Дослідження форми електричних сигналів (стр. 1 )

ДОСЛІДЖЕННЯ ФОРМИ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ

1.  Класифікація й характеристики електронно-променевих осцилографів

2.  Електронно-променева трубка й принцип дії електронного осцилографа

3.  Структурна схема осцилографа

4.  Осцилографічні виміри

5.  Цифрові осцилографи

1. Класифікація й характеристики електронно-променевих осцилографів

Прилади, призначені для візуального спостереження, вимірювання й реєстрації електричних сигналів, називають осцилографами. Осцилографи знаходять широке застосування в різних областях людської діяльності. При експлуатації радіоелектронних, засобів розповсюдження отримали електронно-променеві осцилографи.

Електронно-променеві осцилографи відносять відповідно до стандарту до підгрупи С и по функціональному призначенню ділять на наступні види: С1 - універсальні; С2- швидкісні й стробоскопічні; С8 - запам'ятовувальні; С9 - спеціальні. Крім того, виділяють осцилографи багатопроменеві, багатоканальні

(двоканальні) і цифрові.

В електронно-променевих (електронних) осцилографах для спостереження й виміру параметрів сигналу використовують екран електронно-променевої трубки. В основу роботи такого осцилографа покладений принцип керування електронним променем трубки самим досліджуваним сигналом.

Універсальні електронні осцилографи мають більші можливості. Вони дозволяють спостерігати параметри різних сигналів у широкому діапазоні рівнів (від часток мілівольтів до сотень вольтів) і частот (до десятків мегагерц). В універсальних осцилографах досліджуваний сигнал звичайно подається через канал вертикального відхилення на вертикально, що відхиляють пластини, а розгорнення зображення здійснюється через пластини горизонтального відхилення за рахунок використання сигналу розгорнення.

Швидкісні осцилографи відрізняються від універсальних наявністю вузлів, що забезпечують спостереження імпульсних сигналів наносекундної тривалості. Такими вузлами є спеціальний генератор розгорнення, електронна трубка з вертикально відхиляючою системою, типу «бігуча хвиля». Смуга пропускання таких осцилографів становить кілька сотень мегагерц.

Стробоскопічні осцилографи, як і швидкісні, забезпечують спостереження коротких імпульсів (від часток наносекунд до одиниць мікросекунд), однак у цьому випадку не потрібне застосування спеціальних електронно-променевих трубок. Ефект досягається за рахунок одержання широкої еквівалентної смуги пропускання (тисячі мегагерц). Зображення досліджуваного імпульсу на екрані електронної трубки стробоскопічного осцилографа виходить шляхом дискретизації сигналу. Виробляється зчитування окремих дискретних значень досліджуваного повторюваного сигналу, і він відтворюється на екрані у вигляді сукупності крапок що світяться, утворять осцилограму.

Запам'ятовувальні осцилографи мають здатність зберігати зображення сигналів протягом тривалого часу й тому зручні для дослідження однократних і рідко повторюваних сигналів. Такий ефект досягається завдяки застосуванню спеціальних електронно-променевих трубок з накопиченням заряду.

Спеціальні осцилографи призначені для спостереження складних за складом сигналів, наприклад телевізійних.

Багатопроменеві осцилографи на відміну від однопроменевих забезпечують спостереження одночасно декількох процесів. Електронно-променева трубка в таких осцилографах має особливу конструкцію, що складається з декількох електронно-оптичних систем і декількох систем відхиляючих.

Для одночасного дослідження двох і більше сигналів використовують також багатоканальні осцилографи. У таких осцилографах у тракт вертикального відхилення вбудовують багатоканальний електронний комутатор, що забезпечує одержання зображення декількох сигналів на однопроменевій трубці при послідовному підключенні цих сигналів до тракту вертикального відхилення.

Окремі типи й види осцилографів мають свої специфічні характеристики. Разом з тим більшість осцилографів мають загальні характеристики, які дозволяють зіставляти осцилографи між собою й вибирати потрібні для проведення досліджень. Розглянемо основні характеристики осцилографів.

Коефіцієнт відхилення - параметр, що характеризує підсилювальні властивості каналу вертикального відхилення осцилографа. визначається відношенням напруги вхідного сигналу до відхилення променя, викликаному цією напругою:

. (1)

Відхилення променя оцінюється в одиницях довжини або в розподілах сітки екрана осцилографа. Універсальні осцилографи мають від десятків мікровольт до десятків вольт на розподіл (10мкВ/дел.. ...10 В/дел). Величину, зворотну називають чутливістю

.

Таким чином, якщо визначає кількість вольтів, необхідних для відхилення лучачи на один сантиметр або на один розподіл, то визначає величину відхилення світної плями в сантиметрах при подачі на вхід напруги величиною 1 В.

Коефіцієнт розгортки — відношення інтервалу часу до відхилення променями , викликаному напругою розгорнення за цей час:

. (2)

Інакше кажучи, коефіцієнтом розгорнення визначається час, необхідне для пробігу променем шляхи в один розподіл (1 см.) уздовж осі. оцінюється відношенням одиниці часу до одиниці довжини або до розподілу сітки екрана осцилографа [с/см], [з/дел].

Звичайно осцилографи мають широкий діапазон зміни коефіцієнта розгортання. Універсальні осцилографи характеризуються коефіцієнтом розгорнення від 10 с/см до 10 нс/см.

Замість коефіцієнта розгорнення часто використовують поняття «швидкість розгортання»

В універсальних осцилографах швидкість розгорнення змінюється від одиниць сантиметрів до десятків кілометрів у секунду.

Вхідний опір осцилографа вносить додаткову погрішність виміру. Щоб погрішність була досить мала, необхідно забезпечити, щоб було значно більше вихідного опору джерела сигналу . Звичайно .

Вхідна ємність осцилографа . Як і , вхідна ємність вносить додаткову погрішність. і вихідний опір джерела сигналу утворять ланцюг з постійної часу , що подовжує фронт сигналу до :

. (3)

Вхідна ємність осцилографа досягає 40...50 пФ, а із з’єднувальним кабелем перевищує 100 пФ.

Смуга пропускання — діапазон частот, у межах якого коефіцієнт відхилення змінюється не більше ніж на 3 дБ щодо його значення на деякій середній частоті. Для універсальних осцилографів верхня частота досягає десятків мегагерц, а для швидкісних - сотень мегагерц.

Варто мати на увазі, що при малому коефіцієнті відхилення і нижче) і широкій смузі пропущення росте рівень шумів, що утрудняє вивчення слабких сигналів.

Перехідна характеристика (ПХ) — це зміна миттєвих значень напруг у часі при подачі на вхід стрибка напруги.

Основні параметри перехідної характеристики показані на рис. 1. На рисунку (ПХ) — час наростання ПХ — це проміжок часу, при якому сигнал наростає від 0,1 до 0,9 сталого значення; — час установлення ПХ — це проміжок часу, при якому сигнал наростає від 0,1 до сталого значення; — висота (амплітуда) викиду ПХ.