Осцилограф

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, в частности, в осциллографах для исследования тонкой структуры сигнала.Возможность исследования тонкой структуры сигнала с помощью осциллогра фа определяется его разрешающей способностью. которая характеризуется числом Визуально различныхлиний на экране по горизонтали и вертикали.Разрешающая способность осциллографа ограничивается топщиной линии луча, поэтому в большинстве осциллографов для исследования тонкой структуры сигнала используется его растяжка по осям.Известен осциллограф, содержащий блок масштабирования, вход которого соединен с шиной исследуемою сигнала, а выход - с первым входом первого коммутатора, выход которою подключен к первому входу дисплея,второй вход которою соединен с выходом второго коммутатора, блок развертки, вход которого соединен с шиной сигнала синхронизации,первый и второй выходы - с первым и третьим входами второю коммутатора соответственно,третий выход - с третьим входом дисплея,группа четвертых выходов - с группой управляющих входов первого и второго коммутаторов, блок управления, группа первых выходов которою соединена с группой управляющих входов блока масштабирования, группа вторых выходов - с группой первых управляющих входов блока развертки, группа третьих выходов с группой вторых управляющих входов блока развертки, а четвертый выход - с третьим управляющим входом блока развертки 1 3. Известный осциллограф - при наблюдении полною изображения сигнала отмечает на нем участок, который будет растянут на весь экран при включении растяжки по горизонтали. Для этого блок развертки содержит генераторы осионной и задержанной разверток. Причем импульс подсвета задержанной развертки используется для формирования яркостного маркера путем дополнительного подсвета участка на полном изображении сигнала. Первый коммутатор служит для переключения каналов первого блока масштабирования (в двухканальном реэкиме осциллографа), а второй коммутатор осуществляет коммутацию сигналов основной и задержанной разверток и соответствующих импульсов подсвета. Блок управления формирует кодовые (цифровые) сигналы для установки коэффициентов отклонения и развертки и управления коммутаторами.Известный осциллограф имеет два режима работы - режим наблюдения полного изображения сигнала с установленной на ней меткой(подсвеченным участком) -на основной развертке и режим наблюдения интересующего фрагМЗНТЗ, РЗСТЯНУТОГО на ВЕСЬ экран ПОгоризонтали на задержанной развертке. Это позволяет выбрать любой участок исследуемого сигнала (посте момента запуска) и растянуть ею. При этом коэффициент растяжки по горизонтали может принимать ряд значений,например, 2, 2,5 5, 10 20, 50 и т.д.Установка интересующею фрагмента сущеСТВВННО УСЛОЖНЯТСЯ, ВСЛИ ОН НУЖДЗЕТСЯ В растяжке по горизонтали и вертикали одновременно. В этом случае в результате манипуляции оператора после включения растяжки весьма часто возникает ситуация, когда ни один из фрагментов (ни одна точка) изображения растянутого сигнала не попадает в рамки экрана. Чтобы убедиться в наличии изображения исследуемого сигнала, оператор вынужден временно возвращаться к его полному изображению и затем полностью повторять операцию растяжки. Причем в процессе исследования тонкой структуры сложных сигналов возможно неоднократное повторение таких манипуляций, что еще более увеличивает неудобство в работе при исследовании тонкой структуры сшнала. При этом затраты времени на подютовку к измерениям возрастают до 2Задача изобретения-сокращение времени подготовки осциллографа к работе при изучении тонкой структуры исследуемого сигнала.