Типы осциллографов

Для проверки этой статьи нужны дополнительные цитаты . Помогите улучшить эту статью , добавив ссылки на надежные источники . Материалы без источников могут быть оспорены и удалены. Найти источники:  «Типы осциллографов» – новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( февраль 2016 г. ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

Это подраздел статьи «Осциллографы» , в котором более подробно рассматриваются различные типы и модели осциллографов.

В то время как аналоговые устройства используют постоянно изменяющиеся напряжения, цифровые устройства используют двоичные числа, которые соответствуют выборкам напряжения. В случае цифровых осциллографов аналого-цифровой преобразователь (АЦП) используется для преобразования измеренных напряжений в цифровую информацию. Формы волн берутся как серия выборок. Выборки сохраняются, накапливаясь до тех пор, пока не будет взято достаточно для описания формы волны, которые затем собираются заново для отображения. Цифровая технология позволяет отображать информацию с яркостью, четкостью и стабильностью. Однако существуют ограничения, как и в случае с производительностью любого осциллографа. Самая высокая частота, на которой может работать осциллограф, определяется аналоговой полосой пропускания входных компонентов прибора и частотой дискретизации.

Цифровые осциллографы можно разделить на две основные категории: цифровые запоминающие осциллографы и цифровые стробоскопические осциллографы. ^{[1] [2]} Более новые варианты включают осциллографы на базе ПК (которые подключаются к ПК для обработки и отображения данных) и осциллографы смешанных сигналов (которые используют другие функции в дополнение к измерению напряжения).

Цифровой запоминающий осциллограф , или сокращенно DSO , теперь является предпочтительным типом для большинства промышленных приложений. Вместо запоминающих электронно-лучевых трубок , DSO используют цифровую память , которая может хранить данные столько времени, сколько требуется без ухудшения качества. Цифровой запоминающий осциллограф также позволяет выполнять сложную обработку сигнала с помощью высокоскоростных схем цифровой обработки сигнала .

Вертикальный вход оцифровывается аналого -цифровым преобразователем для создания набора данных, который хранится в памяти микропроцессора . Набор данных обрабатывается и затем отправляется на дисплей, который в ранних DSO представлял собой электронно-лучевую трубку, но сегодня представляет собой плоскую ЖК- панель. DSO с цветными ЖК-дисплеями являются обычным явлением. Набор данных выборки может быть сохранен на внутреннем или съемном носителе или отправлен по локальной сети или USB для обработки или архивирования. Изображение экрана также может быть сохранено на внутреннем или съемном носителе или отправлено на встроенный или внешний подключенный принтер без необходимости использования камеры осциллографа. Собственное программное обеспечение для анализа сигнала осциллографа может извлекать множество полезных характеристик временной области (например, время нарастания, ширина импульса, амплитуда), частотные спектры, гистограммы и статистику, карты инерционности и большое количество параметров, значимых для инженеров в таких специализированных областях, как телекоммуникации, анализ дисковых накопителей и силовая электроника.

Цифровые осциллографы ограничены в основном производительностью аналоговой входной схемы, длительностью окна выборки и разрешением частоты выборки. Если не используется эквивалентная временная выборка, частота выборки должна быть выше частоты Найквиста , которая в два раза превышает частоту самого высокочастотного компонента наблюдаемого сигнала, в противном случае возникает наложение спектров .

