Генератор временной развертки (также временная развертка или временная база ) — это особый тип генератора функций , электронная схема, которая генерирует изменяющееся напряжение для получения определенной формы сигнала . Генераторы временной развертки производят пилообразные волны очень высокой частоты, специально разработанные для плавного отклонения луча электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) по поверхности трубки и последующего возврата его в исходное положение.
Временные базы используются радиолокационными системами для определения дальности до цели путем сравнения текущего местоположения вдоль временной базы со временем прибытия радиоэхо. Аналоговые телевизионные системы, использующие ЭЛТ, имели две временные базы, одну для отклонения луча по горизонтали в быстром движении, а другую для его перемещения по экрану 60 раз в секунду. Осциллографы часто имеют несколько временных баз, но они могут быть более гибкими генераторами функций, способными производить множество форм сигналов, а также простую временную базу.
Электронно -лучевая трубка (ЭЛТ) состоит из трех основных частей: электронной пушки , которая обеспечивает поток ускоренных электронов , покрытого люминофором экрана, который загорается, когда электроны попадают в него, и отклоняющих пластин, которые используют магнитные или электрические поля для отклонения электронов в полете и позволяют направлять их вокруг экрана. Именно способность электронного потока быстро перемещаться с помощью отклоняющих пластин позволяет использовать ЭЛТ для отображения очень быстрых сигналов, таких как телевизионный сигнал, или для радиопеленгации (см. huff-duff ).
Многие сигналы, представляющие интерес, со временем изменяются с очень большой скоростью, но имеют базовую периодическую природу. Например, радиосигналы имеют базовую частоту, несущую , которая образует основу сигнала. Звуки модулируются в несущую путем изменения сигнала, либо по амплитуде (AM) , либо по частоте (FM), либо аналогичными методами. Чтобы отобразить такой сигнал на осциллографе для исследования, желательно, чтобы электронный луч перемещался по экрану так, чтобы электронный луч циклически повторялся на той же частоте, что и несущая, или на частоте, кратной этой базовой частоте.
Для этого и предназначен генератор временной развертки, который крепится к одной из отклоняющих пластин, обычно к оси X, в то время как усиленный выходной сигнал радиосигнала передается на другую ось, обычно Y. Результатом является визуальное воссоздание исходной формы волны.
Типичная радиолокационная система передает короткий импульс радиосигнала, а затем прослушивает эхо от удаленных объектов. Поскольку сигнал распространяется со скоростью света и должен пройти путь 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 два (туда и обратно). Поскольку этот процесс происходит очень быстро, для отображения сигнала и поиска эхо используется ЭЛТ.
В простейшей версии дисплея радара , сегодня известной как «A-scope», генератор временной развертки разворачивает дисплей по экрану так, чтобы он достигал одной стороны в то время, когда сигнал прошел максимальное эффективное расстояние радара. Например, радар раннего предупреждения, такой как Chain Home (CH), может иметь максимальную дальность 150 километров (93 мили), расстояние, которое свет пройдет туда и обратно за 1 миллисекунду. Это будет использоваться с генератором временной развертки, который проводит луч через ЭЛТ раз в миллисекунду, начиная развертку, когда заканчивается сигнал вещания. Любые эхо заставляют луч отклоняться вниз (в случае CH) по мере его перемещения по дисплею.
Измеряя физическое местоположение "отметки" на ЭЛТ, можно определить дальность до цели. Например, если конкретный радар имеет временную базу 1 миллисекунду, то его максимальная дальность составляет 150 км. Если это отображается на четырехдюймовой ЭЛТ и измеренная отметка находится на расстоянии 2 дюймов от левой стороны, то цель находится на расстоянии 0,5 миллисекунды или около 75 километров (47 миль).
Чтобы гарантировать, что отметки будут правильно выровнены с механической шкалой, временная база может быть настроена так, чтобы начать ее развертку в определенное время. Это может быть настроено вручную или автоматически запущено другим сигналом, обычно сильно ослабленной версией вещательного сигнала.
Более поздние системы модифицировали временную базу, включив второй сигнал, который периодически производил вспышки на дисплее, обеспечивая тактовый сигнал, который менялся вместе с временной базой и, таким образом, не нуждался в выравнивании. В терминологии Великобритании они были известны как стробоскопы .
Телевизионные сигналы состоят из серии неподвижных изображений, транслируемых последовательно, в стандарте NTSC такой «кадр» транслируется 30 раз в секунду. Каждый кадр сам по себе разбит на серию «строк», 525 в стандарте NTSC. Если исследовать телевизионную передачу на осциллографе, то она покажется непрерывной последовательностью модулированных сигналов, прерываемых короткими периодами «пустого» сигнала. Каждая модулированная часть несет аналоговое изображение для одной строки.
Для отображения сигнала используются две временные базы. Одна развертка луча по горизонтали слева направо со скоростью 15 750 раз в секунду, время, необходимое для отправки одной строки. Вторая временная база заставляет луч сканировать экран 60 раз в секунду, так что каждая строка появляется под последней нарисованной, а затем возвращается наверх. Это заставляет весь сигнал из 525 строк отрисовываться по экрану, воссоздавая двумерное изображение.
Чтобы гарантировать, что временная база начала свою развертку экрана в нужное время, сигнал включал несколько специальных модуляций. В каждой строке был короткий период, «переднее крыльцо» и «заднее крыльцо», которые заставляли сигнал на короткое время становиться отрицательным. Это запускало горизонтальную временную базу, чтобы начать свою развертку по экрану, гарантируя, что строки начинаются слева от дисплея. Гораздо более длинный, но в остальном похожий сигнал, вертикальный интервал гашения заставлял вертикальную временную базу начинать работу, а любая длительная задержка приводила к срабатыванию временной базы.