Развертывающее устройство к осциллоскопу

Развертывающее устройство к осциллоскопу

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О и и--"б""м - -Й- Й E

ИЗОЬРЕтЕНИЯ

238658

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Кл. 21е, 11/12

Заявлено 12.1.1966 (№ 1049280/26-9) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 1ОЛ!1.1969. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 17Х11.1969

МПК G Olr

УДK 621.317.755(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий

IlpN Соеете Министров

СССР

Автор изобретения

Иностранец

Томас Хорняк (Чехословацкая Социалистическая Республика) Заявитель

РАЗВЕРТЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО К ОСЦИЛЛОСКОПУ

Известны развертывающие устройства к осИиллоскопам, содержащие электроннолучевую трубку, генератор отклоняющего напряжения и делители напряжения. Для измерения с поМощью этих осциллоскопов сигналов без запускающего синхроимпульса на входе осциллоскопа необходимо включать линию задержки, .которая существенно сужает ширину полосы пропускания. Создание широкополосной линии задержки представляет техническую трудность и влечет за собой увеличение габаритов осциллоскопов и их стоимости.

Изобретение заключается,в том, что на входе ооциллоскопа включены главный и опорный амплитудные компараторы, выходные сигналы с которых поданы на измеритель отрезков времени, подключенный к одной паре отклоняюших пластин электроннолучевой трубки.

К другой паре отклоняющих пласти н,подключены главный амплитудный компаратор и генератор отклоняющего напряжения.

Измеритель отрезков времени содержит бистабильную схему развертки с двумя входами, один из которых соединен непосредственно со входом измерителя отрезков времени, а другой — со вторым его входом через линии задержки, а выход бистабильной схемы развертки соединен с генератором тока, сигнал с которого через интегратор со сбросом и усилитель подан на накопительную схему, соединенную с генератором разрядных импульсов.

Амплитудные компараторы состоят из туннельного диода, на один из электродов которого, заземленный через емкость, подан одич из сравниваемых сигналов, а на второй электрод через сопротивление илп диод подан второй сравниваемый сигнал.

Эти отличия позволяют увеличить широкополосность устройства.

10 На фиг. 1 дана блок-схема развертывающего устройства; на фиг. 2 изображен фронт нарастания измеряемого импульса; на фиг, 3— принципиальная схема компаратора; на фиг. 4 — блок-схема измерителя отрезков вре15 мени; на фиг. 5 показаны импульсы в различных точках измерителя отрезков времени.

Схема, приведенная на фиг. 1, предназначена для одновременной визуализации только одного сигнала. Предполагается, что пзобра20 жаемый сигнал является повторяющимся импульсом напряжения и для визуализации желателен фронт нарастания.

Входной сигнал подается на вход 1 главного компаратора 2 и на вход 8 опорного компа25 ратора 4. На второй вход опорного компаратора поступает эталонное напряжение Ео от источника напряжения 5. Эталонное напряжение устанавливается с помощью делителя напряжения б так. чтобы оно было в пределах

Зо образующегося сигнала.

238658

Напряжение отклонения е,, поступающее с генератора 7 на другой вход главного компаратора 2, устанавливается делителем 8.

Выходные импульсы с главного компаратора 2 и опорного компаратора 4 подаются соответственно на первый и второй входы измерителя 9 отрезков времени. Выход измерителя соединен с горизонтально отклоняющими пластинами 10 приемной трубки 11. Вертикально отклоняющие пластины 12 трубки соединены с выходом генератора 7.

Каждый компаратор устроен так, что на его выходе возникает импульс, если напряжения на обоих входах отвечают определенному линейному отношению. Для упрощения принято, что названное отношение соответствует равенству обоих напряжений.

Выходной импульс опорного компарато ра 4 возникает в момент, когда фронт нарастания превышает уровень напряжения 1":<. Этот момент в дальнейшем будет называться эталонным временем t (см. фиг. 2).

