ОСЦИЛЛОГРАФ Российский патент 2008 года по МПК G01R13/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для исследования параметров электрических сигналов.

Аналогами являются осциллографы, содержащие ЭЛТ [1]. Прототипом принят "Универсальный осциллограф [2], содержащий канал вертикального отклонения в составе переключателя, входного делителя, предварительного усилителя, линии задержки, оконечного усилителя и первого пьезодефлектора, канал горизонтального отклонения в составе усилителя синхронизации, триггера синхронизации, схемы запуска, генератора развертки, усилителя развертки и второго пьезодефлектора, и содержащий светодиод со схемой питания, объектив, щелевую диафрагму, матовый экран, схему блокировки, квантующую линейку светопроводов, блок фотоприемников, шифратор и блок индикации, ключ и генератор тактовых импульсов. Прибор имеет открытый и закрытый входы в канале вертикального отклонения.

Недостатки прототипа: развертка сигнала на матовом экране, не имеющем после свечения, излучением одного светодиода не обеспечивает достаточную яркость изображения, отсутствует возможность задержки изображения одноразового сигнала на экране на любое время по желанию оператора.

Цель изобретения - увеличение яркости изображения сигнала на экране, введение задержки изображения одноразового сигнала на экране на любую длительность по желанию оператора.

Техническим результатом является увеличение яркости изображения исследуемого сигнала на экране и введение задержки изображения одноразового и любого другого сигнала на экране на длительность по желанию оператора. Результат достигается выполнением экрана осциллографа плоскопанельным светодиодным экраном /СД-экран/ из соответствующего числа сверхъярких светодиодов белого свечения, формирующих изображение входного сигнала, и введением в осциллограф блока дискретизации входного сигнала, блока ключей, блока регистров и двух блоков питания для светодиодов СД-экрана. Сущность изобретения в том, что в осциллограф, содержащий канал вертикального отклонения в составе последовательно соединенных входного делителя, предварительного усилителя, линии задержки, и канал горизонтального отклонения в составе последовательно соединенных усилителя синхронизации, триггера синхронизации и схемы запуска, введены в канал вертикального отклонения блок дискретизации входного сигнала, блок импульсных усилителей, блок ключей, блок регистров и первый блок питания, в канал горизонтального отклонения - генератор импульсов и делитель частоты и введены плоскопанельный светодиодный экран и второй блок питания.

Структурная схема осциллографа показана на фиг.1, блок дискретизации входного сигнала - на фиг.2, блок ключей - на фиг.3, блок регистров - на фиг.4, первый блок питания - на фиг.5, СД-экран - на фиг.6, конструкция пьезодефлектора - на фиг.7, расположение фотоприемников во второй линейке многоэлементного фотоприемника - на фиг.8.

Осциллограф включает /фиг.1/ канал вертикального отклонения /ВО/ в составе последовательно соединенных входного делителя 1, предварительного усилителя 2, линии задержки 3, блока 4 дискретизации входного сигнала, блока 5 импульсных усилителей, блока 6 ключей, блока 7 регистров и первого блока 8 питания, канал горизонтального отклонения /ГО/ в составе последовательно соединенных усилителя 9 синхронизации, триггера 10 синхронизации, схемы 11 запуска, генератора 12 импульсов и делителя 13 частоты, осциллограф включает плоскопанельный светодиодный экран 14 /СД-экран/, второй блок 15 питания, первый переключатель 16, второй переключатель 17, схему блокировки 18, шифратор 19 и блок индикации 20. Блок 4 дискретизации входного сигнала содержит /фиг.2/ последовательно соединенные усилитель 21 и пьезодефлектор 22 с отражателем на торце, источник 23 положительного опорного напряжения, источник 24 отрицательного опорного напряжения, излучатель из импульсного светодиода 25, щелевой диафрагмы 26 и микрообъектива 27, включает первую линейку 28 многоэлементного фотоприемника, содержущую 80 фотоприемников, и вторую линейку 29 многоэлементного фотоприемника, содержащую 510 /2×255/ фотоприемников. Входом блока 4 является вход усилителя 21, управляющим входом является вход светодиода 25, первой группой выходов являются выходы /1-80/ первой линейки 28 многоэлементного фотоприемника, второй группой выходов являются выходы /2×255/ второй линейки 29 многоэлементного фотоприемника. 80 входных окон первой линейки 28 и 510 /2×255/ входных окон второй линейки 29 через отражатель пьезодефлектора 22 оптически соединены с излучающей стороной светодиода 25. Блок 6 ключей включает /фиг.3/последовательно соединенные ключ 30 и распределитель 31 импульсов и с первого по 9600-й вторые ключи 32_1-9600. Первым управляющим входом U_T является сигнальный вход первого ключа 30, вторым управляющим входом U_выд является первый управляющий вход первого ключа 30.

