Стробоскопические осциллографы
При отклонении луча в электронно-лучевой трубке пластинами, электрон должен успевать отклоняться полем этой пластины, для этого время, за которое он пройдет расстояние до пластины 
должно быть значительно меньше с периодом сигнала 
. На высоких частотах и становятся соизмеримыми и применение этих осциллографов становится невозможным. Более быстрыми являются осциллографы, в которых в качестве отклоняющей системы используются катушки индуктивности (рис. 1). На рисунке 
— это фазовая скорость волны. Напряжение на катушках подбирают таким, чтобы 
. ЭЛТ с такой отклоняющей системой очень дорогие, кроме того, их недостатками являются сложность и низкая чувствительность. Более дешевыми осциллографами для работы с сигналами высокой частоты являются стробоскопические осциллографы, основанные на использовании стробоскопического эффекта. Эти осциллографы работают на частотах выше 300 МГц, и позволяют просматривать очень короткие импульсы. Верхняя граничная частота в спектре импульса для стробоскопических осциллографов составляет 
. Принцип работы стробоскопического осциллографа заключается в том, что выборку можно делать не с одного импульса, а с последовательности, т. е. можно как бы расширить импульс, не меняя его формы. Структурная схема такого осциллографа изображена на рис. 2. Стробоскопические осциллографы могут быть с внешней и внутренней синхронизацией. Мы рассмотрим схему с внешней синхронизацией. Задающие импульсы — импульсы, которые запускают исследуемые импульсы. На рис. 3 изображены временные диаграммы в разных точках схемы.
На рисунке 
— это длительность импульса подсвета.
 |
Сдвиг
определяет количество точек, снимаемых с одного импульса 
. Число выборок
(1)
Период стробирующих импульсов выбирается равным
, (2)
где 
— порядковый номер выборки. Длительность полученного расширенного сигнала равна
(3)
Коэффициент преобразования имеет вид
, (4)
где q — скважность сигнала, 
, она имеет порядок 
.
Обычно 
составляет 
, это значит, что во столько раз происходит расширение длины импульса, и во столько же раз уменьшается 
. Это позволяет просматривать импульс на обычном осциллографе.
Запоминающий осциллограф
Запоминающий осциллограф — осциллограф с запоминающей электронной трубкой (ЗЭЛТ). Запоминающая трубка устроена следующим образом: Перед люминофором находится мишень, тонкая сетка, покрытая диэлектриком. Если потенциал сетки сделать отрицательным, то она будет препятствовать прохождению электронов, если положительный, то электрон будет проходить. ЗЭЛТ имеет 3 режима работы:
1. Запись. Сетка имеет нулевой потенциал. Электронный луч “прочерчивает” осциллограмму на мишени и выбивает вторичные электроны. Таким образом, на траектории луча потенциал мишени становится положительным. Этот потенциал может храниться в течение довольно длительного времени.
2. Воспроизведение. Равномерный сплошной поток электронов попадает на сетку мишени и проходит через нее только там, где потенциал этой сетки положительный, т. е. там, где проходил электронный луч при записи. формируя на люминофоре трубки осциллограмму.
3. Стирание. Электронный луч с медленными электронами, пробегая по всей площади мишени, стирает положительный потенциал.
Осциллографы ЗЭЛТ не нашли широкого применения из-за появления цифровых устройств.
На рис. 4 изображена упрощенная структурная схема цифрового запоминающего осциллографа.
 |
На схеме контроллер управляет всей работой осциллографа. Развертка может производиться как внешним сигналом, так и внутренним. Масштабирующее устройство выполняет функции входного устройства: обеспечивает высокое входное сопротивление и позволяет автоматически изменять чувствительность (как рассмотренное выше устройство автоматического определения предела). Запоминающее устройство (ЗУ) запоминает цифровой код, полученный из АЦП. АЦП должен быть достаточно быстродействующим:
(5)
Частота работы схемы осциллографа задается генератором тактовых импульсов, находящимся в контроллере. Период тактовых импульсов должен быть
(6)
В качестве АЦП обычно используется параллельный АЦП. С выхода устройства выборки и хранения (УВХ) на вход АЦП подается мелко-ступенчатый сигнал. Развертка на ЭЛТ также делается ступенчатой. С контроллера на ЦАП подаются возрастающие числа 0, 1, 2,... В результате на экране осциллографа осциллограмма представляется в виде точек.
Осуществить одновременную запись в ЗУ и считывание на высокой частоте невозможно и поэтому используется 2 ЗУ, в которые попеременно записывается и считывается код.
Частотный диапазон цифрового запоминающего осциллографа определяется частотой АЦП и составляет порядок десятка МГц. Частота может быть еще повышена, если осциллограф снабдить стробоскопическим устройством.