осциллограф

Формула изобретения

Осциллограф, содержащий блок отклонения, электронно-лучевую трубку, интегратор, коммутатор, блок развертки, линию задержки и блок синхронизации, вход которого соединен с шиной синхронизации, а выход блока синхронизации соединен с входом линии задержки, первый вход коммутатора соединен с выходом блока отклонения, вход которого соединен с шиной измеряемого сигнала, отличающийся тем, что, с целью уменьшения ширины линии осциллограммы, упрощения процесса измерений, увеличения ресурса электронно-лучевой трубки, повышения яркости и контрастности осциллограммы, введены генератор и компаратор, выход которого соединен с третьим входом электронно-лучевой трубки, выходы коммутатора и блока синхронизации соединены соответственно с первым и вторым входами интегратора, выход которого соединен с входом компаратора, выход блока синхронизации через генератор соединен с вторым входом коммутатора, а выход линии задержки через блок развертки соединен с первым входом электронно-лучевой трубки, второй вход которой соединен с выходом блока отклонения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в осциллографии.

Известен осциллограф [1]. Однако, данное устройство характеризуется большой погрешностью измерений, обусловленной дрейфом осциллограммы.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является осциллограф [2], содержащий вольтметр, интегратор, блок отклонения, два коммутатора, электронно-лучевую трубку, блок развертки, блок синхронизации, два стробоскопических преобразователя и линию задержки, выход которой подключен к первым входам первого и второго стробоскопического преобразователей, входы блока развертки и линии задержки подключены к выходу блока синхронизации, вход которого подключен к шине синхронизации, первый выход блока развертки подключен к первому входу второго коммутатора и второму входу второго стробоскопического преобразователя, а второй выход блока развертки подключен к вторым входам первого и второго коммутаторов, выход второго стробоскопического преобразователя подключен к третьему входу второго коммутатора, первый и второй входы электронно-лучевой трубки подключены к выходам соответственно второго и первого коммутаторов, первый вход первого коммутатора и второй вход первого стробоскопического преобразователя подключены к выходу блока отклонения, первый вход которого подключен к шине измеряемого сигнала, выход первого стробоскопического преобразователя подключен к третьему входу первого коммутатора и входу интегратора, а выход интегратора подключен к входу вольтметра и второму входу блока отклонения. На центральной горизонтальной риске экрана прототипа формируется яркостная метка, через которую проходит осциллограмма сигнала (измеряемого). Вольтметром измеряется напряжение измеряемого сигнала в точке осциллограммы, в которой расположена яркостная метка. Однако, прототип имеет ряд недостатков:

Во-первых, наводки от сети питания переменного тока на блок отклонения и шину измеряемого сигнала приводят к периодическому перемещению осциллограммы по вертикали, причем следующая цепь: "выход блока отклонения - второй вход первого стробоскопического преобразователя - интегратор - второй вход блока отклонения" - не обеспечивает стабилизации положения осциллограммы на экране, так как значения наводок изменяются от одной к другой реализации осциллограммы (каждая реализация осциллограммы формируется в процессе одного импульса развертки);

Во-вторых, ширина осциллограммы измеряемого сигнала имеет большую величину, чем ширина одной реализации осциллограммы, что поясняется следующим. Мгновенное значение шумового напряжения на втором входе первого стробоскопического преобразователя различно в моменты поступления разных импульсов на первый вход. Среднее значение модуля напряжения шума на выходе блока отклонения вызывает перемещение осциллограмм по вертикали на величину 3d, где d - ширина линии развертки, формируемой при подаче следующих сигналов на электронно-лучевую трубку; нулевого напряжения на первый вход вертикального отклонения и пилообразного импульса развертки на второй вход развертки. В результате, за счет имеющегося на выходе блока отклонения шумового сигнала напряжение на выходе интегратора непрерывно меняется, приводя к различному сдвигу по вертикали каждой реализации осциллограммы по отношению к среднему положению. При частоте следования измеряемого сигнала более 500 Гц оператор видит на экране осциллограмму с шириной, превышающей ширину одной реализации осциллограммы измеряемого сигнала в 2 раза.

