Záznam elektrických procesů pomocí elektronových osciloskopů

Aplikace katodových osciloskopů

Osciloskop s elektronovým paprskem je multifunkční měřicí zařízení, které umožňuje vizuálně pozorovat a zaznamenávat náhodné, jednotlivé aperiodické a periodické elektrické procesy ve frekvenčním rozsahu od nuly (stejnosměrný proud) až po jednotky gigahertzů. Kromě kvalitativního posouzení studovaných procesů vám osciloskop umožňuje měřit:

• amplituda a okamžitá hodnota proudu a napětí;

• časové parametry signálu (pracovní cyklus, frekvence, doba náběhu, fáze atd.);

• fázový posun; frekvence harmonických signálů (metoda Lissajousových figur a kruhového rozmítání),

• amplitudově-frekvenční a fázové charakteristiky atd.

Osciloskop lze použít jako součást složitějších měřicích zařízení, například v můstkových obvodech jako nulový orgán, v měřičích frekvenční odezvy atd.

Vysoká citlivost osciloskopu určuje možnost studia velmi slabých signálů a vysoká vstupní impedance způsobuje jeho malý vliv na režimy studovaných obvodů. Dle konvence se katodové osciloskopy dělí na univerzální a všeobecné (typ C1), vysokorychlostní a stroboskopické (typ C7), paměťové (typ C8), speciální (typ C9), záznam se záznamem na fotopapír (typ H). Všechny mohou být jedno-, dvou- a vícepaprskové.

Univerzální osciloskopy

Univerzální osciloskopy jsou všestranné díky použití vyměnitelných zařízení (například předzesilovače v C1-15). Šířka pásma je od 0 do stovek megahertzů, amplituda zkoumaného signálu je od desítek mikrovoltů do stovek voltů. Univerzální osciloskopy se používají ke studiu nízkofrekvenčních procesů, pulzních signálů. Mají frekvenční pásmo od 0 do desítek megahertzů, amplitudu studovaného signálu od jednotek milivoltů až po stovky voltů.

Vysokorychlostní osciloskopy

Vysokorychlostní osciloskopy jsou navrženy pro záznam jednotlivých a opakovaných pulzních signálů ve frekvenčním pásmu řádu několika gigahertzů.

Zábleskové osciloskopy

Zábleskové osciloskopy jsou určeny pro zkoumání vysokorychlostních opakujících se signálů ve frekvenčním rozsahu od nuly do gigahertzů, přičemž amplituda signálu je zkoumána od milivoltů po volty.

Skladování osciloskopů

Paměťové osciloskopy jsou navrženy pro záznam jednotlivých a málo se opakujících signálů. Šířka pásma je až 20 MHz se studovanou amplitudou signálu od desítek milivoltů do stovek voltů. Doba přehrávání zaznamenaného snímku od 1 do 30 minut.

Pro záznam rychlých a přechodných procesů na fotografický papír se používají osciloskopy s elektronovým svazkem s fotooptickou metodou přenosu svazku na záznamové médium, například H023. Vysoká rychlost záznamu (až 2000 m/s) a velký rozsah zaznamenaných frekvencí (až stovky kilohertzů) umožňují použití těchto osciloskopů, pokud není možné použít ty se světelnými paprsky, které mají relativně nízkou rychlost záznamu a rozsah zaznamenaných frekvencí. Hlavní technické charakteristiky osciloskopů H023 a H063 jsou uvedeny v referenčních knihách.

Aplikace světelných osciloskopů

Pro získání viditelného záznamu rychlých procesů jsou nejrozšířenější osciloskopy se světelným paprskem se záznamem na speciální oscilografický fotopapír citlivý na ultrafialové paprsky.

Hlavní výhodou osciloskopů se světelným paprskem je možnost získat viditelný záznam v pravoúhlých souřadnicích ve velkém dynamickém rozsahu (až 50 dB). Pracovní frekvenční pásmo osciloskopů se světelným paprskem nepřesahuje 15 000 Hz, maximální rychlost záznamu u osciloskopů se světelným paprskem je až 2000 m/s, u elektrografických osvětlených světelných paprsků 6-50 m/s. Pro současné pozorování a záznam několika elektrických procesů mají osciloskopy několik oscilografických galvanometrů (obvykle magnetoelektrický systém), jejichž počet může dosáhnout 24 (u osciloskopu H043.2) a více.

Oscilografii lze provádět na UV fotografickém papíru nebo fotografickém filmu s chemickým fotografickým vyvoláváním.Oscilografie na UV papíře se provádí rtuťovou výbojkou s přímým vývojem světla, která výrazně urychluje proces oscilografie, a používá se v případech, kdy potřebujete získat např. zkušební oscilogram. Nevýhodou UV fotopapíru je, že oscilogramy na něm získané časem ztrácejí kontrast vlivem ztmavnutí pozadí. Citlivost fotopapíru a jas osvětlení by měly být zvoleny tak vysoko, jako je rychlost oscilografie a nastavit pomocí zkušebních oscilogramů.

Osciloskopy jsou obvykle vybaveny galvanometry s různými pracovními frekvenčními pásmy. Při použití galvanometru, jehož pracovní frekvence není známa, může být horní frekvenční limit rovna polovině vlastní frekvence galvanometru. Vlastní frekvence galvanometru je na něm vyznačena pomlčkou za typovým označením. K omezení pracovního proudu galvanometru se používají standardní bočníkové krabice a přídavné odpory. Pro oscilografické případy vysokých proudů (více než 6 A) nebo vysokých napětí (více než 600 V) se obvykle používají přístrojové transformátory.

Chcete-li získat největší výkyv paprsku na oscilogramu (70-80% šířky použitého papíru), musíte zvolit galvanometr, jehož provozní proud se bude blížit maximu.

Nejpoužívanější typy osciloskopů se světelným paprskem a jejich základní technické údaje jsou uvedeny v referenčních knihách.