Основные теоретические положения

    Электрическая структурная схема прибора ОСУ-10А, поясняющая принцип его работы, представлена на рисунке 1. Блок-схема содержит следующие части:

- тракт вертикального отклонения (ТВО), обеспечивающий усиление и масштабирование исследуемых сигналов в соответствии с выбранным коэффициентом отклонения и чувствительностью вертикальной отклоняющей системы электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Кроме того, в ТВО формируются (усиливаются до определенной величины) сигналы внутренней синхронизации.

- тракт горизонтального отклонения (ТГО), обеспечивающий усиление и формирование сигналов горизонтального отклонения луча на экране ЭЛТ, в соответствии с выбранным масштабом и чувствительностью горизонтальной системы отклонения ЭЛТ. Кроме того, в ТГО осуществляется формирование сигналов синхронизации развертки из внешнего или внутреннего входных сигналов запуска, предварительное усиление этих сигналов для отклонения луча по горизонтали в режиме «X-Y»;

- источники питания, осуществляющие преобразование переменного напряжения сети в ряд стабилизированных постоянных напряжений, необходимых для работы схемы прибора.

Рисунок 1 – Структурная схема осциллографа (1–входной делитель, 2– предварительный усилитель, 3–линия задержки, 4–усилитель, 5– устройство синхронизации и запуска, 6– генератор развертки, 7–усилитель)

 

Исследуемый сигнал, поступающий в ТВО по входному каналу Y, сначала масштабируется во входном делителе канала. Делители предназначены для ослабления входного сигнала, обеспечивая чувствительность прибора от 10 мВ/дел до 5 В/дел с шагом 1-2-5 в зависимости от устанавливаемого переключателем «ВОЛЬТ/ДЕЛ» коэффициента отклонения. С выхода делителя сигнал поступает на усилитель 2 ТВО, в котором осуществляется предварительное усиление с коэффициентом усиления, подстраиваемом под конкретную чувствительность ЭЛТ. Исследуемые сигналы через переключатель «ВНУТР/СЕТЬ/ВНЕШН», выбирающий источник синхронизации, поступают на синхронизатор 5. Туда же поступает сигнал внешней синхронизации. Линия задержки 3 задерживает сигнал на некоторое время, необходимое для запуска генератора горизонтальной развертки схемой синхронизации – это позволяет наблюдать передний фронт сигнала. Далее сигнал через усилитель 4 поступает на отклоняющие пластины канала Y. В синхронизаторе формируется нормированный по амплитуде и временным параметрам импульс синхронизации, регулируется уровень запуска с помощью ручки «УРОВЕНЬ», переключается полярность сигнала запуска. При внутренней синхронизации исследуемый сигнал поступает на вход Y и уже внутри осциллографа разделяется и идет как на вертикально отклоняющие пластины, так и в блок синхронизации. Таким образом, исследуемый сигнал сам управляет разверткой осциллографа.

   При внешней синхронизации сигнал с входа Y идет только на пластины вертикального отклонения, а в блок синхронизации сигнал от внешнего устройства подается с входа X. Использовать внешнюю синхронизацию целесообразно в случае, если исследуемый сигнал недостаточен по амплитуде или непригоден по форме для синхронизации (например, содержит шумы). Например, при работе с сигналами, изменяющимися по форме, сложно получить неподвижное изображение при внутренней синхронизации. Тогда на вход X подается сигнал внешней синхронизации (например, запускающие импульсы исследуемого сигнала) для согласования частоты повторения развертки с частотой исследуемого сигнала. Так как его частота точно равна частоте наблюдаемого сигнала, то картина должна стать неподвижной. Внешняя синхронизация также обычно применяется при изучении импульсных устройств, например, ЭВМ, все цепи которых работают синхронно от одного тактового генератора.

Синхронизация от сети обычно используется для проверки узлов приборов, связанных с преобразованием питающего напряжения от силовой сети (трансформаторов, выпрямителей, стабилизаторов и т. д.). В этом режиме в блок синхронизации подается сигнал с частотой промышленной сети 50 Гц от понижающего трансформатора внутри осциллографа.

  В режиме «X-Y» синхронизатор выполняет роль предварительного усилителя сигналов горизонтального отклонения.

   Тракт горизонтального отклонения (канал X) обеспечивает формирование напряжения развертки для управления перемещением луча по горизонтали. Генератор развертки 6 – основной узел канала X. Он формирует пилообразное напряжение. Генератор может работать в автоколебательном или ждущем режимах.

Импульсы пилообразного напряжения через соответствующие коммутаторы поступают на выходной усилитель 7 канала Х, откуда, усиленные до величины, определяемой чувствительностью горизонтальной системы отклонения, поступают на горизонтальные пластины ЭЛТ.

Скорость изменения пилообразного напряжения определяют коэффициенты развертки от 0,1 мкс/деление до 0,1 с/деление при отображении сигналов в реальном времени. Она устанавливается с шагом переключателем «ВРЕМЯ/ДЕЛ».

Развертка – это линия, которую вычерчивает луч на экране ЭЛТ при отсутствии исследуемого сигнала в результате действия только одного напряжения развертки.

В технике связи применяются следующие виды разверток: линейная, синусоидальная, эллиптическая (круговая).

Если напряжение развертки приложено к отклоняющим пластинам Х, то развертку называют по форме развертывающего напряжения – линейной или синусоидальной.

