Электронно-лучевой осциллограф Советский патент 1985 года по МПК G01R13/20 

Изобретение относится к электро измерительной технике и может быть использовано в устройствах наблюде ния и исследования импульсных сигналов. Известен стробоскопический осци лограф, содержащий линию задержки, вход которой соединен с шиной входных сигналов и входом блока синхронизации, а выход - с сигнальным входом смесителя, выходом соединенного через усилитель с входом расширителя, первый выход которого соединен с вторым входом смесителя, а второй выход через усилитель вертикального отклонения с вертикально отклоняющими пластинами электронно-лучевой трубки (ЭЛ причем выход блока синхронизации соединен с входом генератора быстр го пилообразного напряжения, выходом соединенного с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора медленного пилообразного напряжени входом соединенного с перовым выходом блока сравнения, второй выход которого соединен с входом генератора строб-импульсов, а третий выход подключен к входу блока подс .та, выход которого соединен с модулятором ЭЛТ горизонтально отклоняющие пластины которой через у литель горизонтального отклонения соединены с вторым выходом генератора медленного пилообразного напряжения, причем выход генератора строб-импульсов соединен с управля ющим входом смесителя р1 Недостатком этого устройства является невозможность наблюдения и исследования неповторяющихся импульсов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электронно-лучевой осциллограф, со держащий блок входных сигналов, пе вый вход которого соединен с шиной исследуемого сигнала, а второй с выходом калибратора амплитуды и длительности, и предварительный усилитель, выход которого соединен с входом первой линии задержки и входом блока синхронизации, выхо дом соединенного с первым входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с входом усилителя горизонтального отклонения, выходом соединенного с горизонтально.отклоняющими пластинами ЭЛТ вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходом усилителя вертикального отклонения, входом соединенного с выходом первой линии задержки, причем выход блока входных сигналов соединен с входом предварительного усилителя 2. Недостатками известного устройства являются ограниченность полосы пропускания и низкая чувствительность. Цель изобретения - расгаирение полосы пропускания и повышение чувствительности. Поставленная цель достигается тем, что электронно-лучевой осциллограф, содержащий блок входных сигналов, первый вход которого соединен с шиной исследуемого сигнала, а второй - с выходом калибратора амплитуды и длительности, и предварительный усилитель, выход которого соединен с входом первой линии задержки и входом блока синхронизации, выходом соединенного с первым входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с входом усилителя горизонтального отклонения, выходом соединенного с горизонтально отклоняющими пластинами ЭЛТ, вертикально отклоняющий .пластины которой соединены с выходом усилителя вертикального отклонения, входом соединенного с выходом первой линии задержки,снабжен второй линией задержки, К электрически управляемыми линиями задержки, К блоками согласования, К блоками управляющих напряжений, блоком управления, бл.оком индикации длительности развертки и блоком измерения длительности исследуемого сигнала, вход которого соединен с выходом блока входных сигналов, а выход - с входом блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом блока входных сигналов, второй выход - с входом генератора пилообразного напряжения, первый выход - с входом блока индикации длительности разверт ки, а К дополнительных выходов с входами блоков управляющих напряз(сений, выходы которых с.оединены с управляющими входами электрически управляемых линий задержки, причем

вход первой электрически управляемой линии задержки соединен через вторую линию задержки с выходом блока входных сигналов, а выход через первый блок согласования и ряд попарно последовательно включенных электрически управляемых линий задержки и блоков согласования с входом К-й электрически управляемой линии задержки, выход которой соединен с входом К-го блока согласования, выходом соединенного с входом предварительного усилителя.

На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства.

Устройство состоит из блока 1 входных сигналов, электрически упраляемых линий 2 задержки, блоков 3 согласования, блоков 4 управляющих напряжений, предварительного усилителя 5, блока 6 измерения длительности исследуемого сигнала, блока 7 управления, генератора 8 пилообразного напряжения, блока 9 синхронизации, усилителя 10 вертикального отклонения, первой линии 11 задержки, усилителя 12 горизонтального отклонния, ЭЛТ 13, калибратора 14 амплитуды и длительности, блока 15 индикации длительности разв«ртки и второй линии 16 задержки.