Согласно изобретению в осциллограф, содержащий первый блок масштабирования, вход которою соединен с шиной исследуемого сигнала, а выход с первым входом первою коммутатора, выход которого подключен к первому входу дисплея, второй вход которого соединен с выходом второго коммутатора, блок развертки, вход которою соединен с шинойсигнала синхронизации, первый и второй вы ходы - с первым и третьим входами второго коммутатора соответственно, третий выход - с третьим входом дисплея, группа четвертых выходов - с группой управляющих входов первою и второю коммутаторов, блок управления,группа первых выходов которою соединена с группой управляющих входов первого блока масштабирования, группа вторых выходов - с группой первых управляющих входов блока развертки, группа третьих выходов - с группой вторых управляющих входов блока развертки,а четвертый выход - с третьим управляющим входом блока развертки, введены второй блок масштабирования, двухсторонний ограничитель сигнала и знаковый генератор, группа первых входов которою подключена к группе третьих выходов блока управления и к группе первых управляющих входов второго блока масштабирования, второй вход - к четвертому выходу блока управления, третий вход - к пятому выходу блока управления и второму управляющему входу второго блока масшта 5 ВТ 1088 С 1 обирования, первый выход - ко второму входу первого коммутатора, а второй выход - к второму входу второго коммутатора, при этом вход второго блока масштабирования соединен с выходом первого блока масштабирования, а выход - с входом двухстороннего ограничителя сигнала, выход которого подключен к третьему входу первого коммутатора.На фиг. 1 представлена структурная схема осциллографа, выполненного в соответствии с изобретением.На фиг. 2 представлено полное изображение исследуемого сигнала и изображение его фрагмента на экране осциллографа, при этом на фиг. 2 а показано полное изображение сигнала с выделенным на нем (с помощью маркерапрямоугольника) интересующим фрагментом изображения на фиг. 26 представлен выделенный фрагмент, растянутый на весь экран.На фиг. 3 представлена структурная схема знакового генератора.На фит. 4 показаны временные диаграммы сигналов, поясняющие работу знакогенератора. При этом на фиг. 4 а изображены временные диаграммы его выходных сигналов, а на рис. 46 представлены временные диаграммы сигналов в характерных точках знакогенератора (фиг. 3).Устройство состоит из первого блока 1 масштабирования, первого коммутатора 2, дисплея 3, блока 4 развертки, второю коммутатора 5, блока б управления, второю блока 7 масштабирования, двухстороннего ограничителя 8 сигнала и знакового генератора 9.Вход первого блока 1 масштабирования подключен к шине исследуемого сигнала. Выход первого блока 1 масштабирования. соединен с первым входом первого коммутатора 2 и входом второго блока 7 масштабирования. Группа управляющих входов первого блока 1 масштабирования соединена с группой первых выходов блока 6 управления. Выход второго блока 7 масштабирования подключен ко входу двухстороннего ограничителя 8 сигнала. Третий вход первого коммутатора 2 соединен с выходом двухстороннего ограничителя 8 сигнала. Выход первого коммутатора 2 подключен к первому входу дисплея 3. Выход второго коммутатора 5 подключен к второму входу дисплея 3. Вход блока 4 развертки соединен с шиной сигнала синхронизации. Группа первых управляющих входов блока 4 развертки подключена к группе вторых выходов блока 6 управления. Группа вторых управляющих вхо Е)дов блока 4 развертки соединена с группой третьих выходов блока б управления, группой первых управляющих входов второго блока 7 масштабирования и группой первых входов знакового генератора 9. Третий управляющий вход блока 4 развертки подключен к четвертому выходу блока 6 управления и второму входу знакового генератора 9. Первый выход блока 4 развертки подключен к первому входу второго коммутатора 5. Второй выход блоха 4 развертки соединен с третьим входом второго коммутатора 5. Третий выход блока 4 развертки подключен к третьему входу (вход 2) дисплея З. Группа четвертых выходов блока 4 развертки соединена с группами управляющих входов первого и второго коммутаторов 2 и 5. Третий вход знакового генератора 9 соединен с пятым выходом блока б управления и вторым управляющим входом второго блока 7 масштабирования. Первый выход знакового генератора 9 соединен со вторым входом первого коммутатора 2. Второй выход знакового генератора 9 подключен ко второму входу второго коммутатора 5.