Осц. частота стр.189-207 (Раздаточные материалы)

В цифровых осциллографах отображение результата измере­ния осуществляют тремя способами:

• параллельно с наблюдением изображения сигнала на экране, его численные параметры высвечиваются на табло;

• оператор подводит к изображению сигнала на экране световые метки так, чтобы отметить измеряемый параметр, и по цифре на соответствующей регулировке определяет величину интересующего параметра;

• используют специальные индикаторы и растровый метод формирования изображения исследуемых сигналов и цифровой информации.

В современных цифровых осциллографах автоматически ус­танавливают оптимальные размеры изображения на экране труб­ки. Ниже приводятся параметры современного цифрового авто­матизированного осциллографа, который является характерным представителем этого класса приборов.

Структурная схема цифрового осциллографа содержит: атте­нюатор входного сигнала; усилители вертикального и горизонталь­ного отклонения; измерители амплитуды и временных интервалов; интерфейсы сигнала и измерителей; микропроцессорный контрол­лер; генератор развертки; схему синхронизации и электронно­лучевую трубку.

Технические характеристики типового современного цифро­вого осциллографа:

полоса пропускания 0... 100 МГц;

размер экрана 80 х 100 мм;

погрешность цифровых измерений 2...3 %.

Функциональные возможности: автоматическая установка размеров изображения; автоматическая синхронизация; разност­ные измерения между двумя метками; автоматическое измерение размаха, максимума и минимума амплитуды сигналов, периода, длительности, паузы, фронта и спада импульсов; вход в канал общего пользования.

Из структурной схемы, представленной на рис. 5.17, видно, что амплитудные и временные параметры исследуемого сигнала определяют с помощью встроенных в прибор измерителей. На основании данных измерений микропроцессорный контроллер производит вычисление требуемых коэффициентов отклонения

и развертки и через интерфейс устанавливает эти коэффициенты в аппаратной части каналов вертикального и горизонтально­го отклонения. Это обеспечивает неизменные размеры изобра­жения по вертикали и горизонтали, а также автоматическую синхронизацию сигнала. Микропроцессорный контроллер также опрашивает положение органов управления на передней панели, и данные опроса после кодирования снова поступают в контрол­лер, который через интерфейс включает соответствующий режим автоматического измерения. Результаты измерений индицируют на отдельном световом табло (оно может быть встроено в экран трубки), причем амплитудные и временные параметры сигнала отображают одновременно.

Контрольные вопросы

1. Для каких целей применяют осциллографы?

2. Какие блоки входят в состав структурной схемы универсального осциллографа? Их назначение?

3. Для чего применяют синхронизацию разверток осциллографа?

4. Перечислите основные типы синхронизации.

5. Для каких целей в осциллографах применяют калибраторы амплитуды?

6. Каково назначение линейно-изменяющегося напряжения, подаваемого на горизонтальные пластины?

7. Устройство, принцип действия, основные параметры и характеристики ЭЛТ.

8. Принцип действия, параметры и основные режимы работы запоминающего осциллографа.

9. Каковы особенности осциллографирования импульсов наносекундной длительности?

10. В чем заключается принцип стробоскопического осциллографирования быстротекущих процессов?

11. Основные требования, предъявляемые к «развертывающему» напряжению.

12. Как работает генератор пилообразного напряжения?

13. Перечислите основные виды разверток.

14. Когда используют линейную развертку? Как осуществляют круговую развертку?

15. Как измеряют амплитуду сигналов с помощью осциллографа?

16. Как осуществляют измерение временных интервалов с помощью калиброванной развертки и яркостных меток?

17. Как проводят измерение частоты сигнала методом фигур Лиссажу?

18. Какие требования предъявляют к осциллографу при измерении импульсных сигналов?

19. Поясните принцип построения цифровых осциллографов.

20. Из каких основных узлов состоит цифровой осциллограф?

21. Назовите основные параметры и характеристики современного цифрового осциллографа.

Глава 6

ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ И ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ

6.1. Общие сведения

Частота f или период Т относятся к основным параметрам любого гармонического или периодического процесса. В общем случае под частотой понимают число идентичных событий, происходящих за единицу времени. Для периодических, но не гармонических колебаний строго справедливо лишь понятие пе­риода. Однако и в этом случае часто говорят о частоте, понимая под этим величину, обратную периоду.