Выход ключа 30 подключен к входу распределителя 31 импульсов, выходы которого последовательно с первого по 120-й подключены: первый выход подключен параллельно к первым управляющим входам с 1-го по 80-й вторых ключей 32, второй выход подключен параллельно к первым управляющим входам с 81-го по 160-й вторых ключей 32, третий выход подключен параллельно к первым управляющим входам с 161-го по 180-й вторых ключей 32 и т.д. и 120-й выход подключен параллельно к первым управляющим входам с 9521-го по 9600-й вторых ключей 32 и ко второму управляющему входу ключа 30. Сигнальные входы первого, 81-го, 161... 9521-го вторых ключей 32, второго, 82-го, 162... 8522-го вторых ключей 32 и т.д. и 80-го, 160, 180... 9600-го вторых ключей 32 объединены и являются о первого по 80-ый входами блока 6 ключей. Выходами блока 6 являются параллельные выходы всех ключей 32_1-9600. Выходы 9600 подключены к соответствующим входам блока 7 регистров. Блок 7 регистров включает (фиг.4) первый ключ 33, второй ключ 34, распределитель 35 импульсов и с первого по 120-й регистры 36_1-120, каждый из которых содержит по 80 разрядов. Первым управляющим входом блока 7 является сигнальный вход первого ключа 33, вторым -являются объединенные первый управляющий вход ключа 33 и сигнальный вход второго ключа 34. Выходы распределителя 35 импульсов с первого по 120-й последовательно подключены параллельно к первым входам разрядов регистров 36_1-120, причем первый выход распределителя 35 импульсов подключен параллельно к первым входам разрядов первого регистра 36₁, второй выход блока 35 подключен параллельно к первым входам разрядов второго регистра 36₂ и т.д. и 120-й выход подключен параллельно к первым входам разрядов 120-го регистра 36₁₂₀ и подключен к второму управляющему входу первого ключа 33 и к первому управляющему входу второго ключа 34, выход которого подключен параллельно к вторым входам разрядов всех 120 регистров 36 и к своему второму управляющему входу. Входами блока 7 регистров являются параллельные третьи входы всех разрядов всех регистров 36. Выходами блока 7 являются параллельные выходы всех разрядов всех регистров 36_1-120 /9600/, подключенные к соответствующим входам первого блока 8 питания. Первый блок 8 питания включает /фиг.5/ стабилизированный источник 37 питания и с первого по 9600-й ключи 38_1-9600, сигнальные входы которых объединены и подключены к выходу источника 37 питания. Вторые управляющие входы всех ключей 38 объединены и являются управляющим входом блока 8. Входами блока 8 питания являются с 1-го по 9600 параллельные входы первых управляющих входов всех ключей 38, выходами являются выходы всех ключей 38 /9600/. Второй блок 15 питания/фиг.1/ является стабилизированным источником питания, предназначен для запитывания 120 осевых светодиодов, расположенных на осевой линии СД-экрана /фиг.6/, которые запитываются с включением питания осциллографа. Плоскопанельный светодиодный экран 14 выполнен /фиг.6/ из 9600 рабочих сверхъярких светодиодов белого свечения производства фирм "Nichia", "Ledtronics", "Kingbright" [3 с.47] и 120 таких же осевых светодиодов, расположенных на осевой линии экрана, входы которых подключены к выходам второго блока 15 питания. Рабочие светодиоды в плоскости экрана расположены колонками вертикально по 80 штук в каждой, колонок в экране 120. Разрешение СД-экрана 9600 пикселей, 80×120. Осевые светодиоды разделяют колонки рабочих светодиодов пополам 40+40. Запитываются рабочие светодиоды от первого блока 8 питания.

