Мини-лекции. Осциллографы. Измерения

   Для чего же всё-таки нужен осциллограф? Что-то вместо телевизора? Не то, чтобы да и не то, чтобы нет?! Для измерений естественно. Да, конечно мы, что-то видим, что-то представляем?.. А конкретно, что мы имеем? Какие цифры, факты? Если взять скажем «детский» осциллограф «ЛО-70», то о каких там цифрах может идти разговор, до тех пор пока?.. Пока мы напялим ему на экран измерительную сетку-шкалу рис1. Где каждую сторону клетки можно привязать и к времени (длительности) и к величине в вольтах. Вот на рис1 и показан пример отображения импульсов на фоне сетки. Размах импульса — четыре клетки. Длительность — две клетки. Период следования — четыре клетки. Осталось только привязать всё это ко времени и напряжению. Да, можно измерить размах импульсов так называемым импульсным (пиковым) вольтметром и на этом остановиться. Но как быть с более сложными импульсами? Вот, здесь-то без осциллографа никак?! Ни туды и не сюды?! Конечно точность может и не очень высокая, но всё лучше чем ничего?!

   Даже если сетка-шкала железно впечатана в экран ЭЛТ, точность может погуливать и зависеть как от фокусировки, качества синхронизации, косого глаза и от того, насколько точно аппарат повторяет форму импульсов или какого-нибудь другого сигнала?.. Вот на рис4 показан идеальный импульс в виде буквы [П], а окрашенный зелёным как бы реальный. И ведь только из-за того, что сам осциллограф вносит такие искажения. Про какую точность измерения здесь говорить?! А, что ещё можно измерять осциллографом? Не говоря о второстепенных ролях... Можно измерить частоту какого-нибудь колебания (электрического). Конечно много других способов измерения о которых мы и поговорим в следующих мини-лекциях. Но осциллографический один из них.

   Самый простой это растянуть синусоиду и измерить длительность (период Т). А, 1/Т = F. Но можно с помощью образцовой, высокоточной частоты измерительного генератора. Здесь тоже есть варианты. И один из них на рис6. Если мы имеем в своё распоряжение только один импульс, то мы ограничиваемся определением длительности. На управляющий электрод подаётся напряжение образцовой частоты с периодом То. Режим должен заранее подобран так, чтобы ЭЛТ при положительно полупериоде образцовой частоты была отперта и мы видели светящую линию или график какого-нибудь сигнала. А при отрицательном, наоборот полная темень (погасший экран) Что мы увидим? Правильно, скажем наш график сигнала будет выглядеть как на рис4, весь в полосках-метках. Сколько меток, столько и периодов образцовой частоты помещается в наш импульс?! На рисунке их пять. Тогда длительность импульса равна 5То. Всё так просто. Если у нас периодическая последовательность импульсов или синусоида, то таким образом можно измерить период и уже вычислить частоту.

   Более показательно-развлекательный метод по фигурам Лиссажу, изученные французским математиком Жюлем Антуаном Лиссажу! Как Вы и могли догадаться впоследствии названые его именем... Да, Вы даже далёкие от всего электро и радиотехнического могли слышать а в кино и на телевидении видеть крутящиеся финтифлюшки на экранах приборов... И как бы умных дятьков и тётьков таращившихся на экран... Ну это же кино, игра...

   Как это работает. В мини-лекции о ГКЧ я упомянул о так называемой синусоидальной развёртке. Но там (в ГКЧ) она просто подменяет линейную (пилообразную), а здесь несколько другая функция для синусоиды. Имеется две частоты Fx и Fy, причём одна шибко стабильная и очень известная. Иногда её называют ОБРАЗЦОВОЙ. Вторая невзрачная и как бы никому неизвестная. Вот её-то и нужно определить. Вот так просто, с потолка образцовую нельзя брать. А с очень точного генератора с возможностью изменения этой самой образцовой. Обозначим образцовую как Fy и соответственно подадим в Y-канал, то есть на пластины Y рис2. Неизвестную как Fx естественно на пластины X нашего осциллографа. Развёртку, само-собой отключим. Что мы увидим? А мы увидим след луча которым управляют сразу два синусоидальных напряжения с частотами Fx и Fy. Так ещё фигуры Лиссажу. На рис2, на экране мы видим бабочку и два графика (Fx и Fy), поясняющие образования такой фигуры.

   Простота-сложность такой загогулины зависит от: частот, фаз и амплитуд. По умолчанию и удобства амплитуды этих двух частот равны, а на рис2 ещё и фазы. Если бабочка стоит стабильно не вращаясь значит одна из частот, а точнее Fy в два раза выше чем Fx. На рис3 и показаны эти самые фигуры Лиссажу. Фигуры для разных отношений частот и фаз. А какой нам толк с этих фигур? Ну, посмотрели, полюбовались... И всё? Нет конечно. Если фигуры застыли, значит между двумя частотами Fx и Fy, железная зависимость! Какая? Это Вы можете и сами узнать. Для этого нужно провести по фигуре вертикальную линию и горизонтальную. Затем посчитать количество пересечений линиями с графиком фигуры. Как и показано на рис2. Такое подключении напряжений частот к ЭЛТ даст вот такие соотношения как на розовой формуле. Если бы мы подключили эти частоты наоборот, поменяли X на Y, то частоты в формуле нужно было бы поменять местами в розовой формуле. Так как при больших соотношениях посчитать «баранов» будет затруднительно, то такой способ применяют при соотношении частот не более 10!

   Если Вам попадётся где-нибудь увидеть такие вот фигуры (неподвижные) и захочется самим посчитать... Вам мой совет. Начинайте с таких вот менее запутанных фигур как на рис3, голубые квадраты.

   А теперь посмотрите на рис3, верхний ряд, третья фигура слева (посередине). Это окружность. Обе частоты равны, но фазовый сдвиг между ними равен 90°. Применительно к осциллографу это называется КРУГОВАЯ развёртка. Теперь, (при круговой развёртке) если подать на управляющий электрод ЭЛТ напряжение (периодическое) неизвестной частоты, то? То по аналогии с методом на рис6 мы получим вот такие же штрихи-метки. На рис5 всё это и видно. Неизвестными оказались две частоты: одна равная частотам развёртки (одна метка 1/2 окружности), а вторая в 16 раз выше (чаще, 16 меток)! Вот так сразу и красиво может и не получиться?.. Так, что придётся частоту развёртки подрулить, пока картинка успокоится и не будет вращаться и крутиться...

   Как Вы могли заметить, мы коснулись новой темы — измерение частоты! Так, что все следующие мини-лекции и будут посвящены именно этой теме.