Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Рассмотрим первую группу параметров, для чего предварительно проанализируем некоторые возможные искажения изображения сигнала на экране осциллографа. На рнс. 6.15, а — г приведены характерные искажения изображения прямоугольного импульса, вызванные ограниченной полосой пропускания канала у: увеличение длительностей Фронта и среза импульса (рис. 6.15,а); появление выброса на плоской части изображения импульса (рис. 6.15, б) и паразитных асцилляций (рис. 6.15, в); спад вершины импульса (рис. 6.15, г). Первые два вида искажений проявляются в случае ограниченной полосы пропускания канала у со стороны верхних частот (недостаточное быстродействие осциллографа) при различной форме амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).
Спад вершины импульсов характерен для сигналов большой длительности, поданных ' на закрытый вход осциллографа; искажение возникает из-за ограниченной полосы пропускания со стороны низких частот. Устранение спада вершины сводится к переключению канала У на открытый вход, что не всегда возможно. Быстродействие осциллографа принято характеризовать величинами, описывающими форму его переходной характеристики.
Переходную харайтеристику (ПХ) осциллографа (канала У) 'характеризуют изображением единичного скачка напряжения (рис. 6.16). К ее параметрам относят время нарастания т,,— интервал, в течение которого луч проходит от О,И до 0,9 от установившегося значения переходной характеристики. Плоская часть ПХ может быть с ныбросом или с осцилляциями; в этих случаях используют дополнительные параметры: время установления тт, отсчитываемое от уровня 0,1 до момента уменьшения осцилляций до заданного уровня, выброс б. Время нарастания — основной параметр канала У осциллографа.
Для исследования кратковременных сигналов,необходим осциллограф, имеющий время нарастания не более 0,3 от длительности сигнала. В случае импульсных сигналов длительность фронта тф определяется через измеренную на экране осциллографа величину с, следующим соотношением: т„, — т„. 2 2 (6.6) Частотные свойства осциллографа описываются параметрами его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) — зависимости размера изображения гармонического сигнала от его частоты.
АЧХ характеризуют полосой пропускания, определяемой верхней граничной частоты („ отсчитываемой по уровню 0,707 от значения АЧХ на низких частотах. Значение )э связано с временем нарастания следующей зависимостью: (6.9) 7;=350/т„', где Ь вЂ” в МГц, та — в,нс. Среди других параметров отметим нормальный диапазон АЧХ, в пределах которого неравномерность АЧХ не превышает погрешности измерения напряжения для данного осциллографа. Этот параметр опрсдсляет частотные границы измерения амплитуд гармонических сигналов с заданной точностью. Специфическим видом искажений является воспроизведение иа экране осциллографа собственных шумов усилителя У.
При этом линия развертки получается размытой и наблюдение сигнала и измерение его параметров затруднено илн,невозможно. Уровень собственных шумов определяет максимальную чувствительность осциллографа — параметр, численно выражаемый минимальным коэффициентом отклонения, при котором возможны измерения с заданной точностью.
Собственнтхе шумы проявляются сильнее в широкополосных каналах У, поэтому высокочувствительные осциллографы, как правило, узкополосны. 5 — 1928 '!29 Кроме линейных в осциллографах проявляются и нелинейные искажения изображения, вызванные отсутствием пропорциональности отклонения луча и значения приложенного напряжения сигнала. Нелинейные искажения имеют место также при отличии напряжения развертки от линейно нарастающего. Нелинейность отклонения и развертки являются дополнительными параметрами осциллографа.
2. Параметры, определяющие точность измерений, связаны с характеристиками примененной в осциллографе ЭЛТ и качеством дополнительных устройств, входящих в осциллограф'. Согласно ГОСТУ, осциллографы разделяют на четыре класса точности измерения напряжения и временнйх интервалов. Наиболее точные осциллографы первого класса имеют основную погрешность измерения напряжения и временнйх интервалов не более Зе~а, второго и третьего классов — соответственно 5 и 10е~е, наиболее простые и дешевые приборы относятся к четвертому классу (погрешность до 12%). Точность измерений зависит от размеров рабочей части экрана„ширины луча и указывается для случая, когда размеры изображения составляют не менее 30% от размера экрана. Важное значение имеет точность калибрационных сигналов — их параметры входят в число параметров осциллографа.
