Скоростные и стробоскопические осциллографы

При наблюдении и исследовании коротких импульсов (сигналов наносекундного диапазона) и колебаний СВЧ-диапазона возникает ряд сложностей, которые делают применение обычных универсальных осциллографов затруднительным. Можно выделить следующие факторы, осложняющие применение для этих целей универсальных осциллографов:

• — паразитные резонансы, возникающие в цепях, образуемых емкостью отклоняющих пластин и индуктивностью подводящих проводов, включая вводы отклоняющих пластин;
• — влияние емкости отклоняющих пластин ЭЛТ на крутизну фронта исследуемого сигнала;
• — влияние конечного времени пролета электронов между отклоняющими пластинами ЭЛТ;
• — необходимость в очень широкой полосе пропускания канала вертикального отклонения У. Полоса пропускания для передачи прямоугольного импульса приближенно может быть рассчитана по формуле Af~ 2/т". Тогда при длительности импульса т_и = 1 нс полоса пропускания Д/= 2 ГГц;
• — для наблюдения наносекундных импульсов и колебаний СВЧ требуются высокие скорости движения луча по экрану.

При конструировании скоростных осциллографов требуется учитывать все вышеизложенное. В скоростных осциллографах, работающих в реальном масштабе времени, применяются специальные ЭЛТ бегущей волны [4], что в результате не позволяет получить высокую чувствительность канала вертикального отклонения. Создание высокоскоростных разверток также встречает трудности, связанные с необходимостью поднимать напряжение развертки до нескольких сотен вольт. Существующие серийные скоростные осциллографы имеют верхнюю граничную частоту порядка 10 ГГц.

При исследовании быстротекущих процессов с малой амплитудой описанные выше скоростные осциллографы не пригодны из-за низкой чувствительности. Эта проблема решается с помощью стробоскопической приставки (преобразователя) к универсальному осциллографу.

Стробоскопическим называют электронный осциллограф, в котором для получения на экране ЭЛТ формы сигнала используется отбор его мгновенных значений (выборка сигнала) и выполняется его временное преобразование, т. е. изображение сигнала дается в увеличенном масштабе времени.

Стробоскопический метод осциллографирования позволяет существенно уменьшить скорость развертки по сравнению с той, которая требуется при непосредственном наблюдении исследуемого сигнала на скоростном осциллографе. Стробоскопические осциллографы позволяют наблюдать очень короткие периодические импульсы и высокочастотные колебания. Они обладают большой чувствительностью, т. е. входные сигналы могут иметь малую амплитуду.

Принцип действия стробоскопического осциллографа заключается в преобразовании нескольких идентичных сигналов малой длительности в один, имеющий большую длительность и повторяющий форму входных сигналов. Скорость развертки при этом уменьшают путем трансформации масштаба времени. На экране осциллографа появляется изображение, по форме подобное исследуемому сигналу, но в увеличенном временном масштабе [4].