Первый вход блока входных сигналов соединен с шиной исследуемого сигнала, а второй - с выходом калибратора 14 амплитуды и длительности. Выход предварительного усилителя 5 соединен с входом первой линии 11 задержки и входом блока 9 синхронизации, входом соединенного с первым входом генератора 8 пилообразного напряжения, выход которого соединен с входом усилителя 12 горизонтального отклонения, выходом соединенного с горизонтально отклоняющими пластинами ЭЛТ 13, вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходом усилителя 10 вертикального отклонения, входом соединенного с выходом первой линии 11 задержки. Вход блока 6 измерения длительности исследуемого сигнала - с вторым выходом блока 1 входных сигналов, а выход -с входом блока 7 управления, третий выхо которого соединен с управляющим входом блока 1 входных сигналов, второй выход - с входом генератора пилообразного напряжения, первый

выход - с входом блока 15 индикации длительности развертки, а К дополнительных выходов - с входами блоков 4 управляющих напряжений, выходы которых соединены с управляющими входами электрически управляемых линий- 2 задержки. При этом вход первой электрически управляемой линии 2 задержки соединен через вторую линию 16 задержки с выходом блока 1 входных-сигналов, а выход через первый блок 3 согласования и ряд попарно последовательно включенных электрически управляемых линий 2 задержки и блоков 3 согласования - с входом К-й электрически управляемой линии 2 задержки, выход которой соединен с входом К-го блока 3 согласования, выходом

соединенного с входом предварительного усилителя 5.

Устройство работает следующим Образом.

Входной сигнал через блок 1 входньгк сигналов и последовательно включенную вторую линию 16 задержки (с временем задержки, равным сумме времен срабатывания блока 6 измерения длительности и блока 7 управления)

поступает в первую электрически

управляемую линию 2 задержки и распространяется в ней с конечной скоростью. Одновременно сигнал из блока 1 входных сигналов поступает в

блок 6 измерения длительности, который вырабатывает сигнал, содержащий информацию о длительности исследуемого сигнала. При поступлении сигнала блока 6 в блок 7 управления, последний вырабатывает импульс, запирающий вход блока 1 входных сигналов, управляющий импульс, подаваемый в генератор 8 пилообразного напряжения и изменяющий длительность развертывающего

напряжения, а также управляющие сигналы, которые в зависимости от длительности исследуемого сигнала включают соответствующие блоки 4

управляющих напряжений.

В случае, когда исследуется наиболее длинный допустимый сигнал, блок 7 управления не выдает никаких управляющих импульсов блокам А управляющих напряжений и не меняет

электрически управляемых линий 2 задержки. Сигнал с постоянной скоростью распространяется в последовательной цепи линий 2 задержек и блоков 3 согласования и с некоторой задержкой поступает в предварительный усилитель 5. Затем сигнал через блок 9 синхронизации запускает генератор 8 пилообразного напряжения и, задержанный в линии 11 и усиленный в усилителе 10 вертикального отклонения, поступает на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 13. Одновременно усиленное в усилителе 12 горизонтального отклонения пилообразное напряжение развертки поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ 13 и на ее экране воспроизводится форма исследуемо,го сигнала. Табло блока 15 индикации длительности развертки при этом показывает длительность развертки с учетом единичной растяжки развертки (отсутствия трансформации временного масштаба входного сигнала).

В случае исследования наиболее короткого сигнала блок 7 управления запускает блоки 4 управляющих напряжений, которые вырабатывают напряжения, управляющие параметрами соответствующих линий 2 задержки. Эти напряжения подаются поочередно во все электрически управляемые линии 2 задержки, начиная с первой, в моменты, когда весь сигнал, распространяясь в тракте, полностью находится в данной линии задержки. Скачкообразное уменьшение скорости распространения сигнала в линии задержки вызывает по мере выхода его из линии задержки изменение временного положения мгновенных значений. При этом задержка мгновенных значений изменяется по закону

)

где to - начальная задержка; oi - коэффициент; t - временное расстояние от начала сигнала,

т.е. осуществляется линейное преобразование временного масштаба временное расширение (сужение спектра) исследуемого сигнала без искажения его формы.