В состав первого блока 1 масштабирования входят дегшигфратор, аттенюатор, с помощью которого осуществляется изменение уровня входного сигнала и широкополосный усилитель. Управление первым блоком 1 масштабирования осуществляется цифровым ходом с первого выхода блока 6 управления. Этот код поступает на дешифратор, который непосредственно устанавливает магнитоуправляемые контакты (реле) аттенюатора в соответствии с выбранным значением коэффициента отклонения (Вольт/деление). Такое управление осуществляется во всех современных осциллографах с микропроцессорами.Первый коммутатор 2 включает в себя два идентичных симметричных коммутатора,включенных последовательно, и два преобразователя несимметричного сигнала управления в симметричный.Дисплей 3 содержит электронно-лучевую трубку, усилитель подсвета, высоковольтный блок питания трубки, каскад управления вертикальным отклонением (Оконечный усилитель У) и каскад управления горизонтальным отклонением (Оконечный усилитель Х), который, кроме того, преобразует нессиметричный сигнал развертки в симметричный сигнал, подводимый к пластннам трубки. При этом симметричный вход каскада управления вертикальным отклонением является первым входом дисплея 3, а входы каскада управления горизонтальным отклонением и усилителя подсвета являются входами Х и 2 дисплея 3 соответственно (фиг. 1).Блок 4 развертки включает в себя устройство синхронизации и запуска развертки, генерато 7 ВТ 1088 С 1 вры основной и задержанной разверток. В состав блока 4 развертки входит также переключатель выбора режима работы осциллографа(полное изображение стонала или его растянутьпл фрагмент), которвпй вырабатывает коды управления коммутаторами 2, 5. Кроме того в состав блока 4 развертки входит Формирователь импульсов подсвета основной и задержат-той разверток. Переключение времязадагопгих цепей генераторов основной и задержатшой разверток осуществляется с помощью дешфратора гшфровьш кодом, поступающим с второго выхода блока 6 управления. При этом генератор задержашаой развертки помимо генератора гпьтообразного напряжетшя содержит тагоке на своем выходе усилитель с переключаемым коэффициентом усиления. Управление генератором пилообразного напряжения задержанной развертки осуществляется тем же цифровым колом (со второго выхода блока б управления), что и шравлешге коэффициентом основной развертки. Управление коэффгптиентом передачи усгитителя на выходе генератора задержанной развертки производится с помощью кодового переключателя коэффшшента растяжки, расположенного в блоке 6 управления (третий выход). Растяжка в данном случае осуществляется, как обычно, с помощью усшпггтедгя.Блок 6 управления содержит кодовые переключатели Волът/ деление для управления первым блоком 1 масштабирования, Время/ деление - для управления генератором основной развертки блока 4 развертки, а также кодовый переключатель - для установки коэффициента растяжки по вертикали и горизонтали, т.е. для управления вторым блоком 7 масштабирования, генератором задержанной развертки блока 4 и знаковым генератором 9 СООТВСТСТВЕННО. УПРЗВЛСНИС ОСНОВНЫМИ режи мами осциллографа, включая коэффициенты отклонения и развертки, в большинстве современных осциллографов осуществляется с помошью кодовых переключателей. Благодаря этому отпадает необходимость в коммутации широкополосных сигналов, действующих в осциллографе (исследуемый сигнал, сигналы развертки, подсвета и т.