Прибор имеет открытый и закрытый входы в канале вертикального отклонения. Исследуемый сигнал поступает на вход входного делителя 1 и с него на вход предварительного усилителя 2. Линия 3 задержки служит для задержки сигнала, что требуется при измерении импульсных сигналов, с помощью линии задержки обеспечивается неискаженное воспроизведение фронта сигнала в ждущем режиме "ждущ". Сигнал с блока 3 поступает на вход усилителя 21 в блоке 4 дискретизации входного сигнала, который выполняет усиление входного сигнала до величины, необходимой для срабатывания пьезодефлектора 22 /фиг.2/. Пьезодефлектор 22 /фиг.7/ выполнен [4 с.118] из двух пьезопластин 39 и 40, внутреннего электрода 41, первого 42 и второго 43 внешних электродов. Один конец пьезодефлектора закреплен в держателе 44, на свободном торце закреплен световой отражатель 45, На внешние электроды 42, 43 поступают соответствующие опорные напряжения с источников 23, 24 /фиг.2/. Торец пьезодефлектора 22 с отражателем приходит в колебательное движение [4 с.122] и, отражая световые импульсы светодиода 25, во входные окна фотоприемников линейки 28, выполняет дискретизацию исследуемого сигнала. Щелевая диафрагма 26 и горизонтально расположенный отражатель на торце пьезодефлектора 22 формирует тонкий и плоский луч шириной, достаточной для одновременного облучения входных окон обоих линеек 28 и 29 многоэлементных фотоприемников. Световой отражатель пьезодефлектора имеет ширину 0,01 мм и длину, обеспечивающую облучение обоих линеек 28, 29. Линейка 28 имеет 80 фотоприемников, электрические сигналы с которых поступают в блок 5 на входы 80-и импульсных усилителей. Линейка 29 имеет 2×255 /510/ фотоприемников /фиг.8/, электрические сигналы с которых поступают на соответствующие входы шифратора 19. Верхние 255 фотоприемников в линейке 29 предназначены для кодирования исследуемого сигнала положительной полярности 8- разрядным кодом. Нижние 255 фотоприемников предназначены для кодирования сигнала отрицательной полярности 8-разрядным двоичным кодом. Каждый фотоприемник в линейке преобразует световой импульс в электрический сигнал, возбуждающий соответствующую шину в шифраторе 19, который выдает 8-разрядный код мгновенного значения входного сигнала. В качестве фотоприемников используются лавинные фотодиоды ЛФД с временем срабатывания 10^-8 с, изготовленные методом микроэлектронной технологии во входных окнах линеек 28, 29. С шифратора 19 код поступает в параллельном виде в блок 20 индикации, на табло которого высвечивается полярность сигнала и его значение в десятичном коде. Для получения сигнала полярности используются расположенные в центре линейки 29 /фиг.8/, первый фотоприемник 1 из верхней половины 255 фотоприемников и первый фотоприемник 1 из нижней половины 255 фотоприемников. При отсутствии входного сигнала луч от отражателя пьезодефлектора 22 находится в среднем /нейтральном/ положении. В момент прихода сигнала положительной полярности на вход блока 21 луч сканирует верхнюю половину линейки 29, начиная с первого фотоприемника 1 /фиг.8/, сигнал с которого поступает на соответствующий вход шифратора 19 и на первый вход блока индикации 20, высвечиваемый на табло символом "+". При сканировании лучом нижней половины фотоприемников линейки 29 сигнал с первого фотоприемника 1 нижней половины поступает на вход шифратора 19 и на второй вход блока 20 индикации, высвечиваемый на его табло символом "-". Следование кодов со знаком то "+", то "-" означает, что идет сигнал переменного напряжения. Изменение коэффициента усиления производится в блоке 2 предварительного усилителя, сигнал со второго выхода которого поступает на вход усилителя 9 синхронизации /при переключателе в положении "внутрь"/. Усилитель 9 совместно с триггером 10 формируют сигнал, идущий в схему 11 запуска генератора 12 импульсов. Генератор 12 импульсов обеспечивает прибор тактовыми импульсами U_T, поступающими в делитель 13 частоты, выполняющий деление частоты 1:1 для первого выхода и 120:1 для второго выхода. Тактовая частота выставляется оператором соответствующим переключателем с генератора 12. В таблице для примера приводятся тактовые частоты с генератора 12 и соответствующие им частоты исследуемых сигналов.

