Метрология / metrologia4_2

Вход Х

Используется для получения зависимости Uy(x) .Ось Х градуируется в В/Дел. Кх не более 1 В/Дел.

Применяется для измерения ВАХ и сдвига фаз.

Кх можно уменьшить в 5 ÷ 10 раз с помощью множителя развертки путем усиления УГО в 5 ÷ 10 раз.

Схема Синхронизации и запуска.

Схема на экране служит для получения на экране неподвижного изображения сигнала. Существует 2 вида синхронизации:

-внутренняя

-внешняя

При внутренней синхронизации часть исследуемого сигнала, поступающего на Y-вход, ответвляется в схему синхронизации.

При внешней синхронизации сигнал поступает от внешнего источника.

Устройство синхронизации запускает ГР в такт с исследуемым сигналом (в одной и той же фазе синусоиды)

Условия синхронизации.

Частота ГР равна или в кратное число раз меньше частоты исследуемого сигнала. Длительность развертки может быть меньше периода сигнала, тогда будет видно часть

сигнала. ГР не может включиться 2 раза за 1 период, т.к. на экране будет не 1,а 2 фрагмента периода сигнала, что искажает форму сигнала. Если синхронизация отсутствует, то развертка начинается в различных точках сигнала. Каждая развертка дает новое изображение сигнала, поэтому на экране появляется 2 горизонтальные линии.

А для синусоидального импульса – закрашенная полоса, которая является результатом наложения различных изображений синусоид:

За 1 секунду число различных изображений будет равно частоте развертки, т.е. сколько раз запустится развертка. При синхронизации изображение сигнала в точности повторяется при каждой развертке.

Уровень исследуемого сигнала, при котором запускается генератор развертки, регулируется регулятором (резистором) уровней (level).

Уровень 1

Уровень 2

Луч пересекает заданный уровень дважды: когда увеличивается, когда убывает. Меняя уровень, мы меняем точку запуска генератора развертки.

Запуск по + и по -.

Запуск по «+» означает запуск при нарастающем напряжении (по фронту положительного, см. рисунок)

Запуск по «-» при спадающем напряжении (по срезу импульса) .

Уровень

Регулятор стабильности – переводит ГР из автоколебательного режима в ждущий для получения неподвижного изображения.

Edge – запуск переходом импульса: Rising & Falling, TV – запуск ТВ сигнала.

Временные диаграммы внутренней и внешней синхронизации.

Множитель развертки – переключатель, используемый для уменьшения минимального коэффициента развертки и растяжки отдельных фрагментов сигнала.(любой фрагмент)

МР увеличивает УВО в 5-10 раз.

Новый коэффициент развертки

Кнов = КрМ р

Сигнал растягивается в результате увеличения скорости нарастания пилообразного напряжения.Tp – не меняется, изменяется наклон. Развертка луча на экране происходит за меньшее время, чем период развертки Tp. Период развертки не изменяется.

Мр -> : -уменьшает Кр

-увеличивает УГО

-Tp=const

-Скорость нарастания U р увеличивается в 2 раза.

Калибратор(тестовый встроенный генератор(высокостабильный и точный).

Калибратор служит для проверки соответствия номинальных коэффициентов отклонения развертки осциллографа реальным значениям. Вырабатывает сигнал типа «меандр» с известной амплитудой и периодом. Калибратор имеет 2 выхода: внутренний ( ▼5дел) И внешний (1В, 1 КГц). С внутреннего выхода меандр с размахом в 50 мВ и частотой 1 КГц поступает в канал вертикального отклонения, минуя Y-вход, т.е. сигнал

поступает сразу на усилитель, минуя АТТ. Коэффициент отклонения минимальный К0

=10 делмВ ( Кдел АТТ 1:1)

У калибратора можно рассчитать:

UГ = hK0 min =5дел×10 делмВ =50 мВ

С внешнего входа генерируется сигнал 1В, 1 КГц для калибровки К0 =0.2 делВ ( Кдел

АТТ=1:20). Чтобы откалибровать другие К0 используется внешний генератор синусоидальных колебаний с известной амплитудой и внешний вольтметр для измерения напряжения на входе осциллографа.

Условия калибровки:

-максимальное усиление К0 - поворот плавной регулировки вправо до щелчка.

-включить внутреннюю нагрузку 600 Ом, чтобы доверять встроенному вольтметру генератора.

Метрологические характеристики осциллографов.

1)Tпх - время переходной характеристики – реакция на идеальный прямоугольный импульс

2)Полоса пропускания (п.п.) - диапазон частот, в пределах которого коэффициент передачи падает не более, чем на 30% от значения на опорной частоте.

3)Значения Ко и Кр

4)Погрешности Ко и Кр

5)Значения Кх – коэффициент отклонения по оси Х.