д.), непосредственно с передней панели, чем устраняется их искажение. В блоке 6 управления имеются также два переменных резистора, с помощью которых ОСУЩССТВЛЯЕТСЯ СМЕЩЕНИЕ МЕТКИ-ПрЯМОУГОЛЬ вика по вертикали и горизонтали. Резистор смещения маркера-прямоугольника по вертикали производит также изменение постоянной составляющей сигнала На выходе второго блока 7 масштабирования в соответствии со смещеННСМ МСТКИ-ПРЯМОУГОЛЬНИКЗ На ЭКрЗНе ДИСПЛЕЯ 3. Резистор, осуществляющий горизонтальное смешение маркера-прямоугольника, служит также для задания соответствующей задержкизапуска генератора задержанной развертки. При этом первая группа выходов блока б управления является выходом переключателя Вольт/ Деление, вторая группа выходом переключателя Время/деленис, третья группа- выходом кодового переключателя установки коэффициента растяжки, четвертый выход выходом переменного резистора смещения маркера прямоугольника по горизонтали. Пятый выход - выходом смешения маркера по вертикали.Второй блок 7 масштабирования содержит дифференциальный усилитель с переключаемым коэффициентом усиления например 2,4, 8 и т.д.) и дешифратор для преобразования цифрового кода в сигнал управления усилителем. При этом изменение постоянной составляющей выходного сигнала второго блока 7 масштабирования (разбаланс дифференциальиото усилителя) осуществляется с помощью резистора смешения по вертикали, входящего в блок 6 управления.Двухсторонний ограничитель 8 сигнала представляет собой дифференциальный каскад с двухсторонним ограничением. Если в осциллографе используется цифровая обработка исследуемого сигнала, то двухстороннее ограничение сигнала осуществляется в цифровом виде, например, с помощью микропроцессора, который блокирует прохождение цифрового кода, соответствующего вертикальному положению изображения сигнала за пределами экрана дисплея З.мультивибратор 10, входящий в состав знакового генератора 9, содержит времязадающую ЕС-цепь и работает в автоколебательном реЖИМС.Усилители 15, 16 с регулируемым коэффиЦИЕНТОМ УСИЛЕНИИ ВЫПОЛНЕН-Па ЗНЗЛОГИЧНО НТО рому блоку масштабирования 7 и отличаются от него лишь более узкой полосой пропускания.Осциллограф имеет два режима работы. В первом режиме с помощью генератора основной развертки на экране дисплея 3 формируется полное изображение исследуемого пинала, а во втором С ПОМОЕЦЬЮ генератора ЗЗДЕРЖЗННОЙ развертки растянутое изображеъше его фрагмента. ПриЧСМ ОДНОВРЕМЕННО С ПОЛНЫЕ ИЗОбРЗЖСЕГ/КМ ИСследуемото сигнала на экране осциллографа формируется маркер-прямоугольник со сторонами, пропорциональными соответствующим сторонам экраиа, который охватывает участок сшнала, подлежащий растяжке (фит. 4 а). Формирование полного изображения сигнала происходит в результате воздействия исследуемого сшнала на первый вход (вход У) дисплея 3 через первый блок 1 масштабирования и первый коммутатор 2. Одновременно с этим сигнал основной развертки с первого выходаблока 4 развертки воздействует на второй вход(вход Х) дисплея 3 через второй комьтутатор 5. При этом коэффициент передачи первого блока 1 ьтасштабъгровашш устанавливают таким, чтобы изображение исследуемого сигнала занимало возможно большую часть экрана осциллографа по вертикали. Формирование маркера-прямоугольника происходит в результате воздействия сигнала с первого выхода знакового генератора 9 на первый вход дисплея З через первый коммутатор 2 одновременно с воздействием сигнала с второго выхода знакового генератора 9 на второй вход дисплея З через второй коммутатор 5. Совместное появление на экране полного Изображения исследуемого сигнала и маркера-прямоугольъпша достигается путем поочередной коммутации первых и вторых входов коьтмутаторов 2, 5 к их выходам. Переключение коммутаторов 2, 5 в этом режиме в ТО ИЛИ ДРУГОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПРОИСХОДИТ ПО ОКОНчанию основной развертки во время обратного хода луча при блокировке пилообразного напряжения. При этом длительность импульсов подсвета которые подсвечивают полное изображение сигнала и маркер, определяется длительностью основной развертки. Аналогичным образом осуществляется отображение двух сигналов в двухканальном осциллографе с однолучевой трубкой.