В-третьих, за счет различного сдвига реализаций осциллограмм по вертикали, возникающего вследствие шума на выходе блока отклонения, при частоте следования измеряемого сигнала 10 - 20 Гц оператор наблюдает непрерывно перемещающуюся по вертикали осциллограмму, что усложняет процесс измерений.

В-четвертых, непроизводительно используется ресурс катода электроно-лучевой трубки, так как для формирования разных несовпадающих реализаций осциллограмм используется непрерывная эмиссия катода электронно-лучевой трубки.

В-пятых, контраст осциллограммы на фоне экрана недостаточен, так как в результате несовпадения разных реализаций осциллограмм их световое излучение не суммируется.

Цель изобретения - уменьшение ширины линии осциллограммы, упрощение процесса измерений, увеличение ресурса электронно-лучевой трубки, повышение яркости и контрастности осциллограммы.

Поставленная цель достигается тем, что в осциллограф, содержащий блок отклонения, электронно-лучевую трубку, интегратор, коммутатор, блок развертки, линию задержки и блок синхронизации, вход которого соединен с шиной синхронизации, а выход блока синхронизации соединен с входом линии задержки, первый вход коммутатора соединен с выходом блока отклонения, вход которого соединен с шиной измеряемого сигнала, введены генератор и компаратор, выход которого соединен с третьим входом электронно-лучевой трубки, выходы коммутатора и блок синхронизации соединены с соответственно первым и вторым входами интегратора, выход которого соединен с входом компаратора, выход блока синхронизации через генератор соединен с вторым входом коммутатора, а выход линии задержки через блок развертки соединен с первым входом электронно-лучевой трубки, второй вход которой соединен с выходом блока отклонения.

На фиг. 1 изображена структурная схема осциллографа; на фиг. 2 - сигналы на выходах блоков и шин. На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 - компаратор, 2 - шина измеряемого сигнала, 3 - блок отклонения, 4 - электронно-лучевая трубка, 5 - интегратор, 6 - коммутатор, 7 - блок развертки, 8 - шина синхронизации, 9 - блок синхронизации, 10 - генератор, 11 - линия задержки, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 и 20 - сигналы на выходах соответственно шины 2 измеряемого сигнала, блока 3 отклонения, блока 9 синхронизации, генератора 10, линии 1 задержки, блока 7 развертки, коммутатора 6, интегратора 5, и компаратора 1; t - время.

Осциллограф работает следующим образом. Измеряемые импульсы (сигнал 12) с шины 2 измеряемого сигнала поступают на вход блока 3 отклонения, который усиливает и задерживает поступивший на его вход сигнал 12. Сигнал 13 с выхода блока 3 отклонения поступает на второй вход электронно-лучевой 4 трубки и первый вход коммутатора 6. С шины 8 синхронизации на вход блока 9 синхронизации поступает либо измеряемый сигнал 12, либо синхронизирующие импульсы. Вырабатываемые блоком 9 синхронизации импульсы синхронизации (сигнал 14) длительностью 0,05 T_з с выхода блока 9 синхронизации поступают на входы генератора 10 и линии 11 задержки, а также на второй вход интегратора 5. Генератор 10 генерирует на своем выходе прямоугольный импульс длительностью 0,8 T_з фронт которого формируется через время 0,1 T_з после поступления фронта импульса на вход. Линия 11 задержки задерживает входной импульс на время T_з. Сигнал 15 с выхода генератора 10 поступает на второй вход коммутатора 6. Сигнал 16 с выхода линии 11 задержки поступает на вход блока 7 развертки. При поступлении импульса на вход блока 7 развертки он вырабатывает пилообразный импульс развертки. Сигнал 17 с выхода блока 7 развертки поступает на первый вход горизонтальной развертки электронно-лучевой трубки 4. При наличии и отсутствии импульса на втором входе коммутатора 6 его выход соответственно соединен и рассоединен с первым входом. Сигнал 18 с выхода коммутатора 6 поступает на первый вход интегратора 5. Напряжение U₁ на выходе интегратора 5 определяется формулой