Если развертывающие напряжения одновременно приложены к отклоняющим пластинам Х и Y ЭЛТ, то развертка называется круговой или эллиптической.

Линейная развертка создается пилообразным напряжением генератора развертки, при этом луч вычерчивает прямую горизонтальную линию на экране ЭЛТ.

В зависимости от режима работы генератора развертки линейная развертка подразделяется на несколько видов:

• непрерывная (автоколебательная);
• ждущая;
• однократная.

Автоколебательная развертка представляет собой развертку, при которой генератор развертки периодически запускается при отсутствии сигнала запуска на его входе. В автоколебательном режиме генератор непрерывно вырабатывает пилообразное напряжение (рисунок 2). Этот режим используется для наблюдения гармонических, а также периодических импульсных сигналов с небольшой скважностью (т. е. когда импульс занимает значительную часть периода).

Рисунок 2 – Напряжение пилообразной формы (а), движение луча (б)

Сущность ждущей развертки (Рисунок 3)  заключается в том, что при отсутствии исследуемого сигнала генератор развертки развертывающее напряжение не вырабатывает, он ждет. Поступивший исследуемый сигнал через блок синхронизации запускает генератор развертки и генератор вырабатывает одиночный пилообразные импульс, который поступает на пластины X. Исследуемый сигнал в это время задерживается в линии задержки и только после поступления U_p на пластины X исследуемый сигнал подается на пластины Y и полностью воспроизводиться на экране, т.е. для осуществления ждущей развертки необходимо, чтобы U_р поступило на пластины X чуть раньше, чем исследуемый сигнал на пластину Y.

Рисунок 3 - Ждущая развертка

Основное требование к напряжению ждущей развертки: длительность напряжения развертки должна быть чуть больше длительности исследуемого сигнала. Только при этом условии исследуемый сигнал полностью вписывается в напряжение развертки, и воспроизводиться на экране.

Однократная развертка (рисунок 4) - это развертка, с помощью которой генератор развертки запускается только один раз с последующей блокировкой. Генератор развертки вырабатывает колебания пилообразной формы, показанные на рисунке 4.На участке ас графика U_x(t) напряжение развертки линейно убывает. Время Т_пр, в течение которого U_х изменяется от максимального значения до минимального, называется временем прямого хода развертки. Участок cd, который длится в течение времени Т_обр, соответствует обратному ходу развертки. Время Т_пр и Т_обр составляет период развертки Т_р.Если приложить U_х к горизонтальным отклоняющим пластинам, отключив сигнал от пластин вертикального отклонения, электронный пучок ЭЛТ будет отклоняться только в горизонтальной плоскости. При этом светящееся пятно на экране будет перемещаться в определенной последовательности. При максимальном положительном напряжении Uх (точка а на рис. 4) светящееся пятно займет крайнее левое положение (точка а') на экране. При линейном убывании U_х пятно постепенно перемещается в точку b ' и после перемены полярности U_х – в точку с'. После достижения точки с' светящееся пятно начинает перемещаться по той же траектории в обратном направлении (пунктирная линия). Обратный ход осуществляется за время Т_обр<<Т_пр, поэтому скорость движения пятна в обратном направлении существенно выше.

Рисунок 4- Однократная развертка

Назначение органов управления, настройки и подключения осциллографа ОСУ-10А приведено в таблице 1.

Таблица 1- Назначение органов управления осциллографа ОСУ-10А

Органы управления, настройки и подключения	Назначение	Исходное положение
Кнопка «СЕТЬ»	Включение прибора	Не нажата
Ручка «ЯРКОСТЬ»	Регулировка яркости луча	Среднее
Ручка «ФОКУС»	Регулировка фокусировки луча	Среднее
Ручка «↕»	Смещение луча на экране по вертикали	Среднее
Ручка «↔»	Смещение луча на экране по горизонтали	Среднее
Ручка «УРОВЕНЬ»	Регулировка уровня синхронизации развертки	Среднее
Переключатель «ВОЛЬТ/ДЕЛ»	Установка коэффициентов отклонения канала Y	«.1» и «V»
Переключатель «ВРЕМЯ/ДЕЛ»	Установка коэффициентов развертки (канал X)	«.5» и «ms»
Гнездо →ВХОД Y	Вход канала Y	-
Гнездо → ВХОД X	Вход канала X	-
Ручки «ПЛАВНО»	Плавное изменение коэффициентов отклонения каналов с перекрытием не менее чем в 2,5 раза в каждом положении переключателей «ВОЛЬТ/ДЕЛ» и «ВРЕМЯ/ДЕЛ»	Крайнее левое
Переключатель «»	Переключатель режима работы входов усилителя: Переменный сигнал / усилитель заземлен /постоянный сигнал	«~»
Переключатель «ВНУТР/СЕТЬ/	Развёртка синхронизируется внутренним сигналом (ВНУТР), от сети питания (СЕТЬ) или внешним сигналом (ВНЕШН)
«АВТО/ЖДУЩ/ТВ»	АВТО - если нет сигнала синхронизации или он меньше 25 Гц, развертка переходит в автоколебательный режим; ЖДУЩ - развертка запускается только при наличии входного сигнала; ТВ - синхронизация телевизионным строчным сигналом	«АВТО»
«+\ – \ X»	Развёртка синхронизируется положительным фронтом сигнала (+), отрицательным фронтом сигнала (–) или осциллограф работает в режиме X-Y (X).	«+»