Положение переключателя в бл.12Тактовая частота с бл.12Число колонок светодиодов на период сигналаЧасть экрана на 1 период сигнала.Частоты исследуемых сиг-вЧастота сигнала U_выд196 МГц120весь экран0,8 МГц0,8 МГц  600,5 экрана1,6 МГц-"-  300,25-"-3,2 МГц-"-  150,125-"-6,4 МГц-"-  120,10-"-8,0 МГц-"-  20,16-"-48,0 МГц-"-248 МГц120весь экран0,4 МГц0,4 МГц  600,5 экрана0,8 МГц-"-  300,25-"-1,6 МГц-"-  150,125-"-3,2 МГц-"-  120,10-"-4,0 МГц-"-  20,16-"-24,0 МГц-"-

Время срабатывания блока 6 ключей при U_T 96 МГц 1,25 мкс, при U_T 48 МГц 2,5 мкс. Частота дискретизации исследуемых сигналов определяется:

f_д1=0,8 МГц × 120=96 МГц,

f_д2=0,4 МГц × 120=48 МГц,

где 0,8 МГц и 0,4 МГц - частота следования кадров, частота срабатывания блока 6 ключей,

120 - число отсчетов в горизонтальной строке.

Диапазон частот исследуемых сигналов при U_T 96 МГц составляет 1-48 МГц, при U_T 48 МГц соответственно 0-24 МГц. Для исследования сигналов частотой менее 0,4 МГц оператор переводит перключатель в блоке 12 в требуемое положение. Для фиксации изображения любого сигнала на экране 14 на длительное время как периодически изменяющегося, так и разового оператор размыкает переключатель 17 /фиг.1/, при этом управляющие сигналы U_З не поступают на вторые управляющие входы ключей 38 /фиг.5/ в блоке 8 питания и не закрывают их. В результате на рабочие светодиоды экрана питание поступает непрерывно, и исследуемый сигнал высвечивается до тех пор, пока оператор замкнет переключатель 17.

Работа осциллографа.

