Генератор временной базы

Генератор развертки (также развертки или временной развертки ) — это особый тип функционального генератора , электронная схема, которая генерирует переменное напряжение определенной для создания сигнала формы . очень высокой частоты, Генераторы временной развертки генерируют пилообразные волны специально предназначенные для плавного отклонения луча электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) по лицевой стороне трубки, а затем возврата его в исходное положение.

Базы времени используются радиолокационными системами для определения дальности до цели путем сравнения текущего местоположения по временной шкале со временем прибытия радиоэхо-сигналов. Аналоговые телевизионные системы, использующие ЭЛТ, имели две временные базы: одну для быстрого отклонения луча по горизонтали, а другую для его опускания по экрану 60 раз в секунду. Осциллографы часто имеют несколько баз времени, но это могут быть более гибкие генераторы функций, способные генерировать множество сигналов, а также простую развертку.

Описание

В базовом осциллографе обычно используется генератор временной развертки, который управляется с помощью верхнего диска, а нижний диск управляет усилением сигнала.

Электронно -лучевая трубка (ЭЛТ) состоит из трех основных частей: электронной пушки , которая создает поток ускоренных электронов , экрана, покрытого люминофором , который загорается при попадании на него электронов, и отклоняющих пластин, которые используют магнитные или электрические поля для отклонения. электроны в полете и позволяют им направляться вокруг экрана. Именно способность электронного потока быстро перемещаться с помощью отклоняющих пластин позволяет использовать ЭЛТ для отображения очень быстрых сигналов, например сигналов телевизионного сигнала , или для радиопеленгации (см. Хафф-Дафф ).

Многие сигналы, представляющие интерес, меняются со временем очень быстро, но имеют в основе своей периодический характер. Радиосигналы, например, имеют базовую частоту, несущую , которая составляет основу сигнала. Звуки модулируются в несущую путем изменения сигнала по амплитуде (AM) , частоте (FM) или аналогичными методами. Чтобы отобразить такой сигнал на осциллографе для проверки, желательно, чтобы электронный луч проходил по экрану так, чтобы электронный луч вращался на той же частоте, что и несущая, или в некоторой степени, кратной этой базовой частоте.

Для этого предназначен генератор временной развертки, который крепится к одной из наборов отклоняющих пластин, обычно к оси X, в то время как усиленный выходной радиосигнал отправляется на другую ось, обычно Y. Результатом является визуальный результат. воссоздание исходной формы волны.

Использование в радаре

Типичная радиолокационная система передает короткий импульс радиосигнала, а затем прислушивается к эхо-сигналам от удаленных объектов. Поскольку сигнал распространяется со скоростью света и должен дойти до целевого объекта и обратно, расстояние до цели можно определить, измерив задержку между передачей и приемом, умножив скорость света на это время, а затем разделив на двоих (туда и обратно). Поскольку этот процесс происходит очень быстро, для отображения сигнала и поиска эхо-сигналов используется ЭЛТ.

В простейшей версии радиолокационного дисплея , сегодня известной как «А-скоп», генератор временной развертки перемещает изображение по экрану так, чтобы оно достигало одной стороны в тот момент, когда сигнал прошел максимальное эффективное расстояние радара. Например, радар раннего предупреждения, такой как Chain Home (CH), может иметь максимальную дальность действия 150 километров (93 мили) — расстояние, на которое свет проходит туда и обратно за 1 миллисекунду. Это будет использоваться с генератором временной развертки, который пропускает луч через ЭЛТ раз в миллисекунду, начиная развертку, когда заканчивается широковещательный сигнал. Любое эхо приводит к отклонению луча вниз (в случае CH) при его движении по дисплею.

Измерив физическое местоположение «блика» на ЭЛТ, можно определить дальность до цели. Например, если конкретный радар имеет развертку 1 миллисекунду, то его максимальная дальность составит 150 км. Если это отображается на четырехдюймовом ЭЛТ, а точка находится на расстоянии 2 дюймов от левой стороны, то цель находится на расстоянии 0,5 миллисекунды или около 75 километров (47 миль).

Чтобы обеспечить правильное совмещение меток с механической шкалой, можно настроить временную развертку так, чтобы ее развертка начиналась в определенное время. Его можно регулировать вручную или автоматически запускать другим сигналом, обычно сильно ослабленной версией широковещательного сигнала.

Более поздние системы изменили временную развертку, включив в нее второй сигнал, который периодически вызывал мигания на дисплее, обеспечивая тактовый сигнал, который менялся в зависимости от временной развертки и, следовательно, не нуждался в выравнивании. В британской терминологии они были известны как стробоскопы .

Использование на телевидении

Телевизионные сигналы состоят из серии неподвижных изображений, транслируемых последовательно, в стандарте NTSC такой «кадр» транслируется 30 раз в секунду. Каждый кадр сам разбивается на серию «строк», 525 в стандарте NTSC. Если просмотреть телевизионную передачу на осциллографе, она покажется вам непрерывной последовательностью модулированных сигналов, разбитых короткими периодами «пустого» сигнала. Каждая модулированная часть несет аналоговое изображение в одной строке.

Для отображения сигнала используются две временные развертки. Луч перемещается горизонтально слева направо со скоростью 15 750 раз в секунду — время, необходимое для отправки одной строки. Вторая временная база заставляет луч сканировать экран вниз 60 раз в секунду, так что каждая линия появляется под последней нарисованной, а затем возвращается наверх. Это приводит к тому, что весь сигнал из 525 строк прорисовывается по экрану, воссоздавая двухмерное изображение.

Чтобы временная развертка начала сканирование экрана в нужное время, сигнал включал несколько специальных модуляций. В каждой линии был короткий период «переднее крыльцо» и «заднее крыльцо», из-за которого сигнал на короткое время становился отрицательным. Это заставило горизонтальную временную развертку начать перемещение по экрану, гарантируя, что линии начнутся в левой части дисплея. Гораздо более длинный, но в остальном аналогичный сигнал, интервал вертикального гашения вызывал запуск вертикальной развертки, при этом любая длительная задержка вызывала срабатывание временной развертки.

Ссылки

• Ананд Кумар, «Генератор временной развертки» , «Импульсные и цифровые схемы», PHI Learning, 2008 г.
• «СПЕЦИФИКАЦИИ СИГНАЛА NTSC» , Комитет национальной телевизионной системы, 1953 г.