Osciloscopul Catodic - schema de principiu, parametri de calitate

Schema de principiu a unui OC standard (de exemplu OCE0102) este aratata in figura urmatoare.

Fig. 1

Pe schema sunt de remarcat: tubul catodic (TC), circuitul de masura pe canalul Y, baza de timp (BT) si blocul de alimentare (BA).

Tubul catodic (TC) reprezinta mecanismul de masura al OC. ,,Organul mobil" al acestuia il constituie fascicolul de electroni () generat de catre tunul electronic (TE), fascicol ce este deplasat spre ecranul luminiscent (E) cu ajutorul placilor de deflexie pe orizontala (placile X) si pe verticala (placile Y), deplasari imprimate de catre tensiunile si respectiv , aplicate pe aceste placi. Indicatorul tubului catodic il constituie spotul luminos (S) a carui deplasare pe ecran (,,deviatia") este masurata cu ajutorul unei retele reticulare transparente, gradata in diviziuni (RR) (fig. 2), retea ce constituie ,,scara" osciloscopului catodic.

Observatie: La OC in afara de axele de ecran XOY (fig. 2), se mai ataseaza si o a treia axa, in lungul axei tubului, denumita axa Z. Comanda fascicolului () dupa axa Z se refera la reglarea luminozitatii spotului.

Circuitul de masura pe Y este alcatuit din comutatorul K₁, conditionorul de semnal (AT, PA), amplificatorul final (Ay) si linia de intarziere (LI).

Comutatorul K₁ permite ca in pozitia 1 sa poata fi masurate numai tensiuni alternative (cu blocarea componentei continui), in pozitia 2 atat tensiuni continui cat si alternative (cu sau fara componenta continua), iar pozitia 3 (scurtcircuit) este necesara pentru operatia de reglare a spotului (focalizare, axare Y).

Fig. 2

Conditionorul de semnal este alcatuit dintr-un divizor de tensiune (DT) de tipul RC compensat in frecventa, reglabil in trepte, cu ajutorul caruia se prescriu gamele pentru tensiunea de masurat (de regula in secventa 1 - 2 - 5 - 10 .. V/div) si dintr-un preamplificator (PA) cu rolul de a amplifica semnalul de iesire din DT, de la nivelul (tipic) de 50 mV la nivelul voltilor (cerut de Ay).

Amplificatorul (Ay) este de tipul cu doua iesiri simetrice in antifaza si are rolul de a amplifica tensiunea de iesire a lui PA (volti) pana la nivelul necesar devierii spotului pe verticala (100 - 200 V). Atacul placilor de deflexie cu doua tensiuni simetrice si in antifaza () este necesar pentru evitarea distorsionarii oscilogramei (efect de trapez). Prin intermediul lui Ay se face si axarea spotului pe verticala.

Blocul de alimentare (BA) are rolul de a furniza tensiuni continui stabile: mici (10 - 20 V) pentru alimentarea blocurilor de joasa tensiune (BT, PA), medii (100 - 200 V) pentru etajele de iesire la Ax si Ay si in alte (kV) si pentru alimentarea TC.

Functionarea OC

a) Regimuri de functionare:

La functionarea in y (fara BT), fascicolul este deviat numai pe verticala, si deci pe ecran apare numai o linie verticala (fig. 2).

Acest mod de functionare este util la masurarea amplitudinii tensiunii U_y, precum si la verificarea benzii de frecventa proprii a osciloscopului catodic respectiv.

La functionarea in t (numai cu BT), fascicolul este deviat numai pe orizontala, ceea ce face ca pe ecran sa apara o linie (trasa) orizontala ce umple ecranul; acest regim poate fi util la masurarea tensiunilor continui.

La functionarea in y-t (cea mai utilizata), fascicolul este actionat de ambele perechi de placi de deviatie, actiuni a caror rezultanta face ca spotul sa descrie pe ecran o curba y(t) (fig. 3) ce reprezinta replica curbei tensiunii de masurat .

Fig. 3

Acest regim de functionare este util la masurarea directa a amplitudinii si frecventei tensiunilor sinusoidale, la masurari cu semnale dreptunghiulare, precum si la masurari pe semnale TV sau pe semnale provenite din regimuri tranzitorii.

La functionarea in x-y, este supus, de asemenea, actiunii simultane a doua forte proportionale cu U_x si respectiv U_y, a caror rezultanta face ca spotul sa descrie pe ecran o curba . Daca U_x si U_y sunt sinusoidale si au aceeasi frecventa, curba devine o elipsa, aceasta elipsa este utila la masurarea defazajului dintre U_x si U_y, precum si la determinarea precisa a egalitatii a doua frecvente.

b) Ecuatia de functionare pe canalul y:

;

y - deviatia spotului pe ecran;

k - constanta tubului catodic;

A - amplificarea totala a canalului y;

U_y - tensiunea de masurat;

U_Ae (constanta) - tensiunea de accelerare a fascicolului de electroni ();

S_Y - sensibilitatea pe Y.

k_d - constanta de deflexie.

c) Ecuatia de functionare pe canalul x:

La masurarea timpului (t) pe axa , ecuatia de functionare capata forma:

k_b - constanta de baleiaj;

x - segmentul masurat pe axa respectiva (diviziuni).

Parametrii de calitate

a) Sensibilitatea (S_y)

(cm/V, div/V)

Sensibilitatea OC este hotarata de amplificarea A.

In practica, in locul lui S_y se utilizeaza inversul acestuia, constanta de deflexie (V/div), parametru ce se inscrie pe comutatorul K₂. Acest parametru (k_d) se verifica experimental cu relatia:

(V/div)

L_y - lungimea segmentului - oscilograma masurat pe ecran (fig. 2);

U_y - valoarea efectiva a tensiunii aplicate la intrarea y.

Valorile lui k_d se dau, de regula, in secventa 1, 2, 5, 10 (de exemplu 10, 20, 50, 100 mv/div . 100 V/div).

b) Precizia pe canalul y

Precizia de baza se exprima prin eroarea tolerata () obtinuta prin rotunjirea erorii de baza ().

% cs cs = cap de scara

Eroarea de baza teoretica:

Precizia OC pe Y depinde de precizia tubului , a amplificarii totale , de stabilitatea tensiunii de accelerare . Termenul este relativ important ( %) si de aceea la osciloscopul catodic standard nu coboara sub % cs.

Eroarea de masurare:

y_n - numarul maxim de diviziuni (cs) pe verticala;

y - deviatia (V-V) corespunzatoare lui U_y masurat.

c) Viteza de baleiaj si precizia pe axa t:

In mod obisnuit, axa X serveste la masurarea timpului conform cu ecuatia de functionare , si de aceea se mai numeste si axa t. Viteza de baleiaj se determina experimental cu relatia:

(cm/s); (div/s)

nT - numarul de perioade T cuprinse in segmentul L_x masurat pe ecran.

In practica, in locul lui v_b se utilizeaza constanta de baleiaj:

(s/div)

ale carui valori sunt inscrise pe comutatorul K₄ in secventa 1, 2, 5, 10, .

La OC standard s/div - 1 s/div.

Precizia de baza pe axa t se exprima prin eroarea tolerata stabilita prin rotunjirea erorii de baza , determinata experimental si este mai putin buna decat cea pe axa Y.

% cs

Eroarea de masura pe axa t:

x_n - numarul total de diviziuni pe orizontala;

x - numarul de diviziuni masurat.