Напряжение отклонения е, изменяется в диапазоне Ле„который несколько больше диапазона образующегося сигнала. В течение периода повторения изображаемого сигнала оно изменяется настолько мало, что этим изменением можно пренебречь. Напряжение е, может быть ступенчатым, синусоидальным или пилообразным колебанием, частота повторения которого значительно меньше частоты повторения изображаемого сигнала.

Выходной импульс главного компаратора 2, который возникает в момент времени 1, когда изображаемый фронт нарастания переходит имеющийся уровень напряжения е„лежит в промежутке времени Л1. В промежуток времени,:когда напряжение е, отклонения выше или ниже диапазона напряжения образующегося сигнала (т. е. по краям диапазона Ле,), на выходе главного компаратора импульсов невозникает.

Напряжение на выходе измерителя 9 отрезков времени пропорционально промежутку времени t — t, между импульсами у обоих его входов. Измеритель отрезков времени устроен так, что напряжение, пропорциональное отрезку времени между двумя импульсами, на его выходе остается неизменным до тех пор, пока его не изменит следующая пара импульсов.

Изображение в осциллоскопе состоит из отдельных точек. Вертикальная ордината .каждой точки пропорциональна мгновенному значению напряжения отклонения е„, а также мгновенному значению напряжения сигнала, а горизонтальная ордината пропорциональна отрезку времени 1 — го и расположению точки по,времени в сигнале. На экране возникает истинное изображение сигнала.

Образовавшаяся точка сигнала выбирается го напряжению (по мгновенному значению отклоняющего напряжения у второго входа главного компаратора 2), и положение этой точки во времени зависит от хода сигнала. Поэтому

45 вертикальные отклоняющие пластины питаются от отклоняющего генератора.

Если крутизна фронта импульса (см. фиг. 2) увеличивается до бесконечности так, что возкикает идеальный скачок напряжения, то отрезок времени Л1 уменьшается до At=0. Выходные импульсы компараторов 2 и 4 возникают одновременно, независимо от отклоняющего напряжения е, Поэтому выходное напряжение измерителя 9 отрезков времени, а также горизонтальная ордината всех точек изображения на экране постоянны и независимы от отклоняющего напряжения e,. Ha экране образуется идеальный скачок напряжения в виде вертикальной линии.

Время нарастания данного устройства равно нулю, несмотря на то, что скорость работы компараторов 2 и 4 конечна и в них после момента равенства сравниваемых напряжений возникает замедление,во времени выходных импульсов. Это замедление не должно быть идентичным для обоих компараторов и не должно быть также продолжительное время постоянным.

Схема не содержит цепей, нуждающихся в трипгерировании перед поступлением образовавшегося сигнала. Поэтому при включении устройства не нужен опережающий триггерный сигнал, и при нерегулярной частоте повторения рассматриваемого сигнала не нужна широкополосная линия задержки.

Могут быть различные варианты схемы, изображенной на фиг. 1, Так, чтобы получить на экране три последовательных сигнала одикаковой частоты, в схему включают три главных компаратора 2 и три делителя 8. Делители соединяют с генератором 7 отклоняющего напряжения через переключатель (например, электронный) на три положения. Главные компараторы устроены так, что без поступления отклоняющего напряжения они не выдают выходных импульсов. Благодаря переключателю, который подает отклоняющее напряжение только в один из компараторов, на второй вход измерителя отрезков времени поступают импульсы только с одного из главных компараторов, Поэтому на экране последовательно возникают все три сигнала.

Если по условиям измерения исследуемые сигналы нельзя подавать на различные компараторы, а только на один общий главный компаратор, то в схему фиг. 1 включают один главный компаратор и три делителя 8. Входные сигналы подают на главный компаратор через переключатель на три положения. Для соблюдения;широкополосности целесообразно поставить механический переключатель, несмотря на то, что это ограничит максимальную частоту переключения. Второй вход главного ,компаратора 2 соединен с выходами трех делителей 8. Входы делителей подключены к генератору 7 отклоняющего напряжения через переключатель. Остальная часть схемы подобна фиг. 1, 238658

Согласно изобретению главный компара р 2 и опорный компаратор 4 развертываюшего устройства одинаковы. Отличаются они только тем, что на «х вторые входы подаются различные напряжения (е, и Eo).