Преимущества перед аналоговым осциллографом:

• Более яркий и большой дисплей с цветным дисплеем для различения нескольких трасс
• Простые одноразовые загрузки в память без проблем, которые возникают при использовании ЭЛТ-мониторов с запоминающим устройством
• Гораздо более универсальные триггеры
• Отсутствие сокрытия шума в фосфоресцирующей темноте, как это происходит в аналоговых осциллографах.
• Входной сигнал не просто преобразуется в линию на экране, он доступен в виде выборочных данных, которые можно сохранить или дополнительно обработать (например, с помощью инструментов измерения и анализа, поставляемых с осциллографом).
• Усреднение по последовательным образцам или сканам, а также определенные режимы HiRes, которые работают с избыточной выборкой, могут привести к более высокому вертикальному разрешению.
• Универсальные функции измерения и анализа позволяют легко собирать все необходимые свойства сигнала.
• Обнаружение пиков для поиска определенных событий при длинных настройках временной развертки на цифровых осциллографах с небольшой памятью (менее актуально, поскольку новые осциллографы теперь поставляются с большой памятью, которая поддерживает достаточно высокую частоту дискретизации даже при очень длинных настройках временной развертки)
• Легкое панорамирование и масштабирование
• Дистанционное управление через USB , Ethernet или GPIB

Недостатком старых цифровых осциллографов является ограниченная скорость обновления формы сигнала (скорость срабатывания) по сравнению с их аналоговыми предшественниками, что может затруднить обнаружение "сбоев" или других редких явлений с помощью цифровых осциллографов, особенно старых, не имеющих режима послесвечения. Однако благодаря улучшениям в обработке формы сигнала новые цифровые осциллографы могут достигать скорости срабатывания свыше 1 миллиона обновлений/секунду, что превышает примерно 600 000 срабатываний/секунду, которые могли сделать лучшие аналоговые осциллографы. Новые цифровые осциллографы также поставляются с аналоговыми режимами послесвечения, которые воспроизводят послесвечение люминофорной ЭЛТ аналогового осциллографа.

Цифровые осциллографы с дискретизацией работают по тому же принципу, что и аналоговые осциллографы с дискретизацией, и, как и их аналоговые аналоги, отлично подходят для анализа высокочастотных сигналов; то есть повторяющихся сигналов, частоты которых выше частоты дискретизации осциллографа. Для измерения повторяющихся сигналов этот тип когда-то предлагал полосу пропускания и высокоскоростную синхронизацию, в десять раз превышающую возможности любого осциллографа реального времени.

Осциллограф реального времени, который также раньше назывался «одноразовым» осциллографом, захватывает всю форму волны при каждом событии запуска. Для этого осциллограф должен захватывать большое количество точек данных в одной непрерывной записи. Последовательный осциллограф с эквивалентным временем выборки, иногда просто называемый «выборочным осциллографом», измеряет входной сигнал только один раз за одно событие запуска. В следующий раз, когда осциллограф запускается, добавляется небольшая задержка и берется еще одна выборка. Таким образом, должно произойти большое количество событий запуска, чтобы собрать достаточно выборок для построения картины формы волны. Полоса пропускания измерения определяется частотной характеристикой сэмплера, которая в настоящее время может превышать 90 ГГц. ^[3]

Альтернатива последовательной выборке эквивалентного времени называется случайной выборкой эквивалентного времени. Выборки синхронизируются не с событиями триггера, а с внутренними часами выборки осциллографа. Это заставляет их происходить в явно случайные моменты времени относительно события триггера. Осциллограф измеряет временной интервал между триггером и каждой выборкой и использует это для правильного расположения выборки на оси x. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет собрано достаточно выборок для построения картины формы сигнала. Преимущество этого метода перед последовательной выборкой эквивалентного времени заключается в том, что осциллограф может собирать данные как до события триггера, так и после него, аналогично функции предварительного триггера большинства цифровых осциллографов хранения в реальном времени. Случайная выборка эквивалентного времени может быть интегрирована в стандартный DSO без необходимости использования специального оборудования для выборки, но имеет недостаток в виде более низкой точности синхронизации, чем метод последовательной выборки. ^[4]

Однако из-за прогресса в технологии АЦП, который привел к появлению осциллографов реального времени с полосой пропускания более 100 ГГц, спрос на цифровые стробоскопические осциллографы сокращается, как и потребность в интеграции эквивалентной временной выборки в осциллографы реального времени. ^{[ необходима цитата ]}

