Измерение амплитуды и временных параметров сигнала

В универсальных осциллографах используют метод измерения амплитуд сигналов с помощью масштабной сетки, помещенной на экране ЭЛТ. Цену деления сетки устанавливают с помощью калибратора амплитуды.

Иллюстрация данного метода измерения представлена на рисунке, где показаны периодические сигналы. Параметры импульсов определяют следующим образом: U_p = С_у l_У; U_p — размах (амплитуда импульса); | С_у| — цена деления сетки по вертикали, B/дел; Т = С_х L_x — период следования импульсов; τ _п = С_х l_Х — длительность импульса; | С_х| — цена деления сетки по горизонтали, с/дел; 1_У, L_x, l_x — выражены в делениях сетки.

Погрешность измерения амплитуды сигнала не ниже 3...5 %. Существуют методы повышения точности измерения амплитуды исследуемого сигнала, например компенсационные. Эти методы чаще всего применяют только в цифровых осциллографах, что позволяет получить численные значения параметров с погрешностью 1...2%.

В отличие от частотомеров и измерителей временных интервалов, с помощью осциллографов можно измерять параметры сигналов сложной временной структуры, например ступенчатых сигналов или сигналов кодовых последовательностей. Можно измерять параметры случайных и переходных процессов. Наиболее простым методом исследования является метод калиброванной развертки (калиброванных меток) (рис. 5.14). Реальная погрешность метода составляет порядка 10 % и зависит от количества меток.

Калибровочные метки известной частоты наносятся на изображение сигнала длительностью τ _и путем модуляции яркости луча, т.е. подачей на сетку ЭЛТ напряжения известной частоты ƒ _o, = 1/Т₀. При этом длительность сигнала τ _и = пТ₀, где п — количество калибровочных меток.

Остановимся на способе измерения частоты по интерференционным фигурам, называемым фигурами Лиссажу. Измерение основано на сравнении неизвестной частоты ƒ _х с известной частотой ƒ _о, воспроизводимой мерой. С этой целью колебания известной (образцовой) частоты ƒ _оподают на один вход осциллографа (например, Y). На вход X (при этом собственную развертку осциллографа отключают) поступают колебания измеряемой частоты ƒ _х. Частоту ƒ _о, образцового генератора подстраивают так, чтобы на экране осциллографа наблюдалась простейшая устойчивая фигура, примерные виды которой при разных фазовых сдвигах показаны в табл. 5.1. Форма фигур Лиссажу зависит от отношения частот т/п и начальных фаз сравниваемых колебаний.

Соотношение частот двух гармонических колебаний может быть определено как отношение числа точек пересечения фигуры Лиссажу т по вертикали к числу точек пересечения п по горизонтали. Например, из рис. 5.15 легко видеть, что это отношение равно:

fx/fo = m/n = 2/4 = 1/2. Отсюда измеряемую частоту определяют как: f_x=f₀/2.

Точность данного метода определения частоты гармонического колебания оказывается достаточно высокой и определяется стабильностью образцового генератора, однако получение и наблюдение таких фигур — достаточно сложная измерительная задача.