На фиг. 3 приведен один,из вариантов исполнения компараторов. Компаратор с последовательным входом обоих сравниваемых сигналов состоит из сопротивления 18, туннельного диода 14, разделительного конденсатора 15 и конденсатора 1б, одна обкладка которого заземлена. Напряжение исследуемого сигнала е, подается на анод диода 14 через сопротивление 18. Отклоняющее напряжение е, (или контрольное E,) подается на катод диода 14. Выходное напряжение снимается с конденсатора 15. Здесь используется то обстоятельство, что отклоняющее напряжение е, и, тем более, контрольное напряжение Ео изменяются медленно, а выходное напряжение е, изменяется быстро. Конденсаторы 15 и 1б выбирают так, что они представляют для отклоняющего и контрольного напряжений большое сопротивление, а для быстро меняющихся— небольшое.

Емкость туннельного диода 14 вместе с сопротивлением 13 образует резистивно-емкостное звено, которое искажает измеряемый сигнал еще до сравнения. Это препятствует полному использованию принципиально бесконечно малого времени нарастания осциллоскопа.

Чтобы избежать образования интегрирующего резистивно-емкостного звена, сопротивление 18 заменяют выпрямляющим диодом, катод которого соединяют с анодом туннельного диода 14. К аноду диода 14 подключают генератор постоянного тока.

На вход 17 измерителя отрезков времени (см. фиг. 4) поступают импульсы К (см. фиг. 5,а) с контрольного компаратора 4. На вход 18 измерителя попадают импульсы L. Эти импульсы, модулированные относительно к ривой К, представляют собой выходные импульсы главного компаратора 2. Модуляция положения на фиг. 2 соответствует отрсзку времени At и обозначена на фиг. 5,б сплошной линией, а штриховая линия представляет собой обе границы шага модуляции.

В соответствии с фиг. 2, где момент to времени расположен в отрезке At, импульсы по кривой К на фиг. 5 располагаются в пределах шага модуляции импульсов по крйвой L. Это сзначает, что в соответствии с фиг. 2 отрезок времени, который использует измеритель, может иметь как отрицательное, так и положительное значение. Так как при дальнейшей обработке изменить знак было бы трудно, то на входе 18 измерителя установлена линия задержки 19, замедление t > которой больше, чем наибольшее встречающееся на практике опережение импульсов по кривой L относительно импульсов К (т. е. больше, чем наибольшее опережение выходного импульса главного компаратора 2 относительно выходного импульса контрольного компаратора 8). Сигнал за ли5

60 б5 нией 19 задержки приведен на фиг. 5,в в виде кривой M. Из фиг. 5 следует, что весь ход At модуляции на кривой М расположен после импульсов кривой К, и отрезок времени между импульсами К и М не изменяет знака в течение всего шага.

Вход 17 ведет к первому входу бистабильной схемы;развертки 20. Выход линии задержки 19 соединен со второй линией задержки 21, причем соединение осуществляется через замкнутый переключатель 22, и поэтому ее можно отключить. Схема развертки 20 выбрана так, что она включается в «рабочее положение» импульсами, подаваемыми на первый вход, а импульсами, подаваемыми на второй вход, переключается в исходное положение

«покоя». На выходе бистабильной схемы развертки появляются импульсы, обозначающие продолжительность «рабочего положения», т. е. фронт этих импульсов возникает в момент импульса на первом входе, и его тыльная сторона возникает в момент импульса на втором входе бистабильной схемы развертки. Эти импульсы приведены на фиг. 5 в виде кривой М.

