5-6. СТРОБОСКОПИЧЕСКИЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ

Универсальные осциллографы непригодны для исследования импульсов малой длительности в силу ограниченной полосы частот, пропускаемой каналом Существуют скоростные осциллографы с широкой полосой пропускания, но их чувствительность мала. Таким образом, с

помощью рассмотренных выше осциллографов невозможно исследовать наносекундные импульсы и сверхвысокочастотные колебания. Для их изучения предложен стробоскопический метод, на основе которого созданы осциллографы на обычных электронно-лучевых трубках без широкополосных усилителей в канале сочетающие широкую эквивалентную полосу пропускания с высокой чувствительностью.

Принцип стробоскопического метода осциллографирования заключается в кажущемся замедлении быстропеременного процесса, т. е. в трансформации масштаба времени.

Рис. 5-20. К принципу стробоскопического осциллографирования: а — исследуемый сигнал; б - строб-импульсы; в — выходные импульсы смесителя; г - осциллограмма

Сигналы, поступающие на вход осциллографа, последовательно зондируются в точках с помощью строб-импульсов тстр. Последовательность зондирования достигается путем автоматического сдвига во времени строб-импульса на интервал в пределах длительности сигнала или его периода следования Интервал называется шагом считывания; его длительность зависит от числа точек считывания: или Длительность строб-импульсов не критична, но должна быть меньше периода следования Тстр.

Сигнал и строб-импульсы (рис. 5-20, а, б) подаются в смеситель осциллографа, на выходе которого возникают

импульсы напряжения. Высота этих импульсов пропорциональна мгновенным значениям исследуемого сигнала в точках зондирования (рис. 5-20, в). Их огибающая (рис. 5-20, г) повторяет форму исследуемого сигнала. Таким образом, сигнал «растягивается» во времени во много раз и во столько же раз расширяется эквивалентная полоса пропускания осциллографа.

Для обеспечения автоматического сдвига строб-импульсов период их следования должен отличаться от периода следования сигнала точно на шаг считывания Тстр Зондирование можно производить через периодов; в этом случае период следования строб-импульсов должен составлять где

Рис. 5-21. Структурная схема стробоскопического осциллографа

Растягивание сигнала во времени и эквивалентное расширение полосы пропускания частот осциллографа удобно характеризовать коэффициентом временной трансформации Коэффициент временной трансформации в современных стробоскопических осциллографах достигает десятков тысяч.

Структурная схема стробоскопического осциллографа представлена на рис. 5-21. Запускающие импульсы поступают через вход синхронизации на устройство формирования где они преобразуются в короткие импульсы, форма и полярность которых не зависит от вида запускающих импульсов. Полученные импульсы используются для синхронизации всех узлов осциллографа (рис. 5-22).

Узел сдвига строб-импульсов состоит из генератора пилообразного напряжения с быстрым нарастанием («быстрой пилы») ГБП, генератора напряжения с медленным нарастанием («медленной пилы») ГМП и блока

сравнения Длительность «быстрой пилы» равна длительности сигнала или периоду его повторения, а «медленно» — периоду повторения строб-импульсов, умноженному на число точек считывания. Отношение длительностей «медленной» и «быстрой» «пил» равно коэффициенту временной трансформации. Напряжения от генераторов обеих «пил» поступают на два входа блока сравнения. Когда эти напряжения сравняются, на выходе блока сравнения возникает импульс, запускающий генератор строб-импульсов и прекращающий работу генератора «быстрой пилы». При каждом последующем синхронизирующем импульсе момент запуска генератора строб-импульсов сдвигается относительно начала «быстрой пилы» на интервал

Рис. 5-22. Диаграмма напряжений в различных узлах стробоскопического осциллографа 1 — импульсы синхронизации; 2 — напряжение «быстрой пилы»; 3 — напряжение «медленной пилы»; 4 — импульсы блока сравнения; 5 — строб-импульсы

Исследуемый сигнал поступает через коаксиальный разъем в смеситель, который является единственным сверхвысокочастотным широкополосным узлом стробоскопического осциллографа. Смесители выполняют по различным схемам, но все они выдают выходной сигнал только в момент прихода строб-импульса, значение которого определяется суммой текущего значения сигнала и максимального— строб-импульса. Далее выходные импульсы смесителя поступают на усилитель вертикального отклонения предварительно пройдя усилитель и расширитель

На пластины горизонтального отклонения через усилитель подается напряжение «медленной пилы», осуществляющее развертку. Импульсы с блока сравнения одновременно с запуском генератора строб-импульсов поступают в канал на блок подсвета соединенного с модулятором трубки. Благодаря импульсам блока подсвета осциллограмма образуется светящимися точками, равноотстоящими друг от друга. Изменяя коэффициент развертки, можно регулировать число точек в пределах 30-50.

В качестве синхронизирующего сигнала часто

используют исследуемый импульс. В этом случае возможна потеря изображения его передней части. Для исключения этого явления исследуемый сигнал подают на вход тройника коаксиальной конструкции, один выход которого соединяют с входом синхронизации, а второй — через отрезок коаксиального кабеля — со входом сигнала. Радиочастотный коаксиальный кабель задерживает сигнал на несколько десятых наносекунды, т. е. играет роль линии задержки ЛЗ (рис. 5-21).

Промышленность выпускает несколько типов одно- и двухканальных стробоскопических осциллографов с полосой частот и высокой чувствительностью. С помощью таких осциллографов можно исследовать сигналы длительностью от 0,1 не до напряжением от до 1 В, с погрешностью Сигналы должны быть периодическими или повторяющимися; одиночные сигналы с помощью стробоскопического осциллографа исследовать невозможно.