Измерение амплитуды и временных параметров сигнала

В универсальных осциллографах измерение амплитуды производится с помощью масштабной сетки, помещенной на экране: размах (амплитуда) импульса умножается на цену деления сетки по вертикали, установленную на масштабном делителе.

Канал должен быть откалиброван, сбалансирован, а ручка плавной регулировки усиления канала зафиксирована.

Погрешность измерения амплитуды при этом методе измерения составляет 5 … 7 %. Для цифровых осциллографах погрешность измерения не превышает 1 … 2 %. Связано это с тем, что в цифровых осциллографах измерения выполняются автоматически (по сигналу), а экран используется только для индикации. В универсальных же осциллографах измерение выполняется по экрану.

Аналогично с помощью масштабной сетки измеряются временные интервалы (по горизонтальной оси), при этом канал развертки должен быть откалиброван (выполняется метрологической службой в лаборатории), ручка плавной регулировки развертки зафиксирована.

С помощью осциллографа, в отличие от частотомеров и измерителей временных интервалов, можно измерять параметры сигналов сложной структуры, например ступенчатых сигналов, а также параметры случайных и переходных процессов. Для этого, в ряде случаев, используется метод калиброванных меток.

Калибровочные метки наносятся на осциллограмму сигнала путем модуляции луча по яркости сигналом от кварцевого генератора. Если в универсальном осциллографе нет этого режима (калиброванных меток), то его можно смоделировать, подавая калиброванный сигнал на канал яркости.

Осциллограф часто используют как индикатор совпадений. Примером тому служит измерение частоты неизвестного гармонического сигнала (или разности фаз между сигналом и его задержанной копией) с помощью образцового генератора и осциллографа. Отображаемые на экране осциллографа интерференционные фигуры называются фигурами Лиссажу.

Для реализации метода в двухканальном осциллографе включается режим Х/У, а в одноканальном – задействуется канал Х и канал развертки. Колебания известной образцовой частоты, например, с генератора сигналов, подается на один вход осциллографа (У или канал развертки), а колебания измеряемой величины – на канал Х, при этом собственная развертка осциллографа отключается. Частоту образцового генератора подстраивают под частоту измеряемого сигнала таким образом, чтобы наблюдались фигуры Лиссажу (рис.3.6). Форма фигур Лиссажу зависит от соотношения частот измеряемого и образцового сигналов и разности их фаз.

Отношение частот может быть и большим, если это не мешает измерениям.

Соотношение частот можно определить как число точек пересечения фигуры Лиссажу с горизонтальной линией к числу точек пересечения фигуры с вертикальной линией (если соблюдается правильность подачи сигналов на каналы).

Метод обеспечивает высокую точность измерения частоты (разности фаз), однако получение и наблюдение таких фигур достаточно сложная задача.

Следует заметить, что в двухканальном осциллографе такой режим предусмотрен.

При наблюдении импульсных сигналов важно выбирать такой осциллограф, который меньше всего искажает наблюдаемый импульс.

Для наблюдения кратковременных сигналов считается допустимым, если время нарастания сигнала в канале осциллографа не превышает 0, 3 от длительности наблюдаемого импульса (время нарастания определяется по переходной характеристике осциллографа или указывается в технической документации).

Рекомендуется выбирать частотомер, верхняя граничная частота которого превышает значение 2 / τ _И.

От нижней граничной частоты осциллографа зависит правильность отображения вершины импульса. Чем нижняя граничная частота меньше, тем точнее воспроизводится вершина импульса.

Контрольные вопросы

1. Перечислите все каналы универсального осциллографа.
2. Перечислите назначение всех органов управления универсального осциллографа.
3. Перечислите меры безопасности при работе с универсальным осциллографом.
4. Перечислите ограничения при работе с универсальным осциллографом.
5. Перечислите виды и назначение разверток, применяемых в универсальных осциллографах.
6. От каких факторов зависит точность измерений с помощью фигур Лиссажу?
7. Почему рабочую частоту осциллографа для наблюдения импульсных сигналов рекомендуется выбирать не менее 2 / τ _И?
8. Что означает «откалибровать осциллограф» и как эта процедура выполняется?
9. Что означает «сбалансировать осциллограф» и как эта процедура выполняется?
10. Можно ли некалиброванный осциллограф использовать для измерений по фигурам Лиссажу?
11. Поясните, как правильно измерить амплитуду, длительность и частоту следования импульсов?
12. Поясните, как правильно измерить разность фаз сигналов?
13. Поясните, что означает «закрытый вход» и «открытый вход» осциллографа.
14. Для чего нужно знать емкость входа и входное сопротивление осциллографа? Укажите их типовые значения.
15. В универсальных осциллографах используется ЭЛТ с электростатическим отклонением луча. Почему?
16. Почему в осциллографах важна синхронизация?