Цифровой осциллограф: назначение, структурная схема, принцип действия

Предназначен для визуального наблюдения электрических сигналов и измерения их параметров. Он отличается большим входным сопротивлением, высокой чувствительностью, пренебренежимо малой инерционностью и универсальностью.

Познакомимся с устройством и особенностями работы цифрового осциллографа на примере двухлучевого осциллографа С9-8. На рис. 1 представлена его блок-схема. Исследуемый сигнал поступает на вход усилителя (усилителя А или усилителя Б), далее преобразуется в цифровой код аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и в цифровом виде запоминается блоком памяти (ЗУ). Информация из памяти может быть «высвечена» в виде привычной осциллограммы на дисплее прибора (дисплей ЭЛТ). Имеется возможность независимого масштабирования по амплитуде и времени, что позволяет выводить на экран как весь записанный в память сигнал, так и отдельные временные фрагменты.

Рис. 1. Блок-схема цифрового осциллографа

С помощью системы маркеров на дисплей осциллографа выводятся численные значения времени и напряжения в выбранных на экране точках осциллограммы. Всеми узлами прибора управляет встроенная ЭВМ (микропроцессор).

Цифровой осциллограф кроме штатных сервисных удобств электронно-лучевых осциллографов (ждущий запуск, внешняя синхронизация, задержка запуска, многоканальность и т.д.) имеет свои, присущие только ему, возможности: цифровой отсчет и неограниченное время хранения информации, одновременное расположение в памяти нескольких осциллограмм, программное управление и возможность математической обработки полученных данных внешними ЭВМ и т.п. В частности, одним из пользовательских удобств является так называемая «антизадержка» (или опережение), т.е. развертку осциллографа по внешнему запуску (или в ждущем режиме) можно как бы запустить за некоторое время до прихода запуска. Такой «прием» осуществляется благодаря возможности циклической непрерывной записи поступающих данных в память осциллографа, и сигнал запуска является в действительности сигналом «стоп» с определенной задержкой. Поясним это несколько подробнее. Если для записи данных в цифровом осциллографе имеется М ячеек памяти (С9-8 содержит 2048 ячеек памяти), а время между отдельными измерениями при оцифровке сигнала t (период дискретизации АЦП), то можно запомнить осциллограмму длительностью до Mt. В режиме непрерывной циклической записи поступающая информация записывается вначале в ячейку N1, затем в N2, далее в N3... в N(m – l), в Nm; затем снова в N1, далее в N2 и т.д., пока включен этот режим. Следовательно, при непрерывной циклической записи в любой момент времени Т в памяти находится осциллограмма сигнала, последовательно от момента времени (Т – Mt) до Т. Антизадержка запуска реализуется следующим образом. При включении осциллографа в ждущем режиме включается непрерывная циклическая запись в память оцифрованных входных напряжений с установленными интервалами дискретизации t и ожидается синхроимпульс для «запуска» развертки. После прихода импульса синхронизации в момент времени Т0 можно продолжить запись в течение tраз(tраз < Mt), при этом в памяти прибора окажется осциллограмма от момента времени T0 – (Mt – tраз) до Т0+Траз т.е. реализуется опережение запуска развертки по отношению к моменту прихода синхроимпульса Т0 на величину (Mt – tpaз). Отметим, что в осциллографах выбирается требуемое опережение – t0, а длительность развертки подсчитывается автоматически tpaз = Mt – t0. Наличие опережения позволяет фиксировать физические величины с «предысторией», делает более удобным изучение процессов с сигналом запуска как следствием интересуемых явлений. Например, при изучении электрических пробоев, различных взрывов и т.п. интересует начальный момент развития процесса, в это время все изменения очень малы и могут возникнуть проблемы с устойчивой синхронизацией запуска осциллографа. Используя в качестве синхроимпульса развившийся процесс (пробой, взрыв и т.п.), выбрав подходящее опережение, можно уверенно фиксировать зарождение процессов, фронты импульсов и т.д.