Що таке електронно-променевий осцилограф?

Mr. Rohan Naik

Спеціаліст з аналізу даних у компанії Wipro (Індія) (2016 – теперішній час)

Електронно-променевий осцилограф - це електронний вимірювальний прилад, який використовується для отримання сигналів при подачі вхідних диференціальних сигналів. У ранні часи його називали осцилографом. Осцилограф спостерігає зміни електричних сигналів у часі, таким чином, напруга та час описують форму, яка безперервно відображається на графіку поряд із шкалою. Спостерігаючи за формою сигналу, ми можемо аналізувати деякі властивості, такі як амплітуда, частота, час наростання, спотворення, часовий інтервал тощо.

Електронно-променевий осцилограф

Блок-схема CRO

Наступна блок-схема показує загальне призначення осцилографа. Осцилограф використовує електронно-променеву трубку (ЕЛТ) і виступає як нагрівач осцилографа. В осцилографі ЕЛТ генерує електронний пучок, який прискорюється до високої швидкості та потрапляє у фокус на люмінесцентному екрані. Таким чином, на екрані з'являється видима пляма в місці влучення електронного пучка. Виявляючи пучок над екраном у відповідь електричний сигнал, електрони можуть діяти як електричний світловий олівець, створюючи світло у місці влучення.

Блок-схема осцилографа

Для виконання цього завдання нам необхідні різні електричні сигнали та напруги. Це забезпечує живлення схеми осцилографа. Тут ми будемо використовувати високу та низьку напругу. Низька напруга використовується для нагрівача електронної гармати для створення електронного пучка. Висока напруга потрібна для катодно-променевої трубки для прискорення пучка. Нормальна напруга живлення необхідна інших блоків управління осцилографа.

Горизонтальна та вертикальна пластини розташовані між електронною гарматою та екраном, що дозволяє виявляти пучок відповідно до вхідного сигналу. Безпосередньо перед виявленням електронного пучка на екрані в горизонтальному напрямку, тобто по осі X, з постійною швидкістю, що залежить від часу, генератор тимчасової бази задається генератором. Сигнали проходять від вертикальної пластини, що відхиляє, через вертикальний підсилювач. Таким чином, він може посилити сигнал рівня, відповідного відхилення електронного пучка.

Якщо електронний пучок виявлений по осях X та Y, використовується схема запуску для синхронізації цих двох типів виявлення. Отже, горизонтальне відхилення починається у тій точці, як і вхідний сигнал.

Чи були осцилографи з ЕПТ-екраном замінені на більш сучасні технології? Якщо так, то чому їх досі використовують?

Mr. Steven Horii

Заслужений професор радіології (2021 р. – нині) у Медичній школі Перельмана при Університеті Пенсільванії (1992 р. – нині)

Сучасні осцилографи, як правило, використовують плоскі дисплеї, в основному рідкокристалічні, як у планшетах, комп'ютерних моніторах та телевізорах. Основна відмінність від осцилографів на основі ЕПТ полягає в тому, що більшість сучасних осцилографів є цифровими. Ранні цифрові осцилографи також використовували ЕПТ для відображення інформації, але обробка сигналу після аналогового входу була цифровою. Це забезпечує більшу гнучкість у роботі цифрового осцилографа. Багато хто з них поєднує функції декількох приладів (спектрометрів, частотомірів, вольтметрів та логічних аналізаторів), деякі просто шляхом додавання прошивки. Старіші осцилографи на основі ЕПТ могли робити це за допомогою різних плагінів. Компанія Tektronix найбільш відома своїми осцилографами на основі ЕПТ, які вимагали ряду плагінів, що дозволяють використовувати один осцилограф для кількох типів робіт.

Аналогові ЕПТ-осцилографи цінувалися тими, хто хотів безперервного виміру та відображення сигналів. У цифрових осцилографах сигнал оцифровується на дискретні значення. Через це, якщо ви шукаєте швидкі перехідні процеси в сигналі, і частота дискретизації недостатньо висока, цифровий осцилограф може пропустити частину перехідного процесу, оскільки вибірки беруться далеко один від одного в часі. Проблема в тому, що для роботи з дуже швидкими перехідними процесами також був потрібний аналоговий осцилограф із досить високою частотною характеристикою. Крім того, були потрібні спеціалізовані ЕПТ-монітори, здатні відображати швидкий сигнал на досить яскравому рівні, щоб його можна було побачити або сфотографувати. Зважаючи на те, що я бачив у розробці осцилографів, найшвидші комерційно доступні аналогові ЕПТ-осцилографи мали частотну характеристику до гігагерц. Сучасні цифрові осцилографи можуть захоплювати сигнали з частотою дискретизації 200 гігавибірок за секунду. Це дозволяє захоплювати аналогові сигнали до (теоретично) половини цієї частоти, але на практиці швидше до 70-80 гігагерц. Існували аналогові ЕПТ-осцилографи, які можна було використовувати на дуже високих частотах, але сигнали мали бути повторюваними, а не одиничними. Ці осцилографи використовували дискретизацію. З вхідного сигналу вони робили вибірку в різні моменти часу, а потім могли відновлювати сигнал цих вибірок.

Існує досить велика спільнота користувачів, які віддають перевагу аналоговим ЕПТ-осцилографам і досі використовують і обслуговують їх, навіть ті, які відносяться до епохи повністю лампової електроніки 1950-х років. Я використав пару таких осцилографів 1960-х років (Tektronix 535A, а пізніше 547). Вони були в нашій лабораторії в середині-кінці 70-х, і я купив їх уживаними. Для зміни їх можливостей використовувалися змінні модулі. Ми називали їх «обігрівачами для кімнат». Ми не займалися роботою на дуже високих частотах; в основному це були біомедичні сигнали та пошук несправностей в іншому устаткуванні. Наш більш сучасний аналоговий ЕЛТ-осцилограф був моделлю Hewlett-Packard, повністю твердотільною (за винятком самого ЕЛТ). Без додаткових модулів, але зі смугою пропускання сигналу до 100 мегагерц. Крім того, він важив приблизно вчетверо менше, ніж великі осцилографи Tektronix. Наші фахівці з біомедичної техніки використовували аналоговий твердотільний ЕПТ-осцилограф, також виробництва Tektronix, але дуже популярну модель 465. Він був приблизно такого ж розміру та ваги, як і Hewlett-Packard. Багато користувачів аналогових ЕПТ-осцилографів продовжують їх використовувати, тому що вони працюють, часто підлягають ремонту та мають відносно короткий період навчання.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник осцилографів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy

Постачання зі складу та на замовлення:

GW Instek, RIGOL, SIGLENT, OWON, Tektronix, Iwatsu, LeCroy, HANTEK