Ручные осциллографы полезны для многих испытательных и полевых сервисных приложений. Сегодня ручной осциллограф обычно представляет собой осциллограф реального времени, использующий монохромный или цветной ЖК- дисплей. Обычно ручной осциллограф имеет один или два аналоговых входных канала, но также доступны версии с четырьмя входными каналами. Некоторые приборы совмещают функции цифрового мультиметра с осциллографом. Они обычно легкие и имеют хорошую точность. ^{[ необходима цитата ]}

This section possibly contains original research. Please improve it by verifying the claims made and adding inline citations. Statements consisting only of original research should be removed. (February 2017) (Learn how and when to remove this message)

Осциллограф на базе ПК — это тип цифрового осциллографа, который использует стандартную платформу ПК для отображения формы сигнала и управления прибором. В целом, существует два типа осциллографов на базе ПК

• Автономные осциллографы, содержащие внутреннюю платформу ПК (материнская плата ПК) – распространены в осциллографах верхнего среднего и высшего класса.
• Внешние осциллографы, подключаемые через USB или Ethernet к отдельному ПК (настольному компьютеру или ноутбуку)

В конце 1990-х годов Nicolet и HP представили первые автономные осциллографы на базе ПК, где часть «осциллографа» состояла из специализированной системы сбора сигнала, состоящей из электрического интерфейса, обеспечивающего изоляцию и автоматическую регулировку усиления, высокоскоростных аналого-цифровых преобразователей, памяти выборок и встроенного цифрового сигнального процессора (DSP). Часть ПК работала под управлением Microsoft Windows в качестве операционной системы с приложением осциллографа поверх, которое отображало данные формы сигнала и использовалось для управления прибором.

С тех пор линейки высокопроизводительных автономных осциллографов всех четырех основных производителей осциллографов (HP/Agilent/Keysight, LeCroy, Tektronix, Rohde & Schwarz) базируются на платформе ПК.

Другая группа осциллографов на базе ПК — это внешние осциллографы, то есть те, в которых система сбора данных физически отделена от платформы ПК. В зависимости от точной конфигурации оборудования внешнего осциллографа, оборудование также может быть описано как дигитайзер , регистратор данных или как часть специализированной системы автоматического управления . Отдельный ПК обеспечивает дисплей, интерфейс управления, дисковое хранилище, сетевое взаимодействие и часто электропитание для оборудования сбора данных. Внешний осциллограф может передавать данные на компьютер двумя основными способами — потоковый и блочный режим. В потоковом режиме данные передаются на ПК непрерывным потоком без какой-либо потери данных. Способ, которым PCO подключен к ПК (например, Ethernet , USB и т. д.), будет определять максимально достижимую скорость и, следовательно, частоту и разрешение при использовании этого метода. Блочный режим использует встроенную память внешнего осциллографа для сбора блока данных, который затем передается на ПК после записи блока. Затем оборудование сбора данных сбрасывается и записывает другой блок данных. Этот процесс происходит очень быстро, но время, которое потребуется, будет зависеть от размера блока данных и скорости, с которой он может быть передан. Этот метод обеспечивает гораздо более высокую скорость выборки, но во многих случаях оборудование не будет записывать данные, пока оно передает существующий блок.

Преимущества автономных осциллографов на базе ПК включают в себя:

• Простой экспорт данных в стандартное программное обеспечение ПК, такое как электронные таблицы и текстовые процессоры , которые можно запускать на осциллографе.
• Возможность запускать инструменты анализа, такие как программное обеспечение для численного анализа и/или программное обеспечение для анализа сигналов, непосредственно на осциллографе.
• Возможность запуска программного обеспечения для автоматизации выполнения автоматических тестов
• Возможность легкого управления осциллографом из удаленного места через сеть

Преимущества внешних осциллографов те же, что и у автономных осциллографов на базе ПК, плюс дополнительно:

• Затраты часто ниже, чем на сопоставимый автономный осциллограф, особенно если у пользователя уже есть подходящий ПК или ноутбук.
• Автономные ПК и ноутбуки обычно оснащены большими цветными дисплеями с высоким разрешением, которые легче читать, чем меньшие дисплеи обычных осциллографов.
• Портативность при использовании с ноутбуком
• Некоторые внешние осциллографы физически намного меньше, чем даже портативные осциллографы.