Выходной сигнал схемы развертки 20 представляет собой импульсы с постоянной амплизудой, длительность которых равна времени прохождения импульсов у входа 17 и импульсов, замедленных линией задержки 19. Осциллоскоп с предлагаемым устройством используется для изображения быстрых процессов.

Так как длина всех до сих пор упомянутых отрезков времени, а также длительность импульсов кривой Ж по порядку величины равна продолжительности образованных осциллоскопом фронтов импульсов, то практически эти величины лежат в пределах наносекунд. Бпстабильная схема развертки 20 поэтому лучше всего исполняется. например, в виде схемы с туннельным диодом.

Выходной импульс бистабильной схемы развертки 20 подается на управляющий электрод генератора тока 28. Этот генератор тока может быть собран, например, на пентоде или транзисторе. На его выход выдается импульс тока, продолжительность которого соответствует импульсу на управляющем электроде и поэтому соответствует кривой Л на фиг. 5,г, Этот импульс заряжает конденсатор 24. Напряжение на конденсаторе пропорционально гнтегралу от тока зарядки по времени. Поэтому во время импульса тока на конденсаторе возникает напряжение, которое линейно возрастает во времени. По окончании импульса тока прекращается также рост напряжения, и на конденсаторе остается напряжение, пропорциональное продолжительности импульса тока.

Это напряжение показано на фиг. 5,д кривой P.

Параллельно конденсатору 24 подключен разрядный контур 25, управляемый импульсами, идущими со входа 17 измерителя отрезков времени. Этот контур устроен так, что конденсатор 24 в определенное время (обозначенное на фиг, 5,д индексом 25) после:подачи импуль-

238658

65 са на вход 17 снова разряжается до исходного напряжения. Так, зарядка конденсатора 24 может повториться в ближайший период.

Отрезок времени 4.- должен больше практически встречающейся максимальной продолжительности импульса генератора тока 28.

Разрядный контур может состоять, например, из моностабильного мультивибратора (которыи т риггерируется входом 17 и период колебания которого равен промежутку времени 4„.-) и разрядного диода или, намного проще, — из сопротивления (включенного параллельно конденсатору 24), которое достаточно велико, чтобы вызвать нелинейность увеличения напряжения у конденсатора 24, но все же достаточно мало, чтобы обеспечить полный разряд конденсатора .до момента следующей зарядки.

Д ругими словами, постоянная времени, образованная этим сопротивлением и конденсатором 24, должна намного превышать максимальную продолжительносгь импульсов тока генератора 23, но в то же время быть намного меньше периода повторения рассматриваемого

:в осциллоскопе сигнала. Таким образом, на выходе конденсатора 24 получают импульсы (кривая P), амплитуды которых пропорциональны времени между импульсами на входе 17 и импульсами на входе 18, замедленными линией задержки 19.

Сигнал от .конденсатора 24 направляется в усилитель 26, который усиливает его до необходимого для дальнейшей обработки уровня (т. е. на 1 — 10 в). Усилитель 26 не должен передавать точную форму импульсов на конденсаторе 24, но пропорциональность между амплитудами его выходных импульсов и амплитудами импульсов на конденсаторе 24 должна сохраняться. Это можно обеспечить также с помощью относительно узкополосного многоступенчатого усилителя. Выходные импульсы усилителя 26 подаются на первый вход накопительной схемы 27, кото рая соде ржитнакопительный конденсатор, заряжаемый от выходного импульса усилителя 26 через зарядный диод. На накопительном конденсаторе остается заряд, равный амплитуде выходного импульса усилителя 26, также в том случае, если этот импульс уже затух, Накопительная схема 27 содержит также разрядный диод, который возбуждается разрядными импульсами с генератора 28 через второй вход схемы 27.

Этот генератор триггерируется импульсами со входа 17 измерителя. Разрядные импульсы, направленные через разрядный диод, вызывают возврат напряжения накопительного конденсатора схемы 27 к исходному выходному напряжению, Сигнал накопительного конденсатора схемы 27:показан на фиг. 5,е в виде кривой Q. В данном случае предполагают, что в усилителе 26 (как в любом усилителе) сигнал замедляется, что находит в данном случае полезное применение. Это замедление показано на фиг. 5,е отрезком 4<.