Одноканальный осциллограф.

Цену осциллографа определяет полоса пропускания. Характеристики осциллографа С1-73.

δ К0 , Кр →7%

Двухканальный осциллограф.

Служит для сравнения:

1)входных/выходных сигналов

2)измерения времени задержки импульса

3)измерения сдвига фаз между I и U.

-сделать 2 канал и вместо 2 пластин – 4 или поставить конденсатор. *****

-прыгающий луч с одной т. на другую также с помощью конденсатора.

Коммутатор.

Предназначен для отображения двух сигналов на экране ЭЛТ с одним электронным лучом.

Масштаб увеличивает изображение импульса с периодом Т.

m = T - число стробоимпульсов за период.

T

Tизобр = m(T + T ) ≈ mT .

Принцип работы:

Работа осциллографа основана на считывании мгновенных значений периодических сигналов при помощи кратковременных стробирующих импульсов с периодом T + T ,

автоматически сдвигающихся за каждый период сигнала на T , 2 T , 3 T .. от начала импульса. За каждый период сигнала считывается одно мгновенное значение.

Условие: период стробоимпульса больше периода сигнала на момент считывания ΔТ За каждый период считывается 1 мгновенное значение.

Цифровые осциллографы

Рис.: Структурная схема двухканального ЦО.

ПЗУ – постоянное ЗУ

УС – устройство связи; интерфейс USB, COM/ IEEE488, GPIB – измерительный интерфейс. АЦП – аналого-цифровой преобразователь.

Принцип работы.

В основе цифрового осциллографа лежит преобразование исследуемого аналогового сигнала U(t) в последовательность цифровых значений равномерно считываемых в определенные дискретные моменты времени. Преобразование из аналогового сигнала в цифровой выполняет АЦП. Из АЦП код передается в быстродействующее ОЗУ, а затем переписывается в ЗУ для долговременного хранения и отображения сигнала на дисплее.

Таймер является цифровым аналогом Генератора Развертки, т.к. он обеспечивает равномерное считывание мгновенных значений через шаг дискретизации t . В аналоговом осциллографе Генератор Развертки вырабатывает пилообразный сигнал, а в цифровом – таймер вырабатывает короткий прямоугольный импульс.

Запись в ОЗУ:

4х разрядный АЦП от 0 до 4 В. Погрешность 6%. Объем ОЗУ: 2,5-256 Кб.

fвыборки : 10 точек на период.

В зависимости от Кр длительность импульса разная, чтобы не было переполнения памяти. ОЗУ имеет объем памяти 1 – 256 Кбайт.

1)f = 1ГГц(Gs / s)

2)Шаг дискретизации (частота выборки) зависит от коэффициента развертки, чтобы не было переполнения памяти при частых выборках.

1мс

t шаг квант = 2.5×103 − ячеек

4В

1111

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0000

0

Номер импульса таймера в двоичном коде.

Номер импульса таймера задает адрес ячейки ОЗУ, в котором записывается код АЦП. Объем памяти ОЗУ 1- 256 кБ

Люминофорные осциллографы.

DPO Tecktronix – Digital Phosphor Oscilloscope) – 3 000 серия.

Используются для анализа видимых сигналов и редких апериодических событий. Слово «люминофорный» означает эмуляцию экрана обычного аналогового осциллографа с люминофорной ЭЛТ. В памяти идет сбор информации о 500 развертках, а яркость пикселя на экране зависит от того, сколько раз через эту точку пришел сигнал. Имеет 16 градаций яркости.

Метрологические характеристики двухканальных цифровых осциллографов.

Преимущества цифровых осциллографов

1)Запоминать и отображать сигналы.

2)Использовать меню для управления

3)Автоматические вычисления f ,T , среднее, средневыпрямленное, peak-to-peak.

4)Автоматическая настройка на сигнал – autoset.

5)Растяжка на экране любого участка сигнала.

6)Распечатать на принтере форму сигнала.

7)Записать сигнал на флэшку.

8)Передать сигнал в компьютер.

9)Управлять ЦО от компьютера.

10)Имеет маленькую погрешность и широкую полосу пропускания.

Интерфейс осциллографа Tetronix.

Управление осциллографом осуществляется с помощью меню, расположенного в правой части экрана вместе с кнопками момента запуска Trig. Справа – уровень запуска ( )

2)Входы и выводы осциллографов

1 – 2Yвхода CH1, CH2

2 – Вход внешней синхронизации Ext Trig

3 – Выход колибратора 0.6 V, 1кГц 4 – USBвход (ПК, флеш, принтер)

3)Управление осциллографом для настройки изображения.

а) 1 – смещение по вертикали

2 – регулировка k0