Однако осциллографы на базе ПК, как автономные, так и внешние, также имеют некоторые недостатки, к которым относятся:

• Электропитание и электромагнитные помехи от цепей ПК, требующие тщательного и обширного экранирования для получения хорошего разрешения сигнала низкого уровня.
• Для внешних осциллографов необходимость установки владельцу программного обеспечения осциллографа на ПК, которое может быть несовместимо с текущей версией операционной системы ПК.
• Время загрузки платформы ПК по сравнению с практически мгновенным запуском автономного осциллографа на базе встроенной платформы (хотя каждому осциллографу потребуется период прогрева для достижения соответствия спецификациям, поэтому это редко должно быть проблемой)

Осциллограф смешанных сигналов (MSO) сочетает в себе все измерительные возможности и модель использования цифрового запоминающего осциллографа с некоторыми измерительными возможностями логического анализатора . Аналоговые и цифровые сигналы собираются с единой временной базой, они отображаются на одном дисплее, и любая комбинация этих сигналов может использоваться для запуска осциллографа.

MSO обычно не имеют расширенных возможностей цифровых измерений и большого количества каналов цифрового сбора данных, присущих автономным логическим анализаторам. ^[5] Типичные области применения измерений смешанных сигналов включают определение характеристик и отладку гибридных аналогово-цифровых схем, например, встроенных систем , аналого-цифровых преобразователей (АЦП), цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) и систем управления .

Самый ранний и простейший тип осциллографа состоял из электронно-лучевой трубки , вертикального усилителя , временной развертки, горизонтального усилителя и источника питания . Теперь их называют «аналоговыми» осциллографами, чтобы отличать их от «цифровых» осциллографов, которые стали распространены в 1990-х и 2000-х годах.

До появления CRO в его нынешнем виде электронно -лучевая трубка уже использовалась в качестве измерительного прибора. Электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянную вакуумную колбу, похожую на ту, что используется в черно-белом телевизоре , плоская поверхность которой покрыта флуоресцентным материалом (люминофором ) . Диаметр экрана обычно составляет менее 20 см, что намного меньше, чем у телевизора. У старых CRO были круглые экраны или лицевые панели, в то время как у новых ЭЛТ в лучших CRO — прямоугольные лицевые панели.

В горловине трубки находится электронная пушка, которая представляет собой небольшой нагретый металлический цилиндр с плоским концом, покрытым оксидами, испускающими электроны. Рядом с ней находится цилиндр гораздо большего диаметра, несущий диск на своем катодном конце с круглым отверстием в нем; он называется «сеткой» (G1), по исторической аналогии с сетками усилительных электронных ламп. Небольшой отрицательный потенциал сетки (относится к катоду) используется для блокировки прохождения электронов через отверстие, когда электронный луч необходимо выключить, как во время обратного хода развертки или когда не происходит никаких событий запуска.

Однако, когда G1 становится менее отрицательным по отношению к катоду, другой цилиндрический электрод, обозначенный G2, который имеет сотни вольт положительного по отношению к катоду, притягивает электроны через отверстие. Их траектории сходятся, когда они проходят через отверстие, создавая довольно малый диаметр "пинча", называемого кроссовером. Следующие электроды ("сетки"), электростатические линзы, фокусируют этот кроссовер на экране; пятно является изображением кроссовера.