,

где

t₀ - момент времени поступления последнего импульса (перед моментом времени t) на второй вход интегратора 8; U₂ - напряжение на первом входе интегратора 5; после поступления импульса на второй вход интегратора 5 происходит сброс до нуля выходного напряжения. Сигнал 19 с выхода интегратора 5 поступает на вход компаратора 1. При поступлении напряжения в пределах от -U_k до +U_k на вход компаратора 1 на его выходе формируется нулевое напряжение; при поступлении напряжения, выходящего за пределы от -U_k до +U_k, на вход компаратора 1 на его выходе формируется напряжение U_m. Сигнал 20 с выхода компаратора 1 поступает на третий вход (катод) электронно-лучевой трубки 4. При поступлении нулевого напряжения на третий вход электронно-лучевой трубки 4 обеспечивается формирование электронного луча, формирующего осциллограмму; при поступлении напряжения U_m на третий вход электронно-лучевой трубки 4 величина электронного луча уменьшается до нуля, что исключает формирование осциллограммы. Изменение напряжения на величину U_k на втором входе электронно-лучевой трубки 4 перемещает осциллограмму по вертикали на 0,5d. При поступлении измеряемого сигнала 12 на шину 2 измеряемого сигнала и на шину 8 синхронизации, и при нулевом сигнале 20 на выходе компаратора 1 на экране формируется осциллограмма измеряемых импульсов, если же напряжение на выходе компаратора 1 равно U_m, то осциллограмма не формируется. В течение времени формирования импульса (сигнал 15) на выходе генератора 10 напряжение с выхода блока 3 отклонения через коммутатор 6 поступает на первый вход интегратора 5 (сигнал 18). Среднее значение шумового сигнала за время 0,8 T_з равно нулю, в связи с чем шум, поступающий на вход интегратора 5, не отразится на его выходном напряжении. Ввиду кратковременности интервала от момента поступления фронта измеряемого импульса (сигнал 12) до момента окончания развертки, дрейф блока 3 отклонения в течение данного интервала времени не меняется. Если значение дрейфа на выходе блока 3 отклонения находится в пределах от -U_k до +U_k, то после окончания формирования импульса (сигнал 15) на выходе генератора 10, на выходе интегратора 5 установится напряжение в пределах -U_k до +U_k, а на выходе компаратора 1 установится нулевое напряжение. Если же дрейф на выходе блока 3 отклонения находится вне пределов от -U_k до +U_k, то после окончания формирования импульса (сигнал 15) на выходе генератора 10, на выходе интегратора 5 установится напряжение вне пределов от -U_k до +U_k, а на выходе компаратора 1 установится напряжение U_m. Этим обеспечивается формирование на экране лишь тех реализаций осциллограмм, сдвиг по вертикали которых по отношению к среднему положению осциллограммы не превышает d/2, причем данный сдвиг практически не заметен, учитывая ширину линии осциллограммы (образуемую шумом блока 3 отклонения), превышающую 6d. Частота f следования тех импульсов, которые формируются на выходе блока 3 отклонения при величине дрейфа на выходе блока 3 отклонения (образуемого наводками от сети питания переменного тока на блок 3 отклонения и шину 2 измеряемого сигнала), находящегося в пределах от -U_k до +U_k, превышает 3 Гц. При f < 50 Гц для устранения мелькания осциллограммы целесообразно использовать электронно-лучевую трубку 4 длительностью послесвечения экрана, равной (5 - 10)/f, где f - частота следования реализаций осциллограмм, высвечиваемых на экране.

Уменьшение ширины линии осциллограммы и упрощение процесса измерений поясняется тем, что на экране воспроизводятся лишь те реализации осциллограмм, которые практически совпадают друг с другом.

Повышение ресурса электронно-лучевой трубки 4 поясняется тем, что ее катод формирует электронный луч лишь в течение части времени работы осциллографа.

Повышение яркости и контрастности осциллограммы поясняется тем, что оксидный катод электронно-лучевой трубки 4, работая в импульсном режиме при воспроизведении на экране лишь части поступающих на осциллограф измеряемых сигналов, способен обеспечить в течение импульсов электронный луч во много раз больший, чем при непрерывной эмиссии катода.