Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998), страница 70

Принцип получения изображения на экране ЭЛТ можно понять с помощью рис.8.26, где показаны кривые изменения напряжения и„, поступающего от генератора ГР (см. рис.8.25) на горизонтально отклоняющие пластины, и напряжения и . — входного напряжения, поступающего на вертикально отклоняющие пластины. При равных периодах изменения напряжений их и и, на экране ЭЛТ получим один период изменения и,. Если при нейзменном периоде напряжения и„уменьшить период входного сигнала и, например, в 2 раза, то на экране мы увидим два периода входного напряжения. Для пол. 1ения устойчивого изображения на экране необходимо, чтобы частота пилообразного напряжения ГР была кратна частоте входного сигнала.

Вхо нг нХ Вх Рис.8,25. Структурная схема электронно-лучевого осциллографа 369 и„ Рис 8 26 Принцип работы развертки ЗЛО Электронно-лучевой осциллограф может использоваться не только для наблюдения формы сигнала, но и для измерения параметров сигнала и параметров цепи. Измерение мгновенного значения напряжения. Измеряемое напряжение определяется непосредственно с помощью градуированной сетки экрана осциллографа, при использовании значений коэффициентов усиления усилителя вертикального отклонения, обозначенных на передней панели ЭЛО в милливольтах на сантиметр или в вольтах на сантиметр Измеренное амплитудное значение напряжения в вольтах равно произведению измеренного в сантиметрах по шкале экрана длины отрезка l, соответствующего амплитуде входного напряжения, и масштаба градуировки 1~, т е Г =й Этому способу измерения напряжения присуща погрешность отсчета — субъективная погрешность Для уменьшения ее используют двойную шкалу, нанесенную как с внутренней, так и с наружной стороны трубки или изготавливают безпараллаксные шкалы из прозрачного материала с линиями на двух сторонах Погрешность измерения напряжения этим способом находится на уровне 4 — 7"о Измерение частоты.

Наиболее распространенным является способ сравнения неизвестной частоты с эталонной по фигурам Лиссажу При этом измерении на вход усилителя у подается сигнал с измеряемой частотой ~;, а на вход Л вЂ” сигнал от генератора образцовой частоты А Когда частоты А и,~', близки по значению, на экране появляется изобра жение вращающегося эллипса, который становигся неподвижным пр" полном совпадении частот При кратном соотношении частот на экран~ появляется более сложная фигура (фигура Лисса ку) При этом частота сигнала, поданного на вход у ~частота ~, ), так относится к частот~ сигнала, поданного на вход Х (частота ~п ), как число точек касания " 370 касательной, проведенной к данной фигуре по горизонтали, относится к числу точек касания т касательной, проведенной по вертикали (рис 8.27), т.е.

/, и (8.22) 70 Искомая частота может быть определена также с помощью яркостных меток, получаемых за счет модуляции яркости луча осциллографа подачей сигнала образцовой частоты с использованием калибратора длительности 1~Д ~см.рис.8.25). Для проведения измерения необходимо на экране ЭЛО получить неподвижное изображение сигнала, на котором будут видны яркие метки с темными промежутками Зная количество меток за период исследуемого сигнала и частоту следования меток, можно определить частоту измеряемого сигнала.

Измерение сдвига фаз. Одним из методов измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными функциями является использование фигуры Лиссажу — метод эллипса. Пусть заданы два напряжения: и„= ~У яп (в1+ ~р), (8?3) и,= С~, яп (аз~). На входы Х и К осциллографа подаются напряжения и, и и . Если угол д ~ 0 или д ~л/2, то на экране осциллографа появляется эллипс (рис 8.28). При д = 0 на экране оудет прямая, а при у = л(2 — окружность, если коэффициенты усиления по каналам Х и У равны, т.е. к,=к~ Рис 8 27 Измерение частоты по фигуРам Лиссажу ~нс 8 28 Измерение сдвига фаз с Ъомощью ЭЛО 371 ! ! ~х ! ! С,! ! Рис.8.29. Схема измерения сопротив ления двухполюсника с помощьк! Э.ЧО Измеряя на экране ЭЛО отрезки Оа и Ос или аЬ и сЫ, можно опре делить значение -=~! у вх ф 2э) Активная и реактивная составляющие комплексного входного сопротивления вычисляются по формулам Л = = сов «р; Х = ".

яп «р (8.26) Кроме рассмотренного осциллографа, существуют и другие разновидности. Стробоскопические осциллографы. Используются для исследования оыстропротекающих процессов или очень коротких импульсов (периодически повторяющихся или искусственно превращаемых в периодическую последовательность). Стробоскопический метод осциллографирования позволяет значи тельно уменьшить скорость развертки по сравнению с той, которая тре буется при непосредственном наблюдении исследуемого импульса на 372 Оа Ы (8.24) Ос с«« Знак угла рассмотренный метод непосредственно определить не позволяет, но по наклону эллипса можно судить, находится ли угол в пределах от 0 до 90 или от 90' до 180'.

Измерение входного сопротивления двухполюсника. Измерение входного комплексного сопротивления любого двухполюсника сводится к измерению значения входного напряжения, тока и угла сдвига фаз между ними (рис.8.29). Перед началом измерения необходимо отключить генератор развертки и установить луч в центре экрана. Целесообразно также провести уравнивание коэффициентов усиления по каналам Х и У. Далее измеряют напряжение ио на образцовом резисторе Ко и, зная сопротивление последнего, вычисляют входной ток.