Обычно ЭЛТ работает примерно на -2 кВ или около того, и используются различные методы для соответствующего смещения напряжения G1. Двигаясь вдоль электронной пушки, луч проходит через линзы формирования изображения и первый анод, выходя с энергией в электрон-вольтах, равной энергии катода. Луч проходит через один набор отклоняющих пластин, затем через другой, где он отклоняется по мере необходимости на фосфорный экран.

Среднее напряжение отклоняющих пластин относительно близко к земле, поскольку они должны быть напрямую подключены к выходному каскаду вертикальной развертки.

Сам по себе, как только луч покидает область отклонения, он может создавать полезный яркий след. Однако для CRO с более высокой пропускной способностью, где след может перемещаться быстрее по фосфорному экрану, часто используется положительное пост-отклоняющее ускорение ("PDA") напряжение более 10 000 вольт, увеличивающее энергию (скорость) электронов, которые ударяют по фосфору. Кинетическая энергия электронов преобразуется фосфором в видимый свет в точке удара.

При включении ЭЛТ обычно отображает одну яркую точку в центре экрана, но точка может перемещаться электростатически или магнитно. ЭЛТ в осциллографе всегда использует электростатическое отклонение. Обычные электростатические отклоняющие пластины обычно могут перемещать луч примерно на 15 градусов или около того от оси, что означает, что ЭЛТ осциллографа имеют длинные, узкие воронки и для своего размера экрана обычно довольно длинные. Именно длина ЭЛТ делает КРО «глубокими», спереди назад. Современным плоскопанельным осциллографам не нужны такие довольно экстремальные размеры; их формы, как правило, больше похожи на один из видов прямоугольной коробки для завтрака.

Между электронной пушкой и экраном находятся две противоположные пары металлических пластин, называемых отклоняющими пластинами. Вертикальный усилитель создает разность потенциалов на одной паре пластин, создавая вертикальное электрическое поле , через которое проходит электронный луч. Когда потенциалы пластин одинаковы, луч не отклоняется. Когда верхняя пластина положительна по отношению к нижней пластине, луч отклоняется вверх; когда поле меняется на противоположное, луч отклоняется вниз. Горизонтальный усилитель выполняет аналогичную работу с другой парой отклоняющих пластин, заставляя луч двигаться влево или вправо. Эта система отклонения называется электростатическим отклонением и отличается от электромагнитной системы отклонения, используемой в телевизионных трубках. По сравнению с магнитным отклонением, электростатическое отклонение может более легко следовать случайным и быстрым изменениям потенциала, но ограничено малыми углами отклонения.

Обычные представления отклоняющих пластин вводят в заблуждение. Во-первых, пластины для одной оси отклонения ближе к экрану, чем пластины для другой. Пластины, которые расположены ближе друг к другу, обеспечивают лучшую чувствительность, но они также должны простираться достаточно далеко вдоль оси ЭЛТ, чтобы получить адекватную чувствительность. (Чем больше времени данный электрон проводит в поле, тем дальше он отклоняется.) Однако близко расположенные длинные пластины заставят луч коснуться их до того, как произойдет отклонение полной амплитуды, поэтому компромиссная форма состоит в том, что они относительно близко друг к другу по направлению к катоду и раздвинуты в неглубокую V-образную форму по направлению к экрану. Они не плоские ни в одной, кроме довольно старых ЭЛТ!

Временная развертка — это электронная схема , которая генерирует пилообразное напряжение. Это напряжение, которое непрерывно и линейно изменяется со временем. Когда оно достигает предопределенного значения, пилообразное напряжение сбрасывается и устанавливается на свое начальное значение. Когда распознается событие запуска, при условии, что процесс сброса (удержания) завершен, пилообразное напряжение запускается снова. Временная развертка напряжения обычно управляет горизонтальным усилителем. Его эффект заключается в том, чтобы развернуть экранный конец электронного луча с постоянной скоростью слева направо по экрану, затем погасить луч и вернуть его отклоняющие напряжения влево, так сказать, вовремя, чтобы начать следующую развертку. Типичные схемы развертки могут потребовать значительного времени для сброса; в некоторых CRO быстрые развертки требовали больше времени для обратного хода, чем для развертки.

