Стробоскопическим называется осциллограф, использующий для
получения изображения формы сигнала упорядоченный (или случайный) отбор проб
мгновенных значений исследуемого сигнала и осуществляется его временное
преобразование. Принцип работы стробоскопического осциллографа основан на
измерении мгновенных значений повторяющихся сигналов с помощью коротких
стробирующих импульсов и базируется на стробоскопическом эффекте. Он позволяет
обеспечить широкую полосу пропускания и высокую чувствительность осциллографа.
На рис. 8.16. представлена структурная схема одноканального
стробоскопического осциллографа.
Рис. 8.16.
Временные диаграммы работы узлов стробоскопического осциллографа
(рис. 8.16) показаны на рис 8.17.
Исследуемый сигнал (рис.8.17, а) поступает
стробоскопический смеситель (СМ), содержащий диодную ключевую схему и
устройство памяти. Осциллограф запускается синхронизирующими сигналами,
опережающими исследуемый сигнал на время задержки стробоскопической развертки.
Это могут быть внешние импульсы, внешнее синусоидальное напряжение или сам исследуемый сигнал.
Рис.
8.17.
Устройство синхронизации (УСиЗ) формирует импульсы запуска,
частота повторения которых либо равна частоте исследуемого сигнала (рис. 8.17,
б), либо в m раз меньше. Импульсы запуска
управляют работой схемы, в которую входят генератор пилообразного напряжения
(ГПН), генератор ступенчатого напряжения (ГСН) и компаратор (К). ГПН И ГСН
формируют линейно и ступенчато нарастающие сигналы (рис. 8.17, в), которые
подаются на входы компаратора.
Длительность ГПН равна длительности tX исследуемого сигнала, а
длительность ГСН в kТР (kТР = nTC/tX = TC/∆T –
коэффициент трансформации масштаба времени; TC = TX + ∆T; n –
число точек считывания) больше. В момент равенства сигналов ГПН и ГСН
срабатывает компаратор (К) и своим выходным сигналом запускает генератор
импульсов запуска (ГИЗ), формирующий импульсы с крутым фронтом (рис. 8.17, б). Они запускают генератор строб-импульсов (ГС),
ГСН и срывают колебания ГПН. После каждого импульса ГИЗ, напряжение
на ГСН ступенчато повышается на постоянную величину, а в промежутках между
импульсами остается постоянным
(рис. 8.17, в). Этот процесс повторяется до уровня, определяемого величиной kТР, после чего
ГСН автоматически
сбрасывается и начинается новый цикл
нарастания напряжения ГСН.
Строб-импульс (рис. 8.17, г) запускает диодно-ключевую
схему СМ и устройство памяти запоминает мгновенное значение исследуемого
сигнала, соответствующее моменту поступления строб-импульса. Расширенные и
промодулированные огибающей исследуемого сигнала импульсы с выхода СМ
передаются по цепочке, состоящей из предварительного усилителя (ПУ),
аттенюатора (АТ) и импульсного усилителя (ИУ), который расширяет импульсы
выборок. Импульсный сигнал с выхода ИУ поступает на расширитель импульсов (РИ),
где превращается в аналоговый сигнал за
счет расширения импульса до периода повторения (рис. 8.17, д). Это напряжение
усиливается в усилителе вертикального отклонения (УВО) и подается на пластины Y ЭЛТ.
Для повышения четкости изображения плоские участки напряжения подсвечиваются
импульсами схемы подсвета луча (СПЛ), управляемой ГИЗ (рис. 8.17, е).
Изображение исследуемого сигнала на экране ЭЛТ будет иметь вид светящихся точек
(черточек), равномерно отстоящих друг от друга (рис. 8.17, ж). Напряжение
отрицательной обратной связи с РИ на СМ автоматически регулирует положение
рабочей точки на ВАХ диода смесителя, обеспечивая высокую линейность
преобразования.
Так как стробирование исследуемого сигнала приводит к
дискретизации измерительной информации, необходимо знать минимально необходимое
число точек считывания сигнала nMIN. Значение nMIN n может быть оценено по
формуле nMIN = 2fMAX tX, где fMAX – верхняя граничная частот спектра UX. Для увеличения можно
считывать после пропуска некоторого числа периодов сигнала. В этом случае TC = mTX + ∆T.