Státnice z elektrotechniky

<< předchozí     následující >>

Kapitola 24
Osciloskopy

Osciloskop slouží ke sledování časového průběhu napětí. Tomuto režimu říkáme režim x-t. Režimu závislosti dvou napětí říkáme režim x-y. Před vlastním zobrazením můžeme pomocí vhodných převodníků převést na napětí nejrůznější fyzikální veličiny. Lze tedy měřit řadu jiných veličin než je průběh napětí, ale také frekvenci, fázový posuv, průběhy dynamické hysterezní smyčky, příslušné charakteristiky tranzistorů… => osciloskop patří k nejuniverzálnějším měřícím přístrojům.

24.1  Analogové osciloskopy

Univerzální osciloskopy – NF, fh ≤ 10 MHz. Laboratorní osciloskopy – VF, fh > 10 MHz. Speciální osciloskopy - paměťové, vzorkovací; pro využití v lékařství, nulové indikátory pro můstky. Všechny osciloskopy jsou schopny zobrazovat i stejnosměrné signály => musí obsahovat stejnosměrný zesilovač.

Osciloskopy posuzujeme podle

  1. počet současně zobrazitelných průběhů - 1, 2, 3, 4, 8
  2. šířka kmitočtového pásma - charakterizuje jo horní mezní frekvence fh (pokles o 3 dB)
  3. doba náběhu tn - doba od 10 % do 90 % napětí, tn = 0,35 / fh; je-li fh = 400÷500 MHz, pak tn ≈ 0,1 ns; běžný osciloskop fh = 10 MHz => tn = 0,1 μs
  4. počet časových základen - běžné osciloskopy jednu časovou základnu, lepší osciloskopy dvě časové základny - hlavní a zpožděná; druhá časová základna umožňuje podrobné zkoumání vybraných úseků zobrazovaného průběhu
  5. přesnost zesílení vertikálního kanálu - charakterizuje ji chyba zesílení
  6. přesnost časové základny - jak přesně lze měřit čas doby náběhu, délky periody, frekvence…; řádově 3 až 5 %
  7. vertikální citlivost - ve voltech na dílek
  8. tlačítko samočinného nastavení - autoset, autoscale - po jeho stisku se zesílení vertikálního kanálu samočinně nastaví tak, aby na stínítku vznikl stojící obrázek

24.1.1  Blokové schéma laboratorního osciloskopu

Vstupní signál U1 je přiváděn do vstupního děliče a dále do vertikálního zesilovače. Signál U4 z generátoru spouštění jde do časové základny. Napětí U5 do horizontálního zesilovače a na horizontální vychylovací destičky - dostaneme časový rozvoj signálu. U osciloskopů se používá elektrostatické vychylování. Aby měření napětí bylo minimálně ovlivňováno osciloskopem → vysoká vstupní impedance 1 MΩ , 20 pF. Pro VF signály s vnitřní impedancí 50 Ω je nutné použít osciloskopů se vstupní impedancí 50 Ω . Nelze-li zaručit impedanční přizpůsobeni vstupu, přivádí se signál k osciloskopu přes sondu. Sondy jsou buď aktivní (aktivní elektronické prvky pro získání širokého frekvenčního pásma, potřebují napájecí napětí, dražší) nebo pasivní (frekvenčně kompenzovaný odporový dělič). Signál UG se vede na řídící elektrodu a slouží k ovládání jasu.

Označíme-li si dobu náběhu osciloskopu tno, dobu náběhu sondy tns a dobu náběhu měřeného signálu tnm, platí pro dobu náběhu obrázku tnr vztah tnr ≈ √{tno2+tns2+tnm2}.

24.1.2  Současné zobrazení více průběhů

Toto umožňují dva typy osciloskopů.

Dvoupaprskové osciloskopy

Mají speciální obrazovku se dvěma paprsky a dvěma systémy elektrod. Horizontální vychylovací destičky jsou společné pro oba paprsky, vertikální kanály jsou kompletně oddělené. Osciloskopy jsou to dobré, ale příliš drahé.

Dvoukanálové osciloskopy

Liší se od běžného osciloskopu obvody, které umožňují přepínat kanály. Tyto obvody lze umístit do zvláštní zásuvky, takže pomocí těchto obvodů je možné sledovat více dějů. Obvody obsahují předzesilovače PZA a PZB pro kanály A a B. Přepínání mezi nimi provádí elektronický přepínač, jehož přepínání je řízeno astabilním multivibrátorem (napětí obdélníkového průběhu). Jedná se o podstatně levnější řešení, je vhodnější pro porovnávání průběhů. Neumožňuje zobrazení dvou průběhů v různých měřítkách. Při použití dvou nebo tří elektronických přepínačů lze získat čtyř nebo osmi kanálový osciloskop.

24.1.3  Časová základna

24.1.4  

Paměťové osciloskopy

Slouží ke zobrazování pomalých periodických průběhů a rychlých jednorázových průběhů. Mají speciální obrazovku, která využívá zachycení průběhu sekundární emise elektronů v rovinné mřížce rovnoběžné se stínítkem a pokryté vhodným dielektrikem. Průběh může být uchován v osciloskopu po značně dlouhou dobu (i několik dní).

Vzorkovací osciloskopy

Umožňují zobrazit velmi rychlé periodické průběhy. Zobrazí se velké množství vzorků z různých period a tím získáme představu o celém průběhu.

24.2  Použití osciloskopů