случай формирования изображения, когда часто­та вдвое больше частоты .

Зная значение одной из частот, можно найти значение другой. Этот метод используется для измерения неизвестной частоты си­нусоидальных сигналов. На один вход ЭО (любой), например, на вход Y, подается сигнал неизвестной частоты, на другой — вход X — подается напряжение с выхода генератора синусоидальных сигналов. Изменением частоты сигнала генератора добиваются ус­тойчивого изображения на экране одной из понятных (удобных) фигур Лиссажу. Затем определяется число точек пересечения полу­ченной фигуры горизонтальной и вертикальной линиями (рис. 13, а). Для получения правильного результата линии должны проходить таким образом, чтобы число точек пересечения обе­ими линиями было максимальным.

 

 

Рис. 11. Изображения на экране в методе эллипса для разных значений

фазового сдвига: а –  = 0°;б –  = 30°; в –  = 60°; г –  = 90°; д –  = 180°

 

 

 

Рис. 12. Метод фигур Лиссажу.

 

После этого отсчитывается значение установленной частоты сигнала генератора. Отношение частот f_Y / f _Х равно отношению чис­ла точек пересечения по горизонтали N_Г и по вертикали N_В:

 

f_Y / f _Х = N _Г / N _В

 

На рис.13, а приведен пример фигуры Лиссажу с соотноше­нием точек пересечения N _Г / N _В = 6/4. Это значит, что частота сиг­нала на входе Y в полтора раза больше, чем частота сигнала на входе X. Например, если частота сигнала генератора, поданного на вход X, оказалась равной 12,4 кГц, то при такой фигуре на экране значение неизвестной частоты сигнала, поданного на вход Y, рав­но 18,6 кГц.

Можно использовать и касательные к фигуре линии (см. рис. 13, б), тогда нужно использовать аналогичное соотноше­ние, но точек касания горизонтальной и вертикальной каса­тельной.

На рис. 14 приведены примеры изображений для различных соотношений значений частот  и .

 

 

Рис.13. Определение точек пересечения (а) или касания (б)

 

 

 

Рис. 14. Фигуры Лиссажу при соотношении частот f_Y / f _Х, равном: а – 3; б – 2; в – 3/2; г – 1; д – 1/2

Общий случай. В режиме Y –X возможна также работа с сигна­лами любых форм.

Понимание принципа управления отклонением луча позволяет априори определить возможную траекторию движения пятна на экране при известных диаграммах сигналов на пластинах. При до­статочном навыке для построения изображения можно обойтись сравнительно небольшим числом точек. Кроме того, для случаев кусочно-линейных сигналов (или хотя бы одного из них) можно упростить процесс построения, рассматривая интервалы време­ни, соответствующие однообразному (постоянному) поведению сигналов, например, постоянным производным, и дающие сразу целые фрагменты траектории, а не только точки. На рис. 15 пока­зан случай двух сигналов с постоянными производными на неко­торых интервалах времени. Легко видеть, что на интервалах 1, 2, 3, 4 на экране будут отрезки прямых линий, что при систематичес­ком и достаточно быстром повторении образует на экране прямо­угольник (квадрат).

В этом режиме ЭО может использоваться в качестве характериографа — инструмента исследования характеристик электрон­ных, электрических и электромагнитных устройств. Например, с п омощью ЭО можно получить зависимость выходного напряже­ния четырехполюсника от входного.

 

Рис. 15. Формирование изображения на экране.