5.6.2 Вимірювання опорів за допомогою осцилографа.
Електронний осцилограф використовуються для вимірювання повних опорів. і їх активних і реактивних складових. Одна з схем для таких вимірювань зображена на рис. 5.9, де Zх — опір, що виміряється; R2 — змінний резистор.
Рис. 5. 9. Схема вимірювання опорі за допомогою осцилографа.
При включенні, осцилографа перед початком, вимірюванні необхідно встановити однакову чутливість по осях У і X. Це виконується регулюванням посилення каналів У та X осцилографа.
При даній схемі включення осцилографа на екрані отримаємо зображення еліпса. Зміною опору резистора R2 добиваються рівних відхилень променя по горизонталі і вертикалі. В цьому випадку падіння напруги на R2 буде рівне падінню напруги на Zx, що відповідає умові Z = R2, де Z — модуль шуканого повного опору.
Синус кута зсуву фаз визначається по зображенню еліпса, як було показане раніше (рис. 5.8). Знаючи значення Z і sin , можна знайти становлячі Х і R повного опору по формулах:
5.6.3 Дослідження імпульсів за допомогою осцилографа.
В процесі дослідження імпульсів вимірюється їх амплітуда і тривалість, тривалість фронтів і т.д. Ці параметри можуть бути виміряні за допомогою калібраторів амплітуди і тривалості, що є в будь-якому сучасному осцилографі.
При вимірюванні амплітуди імпульсу осцилограф використовується, як було описане раніше, як амплітудний вольтметр.
Тривалість імпульсу та його фронту, а також інтервал між імпульсами вимірюються різними способами. Всі вони в загальному випадку зводяться до того, що тривалість тимчасового інтервалу, що виміряється, порівнюється з тривалістю розгортки або з періодом напруги, що виробляється зразковим генератором. Чекаюча розгортка запускається імпульсом, який є опорним. Тривалість розгортки регулюється так, щоб на екрані були видні одночасно опорний імпульс і імпульс, яким закінчується інтервал, що виміряється, тобто стоп-імпульс (рис. 5.10, а).
Рис. 5.10. Вимірювання інтервалу часу між двома імпульсами з використанням фіксованих міток (а) і рухомої мітки (б).
Якщо відома швидкість розгортки, то інтервал між імпульсами можна визначити по відстані між ними. Для більш точних вимірюванні на екран подаються фіксовані мітки від тимчасового калібратора (генератора міток). Замість фіксованих міток можна застосувати рухому мітку (рис. 5.10,б), яка називається стробуючим сигналом. Цю мітку переміщають по лінії розгортки від опорного до імпульсу, що виміряється. В цьому випадку відлік часу проводиться по положенню рукоятки, що управляє переміщенням стробуючого сигналу. Пересування мітки по екрану відбувається за рахунок зміни часу затримки її щодо опорного імпульсу.
Для вимірювання тривалості імпульсу мітки часу - накладаються на його зображення шляхом подачі напруги генератора міток, на пластини У або на модулюючий електрод трубки. Відповідні осцилограми показані на рис. 5.11, а і б.
Рис. 5.11. Мітки часу при вимірюванні тривалості імпульсу.
Разом з лінійною розгорткою при вимірюванні тривалості або періоду проходження імпульсів може бути використаний кругова розгортка. Цей спосіб полягає в порівнянні тривалості тимчасового інтервалу, що виміряється, з тривалістю (періодом) кругової розгортки.
Розглянуті способи вимірювання параметрів імпульсів застосовні, якщо досліджувані імпульси періодично повторюються. Для вивчення однократно протікаючих імпульсних процесів необхідно застосовувати осцилографи, електронно-променеві трубки яких володіють післясвіченням.
Дослідження імпульсів наносекундної тривалості. Ряд областей сучасної науки і техніки характеризується прагненням використовувати все більш короткі імпульси, тривалість яких вимірюється одиницями і навіть десятими частками наносекунд (10-9…10-10 с). Сюди відносяться ядерна фізика, обчислювальна техніка, високочастотна радіотехніка і ін.
Дослідження імпульсів такої малої тривалості за допомогою звичайних осцилографів неможливе. Для цієї мети, як вже наголошувалося, будуються швидкісні осцилографи, використовуючі спеціальні електронно-променеві трубки з відхилюючими електродами типу хвилі, що біжить. Такі трубки дозволяють отримати смугу пропускання до 3000 Мгц. Проте необхідність при таких частотах подавати сигнал безпосередньо на відхилюючі пластини (без допоміжного підсилювача) приводить до надзвичайно низької (0,2…0,3 мм/В) чутливості осцилографа. Тому в даний час набувають поширення так звані стробоскопічні методи осцилографування, що дозволяють досліджувати імпульси наносекундою і меншої тривалості за допомогою звичайних електронно-променевих трубок.
Стробоскопічне осцилографування базується на тому ж ефекті уявного «затримання швидкоплинного процесу», який був використаний при побудові відомих механічних і електричних стробоскопів.
Принцип роботи стробоскопічного осцилографа заснований на вимірюванні миттєвих значень повторюються сигналів, що поступають на його вхід, за допомогою коротких так званих «стробуючих імпульсів» (строб-імпульсів) напруги (рис. 5.12).
Рис. 5.12. Принцип стробоскопічного перетворення сигналу.
Сигнали і строб-імпульси поступають на вхідне (перемикаюче), пристрій, який виконує роль ключа, що відмикається тільки на час дії строб-імпульсу. Строб-імпульси автоматично зсовуються в часі щодо сигналу при кожному повторенні і таким чином послідовно прочитують його по крапках (рис. 5.12, а і б).
Тому у вхідному пристрої відбувається як би модуляція сигналом строб-імпульсів по амплітуді і одночасно проводиться їх розширення. На виході перетворювача створюється послідовність розширених імпульсів, що огинає амплітуд яких повторює форму сигналу. Ця послідовність імпульсів, у свою чергу, циклічно повторюється.
Після виділення огинаючої імпульсів на виході перетворювача виходить сигнал, ідентичний досліджуваному, але «розтягнутий» (рис. 5.12, в), трансформований в часі. Цей сигнал посилюється імпульсним підсилювачем і відтворюється на екрані звичайної електронно-променевої трубки.
Масштаб збільшення тривалості сигналу (коефіцієнт «трансформації часу»)
де Тп — період повторення строб-імпульсів; tc — тривалість досліджуваного імпульсу; п — число точок прочитування сигналу протягом тривалості tc.
Істотною обставиною є те, що стробоскопічний осцилограф може працювати не тільки з періодичними сигналами. Достатньо, щоб сигнали були тими, що просто повторюються і мали однакову форму і параметри. Стробоскопічний осцилограф є складним електронним вимірювальним приладом. Його устрій і особливості описані в спеціальній літературі. Сучасні стробоскопічні осцилографи, володіючи коефіцієнтом відхилення 10—200 мВ/см, дозволяють спостерігати імпульси, тривалість фронту яких складає приблизно десяті частки наносекунд.
Промисловістю випускаються стробоскопічні осцилографи з цифровим відліком (наприклад, С7-9), які призначаються для дослідження форми одного або двох синхронно зв'язаних електричних сигналів, що повторюються, тривалістю від 0,2 до 100 мкс, амплітудою від 10 мВ до 16 В шляхом візуального спостереження, фотографування або запису на двокоординатний самописець і вимірювання амплітудних і тимчасових параметрів сигналів з відліком в цифровій формі.