Исследуемый сигнал подается на входной делитель I, который усиливается в предварительном усилителе 2 /фиг.1/, и через блок 3 поступает в блок 4 дискретизации входного сигнала. Частота дискретизации задается оператором в генераторе 12 импульсов. Дискретные значения сигнала поступают в блок 5, где усиливаются и оформляются по форме импульсными усилителями, и с них поступают в блок 6 ключей. Блок 6 выполняет функцию распределения импульсов сигнала по разрядам в регистрах 36_1-120 в блоке 7 регистров. Блок 7 выполняет функцию накопителя дискретных импульсов сигнала за один кадр на экране, которые по окончании кадра все синхронно выдаются сигналом U_выд в первый блок 8 питания в качестве сигналов U_от соответствующих ключей 38. Открытые ключи 38 подключают соответствующие рабочие светодиоды СД-экрана к источнику питания 37 в блоке 8. Пока питание поступает к рабочим светодиодам на экране 14 высвечивается исследуемый сигнал. С приходом сигнала U_выд /конец кадра/ ключи 38 закрываются, далее процессы повторяются. Рабочие светодиоды в экране расположены колонками по вертикали по 80 штук в каждой, колонок - 120 штук. Осевая линия СД-экрана занимается /фиг.6/ 120 осевыми светодиодами, которые запитываются при включении осциллографа в работу и излучают непрерывно до выключения прибора. Запитывание их выполняется вторым блоком 15 питания, представляющим собой стабилизированный источник питания. Рабочих светодиодов в СД-экране 9600 /80×120/, фиг.6. При принимаемом диаметре одного светодиода в 0,5 мм размеры СД-экрана составляют: по горизонтали 120×0,5 мм=60 мм, по вертикали /80+1/×0,5 мм=40,5 мм. Параллельно дискретные величины сигналов поступают с блока 4 в шифратор 19. Блок 20 индикации принимает сигнал полярности с блока 4 и двоичный код исследуемого сигнала с шифратора 19. На табло блока 20 высвечиваются символ полярности сигнала и его величина в десятичном коде. Заявляемое устройство выполняет увеличение яркости изображения сигнала, выполняет фиксирование любого сигнала на СД-экране на длительное время и может быть выполнено малогабаритным и легким.

Использованные источники

1. Осциллограф типа С1-94. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1988, с.9-14.

2. Патент №2020486 кл. G01R 13/00, бюл.18 от 30.09.94, прототип.

3. "Радио" №9, 2004, с.47.

4. Фридлянд И.В. Сошников В.Г. Системы автоматического регулирования в устройствах видеозаписи. М, 1988, c.118 рис.5.5, с.122 рис.5.10.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для исследования параметров электрических сигналов. Сущность изобретения заключается в том, что в осциллограф в канал вертикального отклонения вводятся блок дискретизации, блок импульсных усилителей, блок ключей, блок регистров и первый блок питания, в канал горизонтального отклонения вводятся генератор импульсов и делитель частоты, и вводятся плоскопанельный светодиодный экран и второй блок питания. Технический результат - увеличение яркости изображения исследуемого сигнала на экране и введение задержки изображения любых сигналов на экране на длительность по желанию оператора. 8 ил., 1 табл.