Маркер-прэпиоуголгьштк на изображении исследуемого сшнала (фиг. 2 а) формируется отклоняющими напряжениями Ну и Пх (фиг. 421),создающтши на экране осциллографа полиграмму-пршоутогхьъппс. Для этого в знаковом генераторе 9 формируется последовательность шпгулъсов (фиг. 46), которая с помощью РЕНТеграторов (фиг. 3) преобразуется в отклоншогцие напряжения Ну и Ох (фиг. 4 а). Поскольку сигналы, вырабатываемые блоком 4 развертки и знаковым генератором 9 несинхрошщ, то за множество ходов разверткираыюмфньпй гводсвег маркера- прямоугольника.Последовательность импульсов (фиг. 46), управляющих работой знакового генератора 9(фиг. 3), формируется с помощью дешифратора 12, подключенного к выходу счетчика-делителя (на 4) 11. Счетчик-делитель 11 запускается мультивибратором 10. Отклоняющие напряжения Пу и Их (фиг. 4 а) , создающие на экране трубки полиграмму-прямоуголъник,формируются с помощью интеграторов 13, 14(фиг. З), управляемых упомянутыми импульсами Пу Пу-, Пх, ПХ- (фиг. 4). АМПЛИтуды отклоняющих напряжений Ну и Пх,которые определяют размеры сторон маркерапрямоуголъника, устанавливаются усилителями 15, 16 с регулируемыми коэффициентами усиления.При включении оператором режима растяжки интересующего фрагмента изображениясигнала (фиг. 4) второй коммутатор 5 подключает ко второму входу (вход Х) дисплея 3 СИГННЛ ЗЭДСРЖЗННОЙ развертки СО ВТОРОГО ВЫхода блока 4 развертки. При этом первый коммутатор 2 подает на первый вход (вход У) дисплея З исследуемый сигнал, который после первого блока 1 масштабирования прошел также через второй блок 7 масштабирования и двусторонний ограничитель 8 сигнала. Таким образом, при наблюдении полною изображения и маркера коммутаторы 2, 5 поочередно подключают (на время прямого хода развертки) на дисплей 3 сигналы, поступающие на первый и второй входы коммутаторов 2, 5. При наблюдении растянутого изображения сигнала к дисплею З постоянно подводятся сигналы, поступающие на третьи входы коммутаторов 2, 5. При этом на третий вход первого коммутатора 2 воздействует усиленный (растянутый) исследуемый сигнал, а на третий вход второго коммутатора 5 - сигнал задержанной развертки. Коэффициент растяжки наблюдаемого фрагмента по горизонтали ОПрСДЛЯБТСЯ тем, ВО СКОЛЬКО РЕЗ СКОРОСТЬ На растания пилообразного напряжения задержанной развертки больше, чем основной. Коэффициент растяжки наблюдаемого фрагмента по вертикали определяется коэффтщиентом передачи второго блока 7 масштабирования. Как указывалось ранее, коэффициент усиления первою блока 1 масштабирования устанавливается таким, чтобы изображение сигнала занимало возможно большую часть экрана по вертикали. Коэффициент усиления второго блока 7 масштабирования всегда больше единицы. Следовательно, в режиме растяжки изображение размаха сигнала,как ПРЗВИЛО, превышает размер экрана ПО вертикали, т.е. амплитуда сигнала на выходе второго блока 7 масштабирования выходит за рамки динамического диапазона каскада управления вертикальным отклонением дисплея 3. Воздействие на вход дисплея 3 сигнала,превышающего его динамический диапазон,обычно вызывает искажение формы изображения сигнала на экране дисплея 3. Техническое противоречие между амплитудой сигнала в режиме растяжки и допустимым входным диапазоном дисплея по вертикали разрешается с ПОМОЩЬЮ ДВУСТОРОННЕГО ОГРЗННЧИТВЛЯ 8 СИГНЗла, включенного на выходе второго блока 7 масштабирования. Ограничитель 8 обеспечивает двухстороннее ограничение входного сигнала таким образом, чтобы на его выходе сигнал не выходил за пределы заданных уровней. При этом уровни ограничения выбираются таким образом, чтобы вертикальный размер изображения сигнала несколько превышал вертикальный размер экрана, но при этом каскад управления вертикальным отклонением дисп