Единица циклической частоты f — герц (Гц) — соответст­вует одному колебанию за 1 с. Исторически в радиотехнике высокие частоты принято обозначать буквой f, а
низкие — F.

Известно, что гармонический сигнал записывается в сле­дующем виде:

, (6.1)

где U_m — амплитуда; — угловая (круговая) частота; — на­чальная фаза; — полная (текущая, мгновенная) фаза.

Угловая частота выражается в рад/с и равна измене­нию текущей фазы сигнала за единицу времени (секунду). Угловая частота записывается для высоких и низких частот соот­ветственно как и . Для гармонических сигналов частоту определяют числом переходов через ось времени (т.е. че­рез нуль) за единицу времени.

При непостоянстве частоты используется понятие мгновен­ной угловой частоты , где — мгновен­ная циклическая частота. В настоящем разделе при описании методов измерения частоты имеется в виду ее среднее значение за время измерения. Различают также долговременную и кратковременную нестабильности частоты, связанные соответственно с постоянным изменением частоты за длительный и короткий интер­валы времени и с ее флуктуационными изменениями. Граница между этими нестабильностями условна и задается путем указания времени измерения.

Интервал времени — время, прошедшее между моментами двух последовательных событий. К числу таких интервалов отно­сятся, например, период колебаний, длительность импульса или интервала, определяемая разносом по времени двух импульсов.

Периодом Т называют интервал времени, через который ре­гулярно повторяются мгновенные значения гармонического или периодического сигнала u(t). Отсюда следует, что , где п = 1, 2, 3, ... . Для гармонического сигнала, например для , период колебания Т можно также определить, как интервал времени, в течение которого фаза сигнала (в радианах) изменяется на .

Частота и период любого периодического колебания Т связаны формулой , и поэтому измерение одной величины можно заменить другой. На практике чаще измеряют частоту.

Аппаратура для частотно-временных измерений образует еди­ный комплекс приборов, обеспечивающий возможность проведения измерений с непосредственной их привязкой к Государственному эталону частоты и времени. Это фактически гарантирует возмож­ность принципиально высокой точности измерений.

Основными измерительными приборами и средствами час­тотно-временных измерений являются осциллографы, частотоме­ры резонансные, цифровые измерители частоты и интервалов времени пр.

Базой для частотно-временных измерений служит группа Государственных стандартов частоты — высокоточных мер частоты и времени, объединяющая рубидиевый, цезиевый, водородный и кварцевый стандарты. Привязку к ним практических измерений осуществляют приемниками сигналов эталонных частот, переда­ваемых радиостанциями Государственной службы частот и вре­мени, а также компараторами и преобразователями частоты сигнала, применяемые для переноса частоты или спектра сигнала в диапазон частот, где более целесообразно проводить измерение.

В зависимости от участка частотного спектра и допустимой погрешности для измерения частоты используют различные спо­собы и приемы измерения, основанные на методах сравнения и не­посредственной оценки.

В методах сравнения (резонансный, гетеродинный и осциллографический) измеряемую частоту сравнивают с частотой ис­точника образцовых колебаний. Эти методы применяют в основ­ном для градуировки генераторов измерительных приборов. Для их реализации необходим образцовый генератор более высокой точности и устройство сравнения (сличения) частот.

К осциллографическим методам относят:

• определение частоты методом фигур Лиссажу;

• определение интервалов времени (периода, длительности импульса или пачки импульсов и т.д.) с использованием калиброванной развертки осциллографа;

• определение частоты с помощью яркостных меток на круговой развертке.

Первые два из этих методов рассмотрены в гл. 5. Третий реализуется при условии, что неизвестная частота f_x больше образцовой f₀ в целое число раз. Круговая развертка создается при под­ведении к входам Y и X осциллографа гармонических сигналов образцовой частоты f₀, сдвинутых взаимно по фазе на 90°. Подавая гармонический сигнал с измеряемой частотой f_x на вход Z модуляции яркости луча осциллографа и регулируя частоту f₀, можно получить практически непод­вижную модулированную по яр­кости круговую развертку (рис. 6.1). Если N — число ярких дуг (или темных промежутков между дуга­ми) на круговой развертке, то часто­та f₀ = Nf₀ (см. рис. 6.1 ,. f₀ = 8 f₀).