Между тем, вертикальный усилитель управляется внешним напряжением (вертикальный вход), которое берется из схемы или эксперимента, который измеряется. Усилитель имеет очень высокий входной импеданс , обычно один МОм, так что он потребляет только крошечный ток от источника сигнала. Аттенюаторные зонды еще больше уменьшают потребляемый ток. Усилитель управляет вертикальными отклоняющими пластинами с напряжением, которое пропорционально вертикальному входу. Поскольку электроны уже были ускорены обычно на 2 кВ (примерно), этот усилитель также должен выдавать почти сто вольт, и это с очень широкой полосой пропускания. Коэффициент усиления вертикального усилителя можно отрегулировать в соответствии с амплитудой входного напряжения. Положительное входное напряжение изгибает электронный луч вверх, а отрицательное напряжение изгибает его вниз, так что вертикальное отклонение в любой части трассы показывает значение входа в это время. ^[6]

Реакция любого осциллографа намного быстрее, чем у механических измерительных приборов, таких как мультиметр , где инерция стрелки (и, возможно, затухание) замедляют ее реакцию на входной сигнал.

Наблюдение высокоскоростных сигналов, особенно неповторяющихся сигналов, с помощью обычного CRO затруднено из-за нестабильного или изменяющегося порога срабатывания, что затрудняет «заморозку» формы сигнала на экране. Для этого часто требуется затемнение комнаты или размещение специального козырька над лицевой поверхностью трубки дисплея. Чтобы облегчить просмотр таких сигналов, специальные осциллографы заимствовали технологию ночного видения , используя микроканальный пластинчатый электронный умножитель за лицевой поверхностью трубки для усиления слабых токов пучка.

Хотя CRO позволяет просматривать сигнал, в своей базовой форме он не имеет средств записи этого сигнала на бумагу для целей документирования. Поэтому были разработаны специальные осциллографические камеры для непосредственного фотографирования экрана. Ранние камеры использовали рулонную или пластинчатую пленку, в то время как в 1970-х годах стали популярны мгновенные камеры Polaroid . Люминофор P11 CRT (визуально синий) был особенно эффективен при экспонировании пленки. Камеры (иногда использующие одиночные развертки) использовались для захвата слабых следов.

Источник питания является важным компонентом осциллографа. Он обеспечивает низкое напряжение для питания катодного нагревателя в трубке (изолированного для высокого напряжения!), а также вертикальных и горизонтальных усилителей, а также схем запуска и развертки. Более высокое напряжение необходимо для управления электростатическими отклоняющими пластинами, что означает, что выходной каскад усилителя вертикального отклонения должен вырабатывать большие колебания сигнала. Эти напряжения должны быть очень стабильными, и усиление усилителя должно быть соответственно стабильным. Любые значительные изменения приведут к ошибкам в размере следа, делая осциллограф неточным.

Позднее аналоговые осциллографы добавили цифровую обработку к стандартной конструкции. Та же самая базовая архитектура — электронно-лучевая трубка, вертикальные и горизонтальные усилители — была сохранена, но электронный луч контролировался цифровой схемой, которая могла отображать графику и текст, смешанные с аналоговыми сигналами. Время отображения для них было перемежаемым — мультиплексированным — с отображением формы сигнала в основном таким же образом, как двух-/многолучевой осциллограф отображает свои каналы. Дополнительные функции, которые предоставляет эта система, включают:

• отображение на экране настроек усилителя и временной развертки;
• курсоры напряжения — регулируемые горизонтальные линии с отображением напряжения;
• курсоры времени — регулируемые вертикальные линии с отображением времени;
• экранные меню для настроек триггера и других функций.
• автоматическое измерение напряжения и частоты отображаемого следа

Двухлучевой осциллограф — тип осциллографа, который когда-то использовался для сравнения одного сигнала с другим. В специальном типе ЭЛТ производилось два луча .