3. Эксплуатационные параметры осциллографа показывают области использования прибора. К ним относят размеры и массу осциллографа, его функциональные возможности, параметры каналов у, Х и я, определяющие влияние осциллографа на источник сигнала при его подключении. Как правило, указывают входное сопротивление и входную емкость прибора. й 6.4. Техника осциллографических измерений Измерение амплитуды напряжения и временнйх интервалов — основные процессы, выполняемые с помощью осциллографа. Для отсчета значений этих величин применяют метод калиброванных шкал, компенсационный и метод сравнения. Метод калиброванных шкал применяют для измерения параметров сигнала на прямоугольной шкале — сетке, имеющей равноотстоящие вертикальные и горизонтальные линии.
Как правило, предусматривается регулируемая подсветка шкалы, улучшающая условия измерения. Размеры шкалы согласованы с рабочей площадью экрана ЭЛТ; коэффициенты отклонения и развертки (масштабные коэффициенты) приводятся по отношению к делению шкалы. Процесс измерения заключается в подсчете числа делений шкалы, укладывающихся в интересуюший интервал. Перевод в значения напряжения и длительности осуществляется домножением измеренной величины на масштабный коэффициент (с учетом множителя растяжки). Для достижения минимальных погрешностей нужно стремиться к тому, чтобы изображение исследуемого сигнала занимало 80— 90$ рабочей площади экрана.
В этом случае можно уменьшить по- грешность измерений в 1,5 — 2 раза по сравнению с паспортной погрешностью используемого осциллографа. Для успешного применения метода калиброванных шкал перед измерениями следует произвести калибровку осциллографа, т. е. проверку значений масштабных коэффициентов, и при необходимости — их корректировку. Сигналы от калибраторов осциллографа подают на вход канала У.
Размеры изображения сравнивают с установленным масштабом. Если наблюдается расхождение между точно известными параметрами калибрационных сигналов и измеренными по шкале, то с помощью плавных регулировок усиления канала у и длительности развертки устанавливают необходимое соответствие. Метод калиброванных шкал является основным методом измерений для большинства осциллографов; точность осциллографа обычно указывается применительно к данному методу. Компенсационный метод позволяет увеличить точность измерения и применяется в осциллографах, содержащих усилитель у с дифференциальными входами и генератор двойной развертки. Сущность метода состоит в компенсации измеряемой величины образцовой.
При этом изображение на экране используется как нуль- индикатор. Выигрыш в точности здесь достигается исключением большинства погрешностей, связанных с нелинейностью отклонения и развертки, геометрическими искажениями ЭЛТ, параллаксом, дискретностью шкалы и пр. Измерение амплитуд компенсационным методом производят в осциллографах с дифференциальными входами. На второй (инвертирующий) вход подают постоянное (опорное) напряжение от плавно регулируемого источника.
Это может быть калибратор осциллографа или внешний источник, параметры которого известны или могут быть измерены (например, с помощью цифрового вольтметра). Изменением опорного напряжения производят совмешение минимального уровня сигнала с какой-либо горизонтальной риекой шкалы. Значение опорного напряжения фиксируют. Затем совмешают с этой же риекой максимальный уровень сигнала. Разность в значениях опорного напряжения равна амплитуде сигнала. Компенсационный метод измерения длительности реализуют в осциллографах с двойной разверткой.
При этом используют калиброванную задержку второй развертки. Осциллограф устанавливают в режим работы с задержанной разверткой и регулировкой задержки, передний фронт сигнала совмещают с вертикальной риекой шкалы. Затем производят совмещение заднего фронта сигнала с этой же риекой. Разность значений задержки в том и другом случаях равна длительности импульса. Метод сравнения измеряемой величины с образцовой реализован в осциллографе С1-40. Для этого с помощью электронных коммутаторов на экране вместе с сигналом формируют две светящиеся точки, положение' которых в пределах экрана может независимо регулироваться. Расстояние между точками по вертикали является образцовым для измерения напряжения, по горизонтали — для нз- зФ 131 мерения длительности; значения образцовых величин считывают с органов регулировки положения точек.
Процесс измерения заклю-. чается в совмещении точек с интересующим размером изображения. Таким образом, сравнение измеряемой и образцовой величин производят непосредственно на экране без использования шкалы. Это позволяет получить погрешность измерения не хуже 2Ъ. В качестве примера использования метода калиброванных шкал рассмотрим измерение параметров прямоугольных импульсов.
Размер изображения импульса устанавливается так, чтобы его амплитуда 'занимала всю шкалу. При этом калибровка по оси У может не соблюдаться. Затем производится отсчет длительностей фронта тф и среза тор и длительности импульса т в делениях шка- а~ ф лы, причем тр и тор измеряют меж- ду уровнями 0,1 и 0,9, а тн — по Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