Конденсатор накопительной схемы 27 заряжается до пикового значения. Это напряжение

Z5 зо

55 сохраняется в схеме 27 до поступления следующего импульса на вход 17 измерителя отрезков времени. Данный импульс с помощью генератора 28 разрядных импульсов вызывает новый разряд накопительной схемы 27 так, что она тут же (спустя промежуток времени 4 ) снова может зарядиться следующим выходным импульсом усилителя 26. Этот процесс, например, виден,в правой половине фиг. 5. Ось времени между левой и правой частями чертежа имеет разрыв, так как практически период повторения быстрых импульсов обычно намного превышает продолжительность фронта, и весь масштаб времени изобразить на фиг. 5 невозможно. Выход 29 накопительной схемы 27 является выходом измерителя 9 отрезков в ремени.

Линия задержки 21 служит для контроля и эталонирования базиса времени осциллоскопа.

Если, например, в линии задержки 21 возникает замедление, равное 1 нсек, изображение фронта импульса в приемной трубке при открытии переключателя 22 смещается вправо на отрезок, соответствующий в данном масштабе 1 нсек. Изменив амплитуду импульсов тока генератора 28, емкость конденсатора 24 или усилителя 26, можно установить масштаб базиса времени так, чтобы отрезок времени в наносекундах на экране соответствовал целому числу горизонтальных единиц длины.

Если переключатель 22 попеременно включают и выключают (механически или электронным способом) быстрее, чем может реагировать глаз, на экране возникает видимое продолжительное двойное изображение ф ронта импульса, причем горизонтальное расстояние между изображениями замедления линии задержки 21 позволяет постоянно контролировать масштаб времени осциллоскопа.

При описании осциллоскопа предполагалось, что он содержит приемную трубку 11 с отклоняющими пластинами 10 и 12. Сущность изобретения не изменится, если аппарат применить в качестве приставки к обычному ооциллоскопу, приемная трубка которого и отклоняющий усилитель используются функционально.

В этом случае провода, идущие к пластинам

10 и 12, необходимо присоединить .к соответствующим отклоняющим входам обычного осциллоскопа. Кроме того, генератор отклоняющего напряжения 7 можно заменить пилообразным генератором обычного осциллоскопа.

Таким образом можно уменьшить размеры и стоимость приставки.

Предмет изобретения

1. Развертывающее устройство к осциллоскопу, содержащее электроннолучевую трубку, генератор отклоняющего напряжения и делители напряжения, отличающееся тем, что, с целью увеличения широкополосности, на входе осциллоскопа включены главный,и опорный амплитудные компараторы, выходные сигналы

238658

10 с которых поданы на измеритель отр езков времени, подключенный,к одной паре отклоняющих пластин электроннолучевой трубки, причем к другой паре отклоняющих пластин подключены главный амплитудный компаратор и генератор отклоняющего напряжения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измеритель отрезков времени содержит биста|бильную схему развертки с двумя входами, один из которых соединен непосредственно со входом измерителя отрезков времени, а другой — со вторым его входом через линии задержки, а выход бистабильной схемы развертки соединен с генератором тока, сигнал с которого через интегратор со сбросом и усилитель подан на накопительную схему, соединенную с генератором разрядных импульсов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что амплитудные компа раторы состоят пз туннельного диода, на один из электродов которого, заземленный через емкость, подан один пз

1о сравииваемы\ сигналов, а на второй электрод через сопротивление или диод подан второй сравниваемый сигнал, 238658

Составитель М. Порфирова

Редактор Б. Б. Федотов Текрсд Т. П. Курилко Корректор О. И. Попова

3".êàç 16!5/11 Тираж 480 Подписное

ЦИИИГ1И Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2