Осциллограф, содержащий канал вертикального отклонения в составе последовательно соединенных первого переключателя, входного делителя, предварительного усилителя и линии задержки, канал горизонтального отклонения в составе последовательно соединенных усилителя синхронизации, вход которого подключен к второму выходу предварительного усилителя, триггера синхронизации и схемы запуска, а также схему блокировки, выход которой подключен к второму входу схемы запуска, и последовательно соединенные шифратор и блок индикации, отличающийся тем, что в канал вертикального отклонения введены последовательно соединенные блок дискретизации входного сигнала, вход которого подключен к выходу линии задержки, блок импульсных усилителей, блок ключей, блок регистров и первый блок питания, вторая группа выходов блока дискретизации входного сигнала подключена к входам шифратора, а два соответствующих выхода этой группы подключены к первому и второму входам блока индикации, в канал горизонтального отклонения введены последовательно соединенные генератор импульсов, вход которого подключен к выходу схемы запуска, и делитель частоты, первый выход которого подключен параллельно к второму входу блока дискретизации входного сигнала и к первым управляющим входам блока ключей и блока регистров, второй выход подключен параллельно к вторым управляющим входам блока ключей, блока регистров и через второй переключатель к управляющему входу первого блока питания, и введены второй блок питания и плоскопанельный светодиодный экран /СД-экран/, первая группа входов которого подключена к выходам первого блока питания, вторая группа входов подключена к выходам второго блока питания, блок дискретизации входного сигнала содержит последовательно соединенные усилитель и пьезодефлектор с отражателем на торце, источник положительного опорного напряжения, выход которого подключен параллельно к вторым входам усилителя и пьезодефлектора, источник отрицательного опорного напряжения, выход которого подключен параллельно к третьим входам усилителя и пьезодефлектора, излучатель из импульсного светодиода, щелевой диафрагмы и микро-объектива, первую линейку многоэлементного фотоприемника, содержащую 80 входных окон, и вторую линейку многоэлементного фотоприемника, содержащую 2×255 входных окон, входные окна линеек многоэлементного фотоприемника через отражатель пьезодефлектора оптически соединены с излучающей стороной светодиода излучателя, входом блока дискретизации входного сигнала является вход усилителя, управляющим входом является вход импульсного светодиода, подключенный к первому выходу делителя частоты, первой группой выходов блока дискретизации входного сигнала являются выходы /1-80/ первой линейки много элементного фотоприемника, подключенные к соответствующим входам блока импульсных усилителей, второй группой выходов являются выходы /2×255/ второй линейки многоэлементного фотоприемника, подключенные к соответствующим входам шифратора, а два соответствующих выхода второй группы подключены к первому и второму входам блока индикации, блок ключей включает последовательно соединенные первый ключ и распределитель импульсов, и с первого по 9600-й вторые ключи, сигнальный вход первого ключа является первым управляющим входом блока ключей, первый управляющий вход первого ключа является вторым управляющим входом блока ключей, выход первого ключа подключен к входу распределителя импульсов, выходы которого с первого по 120-й последовательно подключены к первым управляющим входам вторых ключей, причем первый выход подключен параллельно к первым управляющим входам с первого по 80-ый вторых ключей, второй выход подключен параллельно к первым управляющим входам с 81-го по 160-й вторых ключей, третий выход подключен параллельно к первым управляющим входам с 161-го по 180-й вторых ключей и т.д., и 120-й выход подключен параллельно к первым управляющим входам с 9521-го по 9600-й вторых ключей и к второму управляющему входу первого ключа, сигнальные входы 1-го, 81-го, 161-го... 9521-го вторых ключей, 2-го, 82-го, 162-го... 9522-го вторых ключей и т.д., и 80-го, 160-го, 180-го... 9600-го вторых ключей, объединены и являются с первого по 80-й входами блока ключей, выходами которого являются выходы всех вторых ключей /1-9600/, подключенные к соответствующим входам блока регистров, блок регистров включает первый, второй ключи, распределитель импульсов и 120 регистров, каждый из которых включает 80 разрядов, первым управляющим входом блока регистров является сигнальный вход первого ключа, вторым управляющим входом являются объединенные первый управляющий вход первого ключа и сигнальный вход второго ключа, выход первого ключа подключен к входу распределителя импульсов, выходы которого последовательно с первого по 120-й подключены к первым входам разрядов с первого по 120-й регистров, причем первый выход подключен параллельно к первым входам разрядов первого регистра, второй выход подключен параллельно к первым входам разрядов второго регистра и т.д., и 120-й выход подключен параллельно к первым входам разрядов 120-го регистра и подключен к второму управляющему входу первого ключа и к первому управляющему входу второго ключа, выход которого подключен параллельно к вторым входам разрядов всех /120/ регистров и к своему второму управляющему входу, входами блока регистров являются третьи входы всех разрядов 120 регистров /9600/, выходами являются выходы, всех разрядов 120 регистров /9600/, подключенные к соответствующим входам первого блока питания, первый блок питания включает стабилизированный источник питания и с первого по 9600 ключи, сигнальные входы всех ключей объединены и подключены к выходу стабилизированного источника питания, вторые управляющие входы всех ключей объединены и являются управляющим входом первого блока питания, входами которого являются входы /9600/ первых управляющих входов всех ключей, выходами первого блока питания являются выходы всех /9600/ ключей, плоскопанельный светодиодный экран выполнен из 9600 рабочих светодиодов белого свечения, входы которых подключены к соответствующим входам первого блока питания, и 120 таких же осевых светодиодов, расположенных на осевой линии светодиодного экрана, входы которых подключены к выходам второго блока питания, рабочие светодиоды в плоскости светодиодного экрана расположены колонками по вертикали по 80 штук в каждой, по горизонтали колонок 120 /80×120/, осевые светодиоды разделяют колонки рабочих светодиодов пополам /40÷40/.