Аналогично измеряют напряжение и „. Затем известным способом измеряют угол сдвига фаз «р между ио и и,„. Модуль комплексного сопротивления ' определяют как скоростном осциллографе. Скорость развертки удается уменьшить, трансформируя масштаб времени. На экране осциллографа появляется изображение, по форме подобное исследуемому сигналу, но в увеличенном временном масштабе.

При этом роль переносчиков информации играют короткие стробирующие импульсы, длительность которых значительно меньше длительности исследуемого импульса. Стробоскопические осциллографы позволяют, не применяя специальных ЭЛТ, получить эквивалентную полосу пропускания осциллографа порядка сотен и тысяч мегагерц при фактической полосе пропускания усилителя вертикального отклонения в десятки килогерц или единицы мегагерц.

Запоминающие осциллографы могут быть аналоговые, со специально запоминающими ЭЛТ, и цифровые, выполняемые на обычных ЭЛТ. В аналоговых ЭЛО применяют запоминающие ЭЛТ с видимым изображением. Записываемый сигнал хранится в форме потенциального рельефа и может быть в последствии воспроизведен путем считывания рельефа электронньп лучом. Достоинством аналоговых осциллографов является широкий частотный диапазон исследуемых сигналов. Цифровые запоминающие осциллографы имеют свои преимущества: практически неограниченное время хранения информации, широкие пределы изменения скорости считывания, возможность замедленного воспроизведения отдельных участков запомненной осциллограммы, простота управления, вывод информации в цифровой форме на ЭВМ или обработка ее внутри осциллографа. Вопрос 8.9.

Для чего используются электронно-лучевые осциллографы? Варианты ответа 8.9.! . Для коррекции формы входного сигнала. 8.9.2. Для получения сигналов специальной формы. 8.9.3. Для наблюдения, измерения и регистрации электрических сигналов. 8.7. АНАЛИЗАТОРЫ СПЕКТРА, ИЗМЕРИТЕЛИ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ При изучении электрических сигналов применяют временные и спектральные методы анализа. Исследование сигналов во времени производят, как правило, с помощью ЭЛО, а исследование спектров сигналов, т.е.

зависимость амплитуд гармонических составляющих от частоты, выполняют с помощью анализаторов спектра или гармоник Анализ спектра обычно производится последовательным или параллельным способом. Первый способ реализуется схемами, изображенными на рис. 8.30. 373 Рис 8 30 Структурные схемы анализатора спектра последовательного действия В первой схеме (рис 8 30,а) усиленное напряжение и, поступает на фильтр Ф, последовательно настраиваемый на частоту первой, вто рой и т д гармоник, и измеряется вольтметром действующего значе ния Такая схема используется, например, в анализаторе гармоник С4-7 диапазон частот 20 Гц — 20 кГц, пределы измерения напряже ний 10 м — 3 В, основная погрешность + 5%, погрешность измере ния частоты + 3% Во второй схеме (см рис 8 30,б) применен генератор с регулируемой частотой (гетеродин) Лнализируемое напряжение и„поступает на смеситель См, на второй вход которого поступает напряжение генератора и, Иа выходе См образуются смешанные частоты, в том числе и разностная Сигнал разностной частоты поступает на узкополосный фильтр Ф и далее измеряется вольтметром ~' Частота гармоники определяется по частоте гетеродина В качестве фильтрующих элементов выбирают кварцевые резонагоры, отличающиеся высокой добротностью Эти приборы применимы для исследования периодических процессов — ими нельзя анализировать одиночные импульсы По второй схеме выполнен, например, анализатор С5-1 диапазон частот 100 Гц — 20 кГц, пределы измерения напряжений 100 мк — 100 В, основная погрешность+ 3% Анализаторы спектра параллельного действия (рис 8 31) применяются для анализа высокочастотных колебаний и одиночных импульсов Исследуемый сигнал и„поступает на фильтры Ф~ — Ф„, настроенные на различные частот 1 Сигналы далее через выпрямители З~ — В, коммутатор К, усилитель у поступают на вертикально отклоняющи~ пластины ЭЛТ На горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ поступает напряжение с генератора развертки ГР, работа которого синхронизирована с работой коммутатора и управляется тактовым генератором Г В результате на экране за период развертки возникаю~ импульсы, расстояние между которыми пропорционально частотно му ин гервалу между гармониками Амплитуда пропорциональна спек тральной плотности А(вз) сигнала на соответствующей частоте, те воспроизводится спектр исследуемого си|нала 374 Рис 8 31 Структурная схема анализатора спектра параллельного действия Рис 8 32 Структурная схема измерителя нелинейных искажений Для оценки отличия от синусоидальной формы выпускают измерители нелинейных искажений Искажения характеризуются коэффициентом гармоник К, и коэффициентом нелинейных искажений К„Можно показать связь между ними К, = К„/4- К„2 (так при К„<10% различие их <1 %) Схема измерителя нелинейных искажений показана на рис 8 32 Здесь Г' вольтметр действующего значения, ЗФ вЂ” заградительный фильтр, подавляющий основную гармонику.