В отличие от обычного «двухлучевого» осциллографа (который разделял по времени один электронный луч, теряя таким образом около 50% каждого сигнала), двухлучевой осциллограф одновременно производил два отдельных электронных луча, полностью захватывая оба сигнала. Один тип (Cossor, Великобритания) имел пластину светоделителя в своей ЭЛТ и одностороннее вертикальное отклонение после сплиттера. (Подробнее об этом типе осциллографа см. в конце этой статьи.)

Другие двухлучевые осциллографы имели две полные электронные пушки, требующие жесткого контроля осевого (вращательного) механического выравнивания при изготовлении ЭЛТ. В последнем типе две независимые пары вертикальных пластин отклоняют лучи. Вертикальные пластины для канала A не оказывали никакого влияния на луч канала B. Аналогично для канала B существовали отдельные вертикальные пластины, которые отклоняли только луч B.

На некоторых двухлучевых осциллографах временная база, горизонтальные пластины и горизонтальный усилитель были общими для обоих лучей (делитель луча ЭЛТ работал таким образом). Более сложные осциллографы, такие как Tektronix 556 и 7844, могли использовать две независимые временные базы и два набора горизонтальных пластин и горизонтальных усилителей. Таким образом, можно было наблюдать очень быстрый сигнал на одном луче и медленный сигнал на другом луче.

Большинство многоканальных осциллографов не имеют нескольких электронных лучей. Вместо этого они отображают только один след за раз, но переключают последние этапы вертикального усилителя между одним каналом и другим либо поочередно (режим ALT), либо много раз за развертку (режим CHOP). Было построено очень мало настоящих двухлучевых осциллографов.

С появлением цифровой регистрации сигналов настоящие двухлучевые осциллографы устарели, поскольку появилась возможность отображать два действительно одновременных сигнала из памяти, используя либо технологию отображения ALT, либо CHOP, либо даже, возможно, режим растрового отображения.

Хранение следов — это дополнительная функция, доступная на некоторых аналоговых осциллографах; они использовали ЭЛТ с прямым просмотром . Хранение позволяет шаблону следа, который обычно затухает за доли секунды, оставаться на экране в течение нескольких минут или дольше. Затем можно намеренно активировать электрическую цепь для сохранения и стирания следа на экране.

Хранение осуществляется с использованием принципа вторичной эмиссии . Когда обычный пишущий электронный луч проходит точку на поверхности фосфора, он не только на мгновение заставляет фосфор загораться, но и кинетическая энергия электронного луча выбивает другие электроны с поверхности фосфора. Это может оставить чистый положительный заряд. Затем запоминающие осциллографы обеспечивают одну или несколько вторичных электронных пушек (называемых «пушками заливающего света»), которые обеспечивают постоянный поток низкоэнергетических электронов, движущихся к фосфорному экрану. Пушки заливающего света покрывают весь экран, в идеале равномерно. Электроны из пушек заливающего света сильнее притягиваются к областям фосфорного экрана, где пишущий пистолет оставил чистый положительный заряд; таким образом, электроны из пушек заливающего света повторно освещают фосфор в этих положительно заряженных областях фосфорного экрана. ^[7]

Если энергия электронов пушки потока правильно сбалансирована, каждый падающий электрон пушки потока выбивает один вторичный электрон из фосфорного экрана, тем самым сохраняя чистый положительный заряд в освещенных областях фосфорного экрана. Таким образом, изображение, изначально записанное пушкой записи, может сохраняться в течение длительного времени — от многих секунд до нескольких минут. В конце концов, небольшие дисбалансы в коэффициенте вторичной эмиссии заставляют весь экран «затухать положительно» (загораться) или заставляют изначально записанный след «затухать отрицательно» (гаснуть). Именно эти дисбалансы ограничивают максимально возможное время хранения. ^[7]

Запоминающие осциллографы (и ЭЛТ-дисплеи с большим экраном) такого типа с запоминающим устройством на люминофоре производила компания Tektronix. Другие компании, в частности Hughes, ранее производили запоминающие осциллографы с более сложной и дорогостоящей внутренней структурой хранения.