На вход второй электрически упраляемой линии 2 задержки поступает растянутый во времени сигнал, имеющий более узкий спектр. Во второй

и последующих электрически управляемых линиях задержки происходят аналогичные процессы преобразования 5 временного масштаба. Электрическая длина первой электрически управляемой линии задержки должна выбираться исходя из минимально допустимой длительности исследуемых сигналов, а ее полоса пропускания должна обеспечить прохождение исследуемого сигнала без искажений. Электрическая длина второй и каждой последующей электрически управляемой 15 линии задержки должна быть равна

С; ..., ,

где q - коэффициент трансформации временного масштаба (коэффициент растяжения сигнала)

При этом полоса пропускания каждой последующей (i-й) электрически управляемой линии задержки может быть сужена соответственно в q раз.

На выходе п-й электрически управляемой линии 2 задержки получается растянутый сигнал, длительность которого соответствует некоторой нормализованной длительности, а суженный спектр при прохождении через

предварительный усилитель 5 не искажается.

При поступлении на вход устройства сигнала любой длительности (в пределах динамического диапазона длительностей) блок 7 управления (согласно сигналу блока 6 измерения длительности) запускает поочередно столько блоков 4 управляющих напряжений, сколько необходимо для нормализации длительности сигнала на входе предварительного усилителя. Табло блока 15 индикации длительности развертки при этом показывает длительность развертки с учетом

коэффициента трансформации временного масштаба исследуемого сигнала, т.е. с. учетом количества запущенных блоков 4 управляющих напряжений. При аналоговом преобразовании

временного масштаба исследуемого сигнала на входе устройства можно использовать в предварительном усилителе низкочастотные высокочувствительные каскады. Это позволяет

расширить полосу пропускания и повысить чувствительность осциллографа.

Достигаемое расширение полосы пропускания устройства определяется коэффициентом трансформации временного масштаба исследуемого сигнала в одной электрически управляемой линии задержки и количеством последовательно соединенных линий. Если, например, коэффициент трансформации одной линии задержки равен двум, npVi наличии пяти электрически управляемьгк линий задержки получается 2 32-кратное расширение полосы пропускания.

В качестве электрически управляемых линий задержки могут использоваться широкополосные спиральные ключевые линии задержки (со . скачкообразным изменением емкости) 5 или линии задержки с распределенными параметрами (кабели со скачкообразным изменением диэлектрической проницаемости диэлектрика).

10 Преобразование временного масштаба исследуемого сигнала упрощает его цифровую обработку, отсутствие необходимости формировать быстрые линейно нарастающие напряжения

15 упрощает генератор развертки.

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ-, содержащий блок входньк сигналов, первый вход которого соединен с шиной исследуемого сигнала, а второй вход - с вьЬсодом калибратора амплитуды и длительности, и предварительный усилитель, выход которого соединен с входом первой линии задержки и входом блока синхронизации, выходом соединенного с первым входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединей с входом усилителя горизонтального отклонения, выходом соединенного с горизонтально отклоняющими пластинами электронно-лучевой трубки, вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходом усилителя вертикального отклонения, входом соединенного с выходом первой линии задержки, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы пропускания и повышения чувствительности, он снабжен второй .линией задержки, К электрически управляемыми линиями задержки, К блоками согласования, К блоками управляющих напряжений, блоком управления, блоком индикации длительности развертки и блоком измерения длительности исследуемого сигнала, вход которого соединен с выходом блока входных сигналов, а выход - с входом блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом блока входных- сигналов, второй выI ход - с входом генератора пилообразного напряжения, первый выход сл с входом блока индикации длительности развертки, а К дополнительных выходов - с входами блоков управляющих напряжений, выходы которых соединены с управляющими входами электрически управляемых линий задержки, причем вход первой электрически управляемой линии sj задержки соединен через вторую линию задержки с выходом блока вход 4j ных сигналов, а выход через первый. блок согласования и ряд попарно оо последовательно включенных электрически управляемых линий задержки и блоков согласования - с входом К-й электрически управляемой линии задержки, выход которой соединен с входом К-го блока согласования, выходом соединенного с входом предварительного усилителя.