Некоторые осциллографы использовали строго двоичную (вкл/выкл) форму хранения, известную как «бистабильное хранение». Другие допускали постоянную серию коротких, неполных циклов стирания, которые создавали впечатление фосфора с «переменной устойчивостью». Некоторые осциллографы также допускали частичное или полное отключение заливных пушек, позволяя сохранять (хотя и незримо) скрытое сохраненное изображение для последующего просмотра. (Затухание положительного или затухание отрицательного происходит только тогда, когда заливные пушки «включены»; при выключенных заливных пушках только утечка зарядов на фосфорном экране ухудшает сохраненное изображение.

Принцип выборки был разработан в 1930-х годах в Bell Laboratories Найквистом, в честь которого названа теорема выборки . Однако первый дискретный осциллограф был разработан в конце 1950-х годов в Исследовательском центре атомной энергии в Харвелле в Англии Дж. Б. Б. Чаплином, А. Р. Оуэнсом и А. Дж. Коулом. ["A Sensitive Transistor Oscillograph With DC to 300 Mc/s Response", Proc IEE (London) Vol.106, Part B. Suppl., No. 16, 1959].

Первый дискретизирующий осциллограф был аналоговым прибором, изначально разработанным как входной блок для обычного осциллографа. Потребность в этом приборе возникла из-за потребности ученых-атомщиков в Харвелле в захвате формы сигнала очень быстрых повторяющихся импульсов. Современные осциллографы — с полосой пропускания обычно 20 МГц — не могли этого сделать, а эффективная полоса пропускания их аналогового дискретизирующего осциллографа в 300 МГц представляла собой значительный прогресс.

Короткая серия этих «внешних интерфейсов» была изготовлена ​​в Харвелле и нашла широкое применение, а Чаплин и др. запатентовали изобретение. Коммерческая эксплуатация этого патента в конечном итоге была осуществлена ​​компанией Hewlett-Packard Company (позже Agilent Technologies).

Осциллографы с выборкой достигают своей большой полосы пропускания, не принимая весь сигнал за раз. Вместо этого берется только выборка сигнала. Затем выборки собираются для создания формы сигнала. Этот метод может работать только для повторяющихся сигналов, а не для переходных событий. Идею выборки можно рассматривать как стробоскопическую технику. При использовании стробоскопического света видны только части движения, но когда сделано достаточно таких изображений, можно захватить общее движение ^[8]

Большое количество приборов, используемых в различных технических областях, на самом деле являются осциллографами с входами, калибровкой, элементами управления, калибровкой дисплея и т. д., специализированными и оптимизированными для конкретного применения. В некоторых случаях в прибор встроены дополнительные функции, такие как генератор сигналов, для облегчения измерений, которые в противном случае потребовали бы одного или нескольких дополнительных приборов.

Монитор формы сигнала в технике телевизионного вещания очень близок к стандартному осциллографу, но он включает в себя схемы запуска и элементы управления, которые позволяют стабильно отображать составной видеокадр, поле или даже выбранную строку из поля. Роберт Хартвиг ​​объясняет монитор формы сигнала как «обеспечивающий графическое отображение черно-белой части изображения». ^[9] Черно-белая часть видеосигнала называется «яркостью» из-за ее флуоресцентного цвета. Отображение монитором формы сигнала уровней черного и белого позволяет инженеру устранять неполадки качества изображения и быть уверенным, что оно соответствует требуемым стандартам. Для удобства вертикальная шкала монитора формы сигнала калибруется в единицах IRE .

• Механические осциллографы