2. Методы временных разверток

Измерения интервалов времени, основанные на использовании калиброванной линейной развертки, уже рассмотрены в § 3.6. Необходимо отметить, что при таких измерениях главные источ­ники погрешности кроются в нестабильности крутизны (непостоян­стве угла наклона) и нелинейности развертывающего напряжения. В первом случае скорость перемещения луча вдоль горизонталь­ной оси экрана отличается от скорости, при которой определялся номинальный коэффициент развертки. Поэтому реальный коэффи­циент развертки не совпадает с номинальным, используемым для перевода геометрического размера, фиксируемого с помощью мас­штабной сетки, в интервал времени. Во втором случае скорость перемещения луча по горизонтали получается неодинаковой на различных участках экрана вследствие нелинейности развертыва­ющего напряжения и, следовательно, точность измерения зависит от того, в каком месте экрана выполняются измерения.

Более точны измерения интервалов времени, проводимые с помощью двухканальных или двухлучевых осциллографов, в ко­торых предусмотрены две развертки — основная и задержанная.

Об этих развертках уже кратко говорилось в § 3.4. Рассмотрим подробнее принцип получения двух развертывающих напряжений и возможные методики измерений. Структурная схема устройства, формирующего две развертки, приведена на рис. 4.2, а графики, облегчающие понимание принципа формирования, — на рис. 4.3.

Синхронизирующий, запускающий импульс (рис. 4.3,а), опре­деляет момент t₁ запуска генератора, вырабатывающего напряже­ние основной развертки (рис. 4.3,6). Это напряжение подается на вход 1

к омпаратора (рис. 4.2). К входу 2 компаратора подведено (на­пряжение постоянного тока, значе­ние U₀ которого можно изменять (рис. 4.3,в). В момент равенства пилообразного напряжения основ­ной развертки установленному зна­чению U₀ (рис. 4.3,г) на выходе компаратора 'возникает короткий импульс (рис. 4.3,д). Он запускает находящийся в ждущем режиме второй генератор, который выраба­тывает напряжение задержанной развертки (рис. 4.3,е). Момент t₂ начала задержанной развертки за­паздывает относительно момента t₁ начала основной развертки на вре­мя, которое при данной скорости изменения напряжения основной развертки определяется установлен­ным .значением U₀ напряжения пос­тоянного тока (рис. 4.3,в, г и е).

Таким образом регулятор значений Uо, ручка которого выведена на ли­цевую панель осциллографа, служит регулятором интервала задержки (рис. 4.2). Изменяя напря­жение Uo этим регулятором, можно «перемещать» начало задер­жанной развертки по всей длительности основной развертки. На рис. 4.3,ж изображен прямоугольный стробирующий импульс, кото­рый вырабатывается мультивибратором (триггером Шмитта) ге­нератора задержанной развертки (см. рис. 3.9) и определяет вре­мя прямого хода луча при этой развертке.

Рассмотрим методику измерения длительности импульса осциллографом с двумя развертками [61]. Для повышения точности измерения центр (начало координат) масштабной сетки экрана используется в качестве опорной точки. Скорость задержанной развертки выбирают такой, чтобы получить растянутые изображения фронта и среза исследуемого импульса. Регулируя интервал за­держки, сначала добиваются совмещения точки на изображении фронта, соот­ветствующей уровню 0,5 U_m, с опорной точкой (центром) экрана, как показа­но на рис. 4.4,а. Снимают отсчет a₁ в делениях по отсчетному устройству — лимбу регулятора интервала задержки. Затем, вращая регулятор, изменяют интервал задержки до установления в центре экрана точки на изображении среза исследуемого импульса, также соответствующей уровню 0,5U_m (рис. 4.4,6), и фиксируют отсчет а₂ по лимбу регулятора. Разность отсчетов а₁-а₂=a умножают на значение коэффициента развертки q. Если этот коэффициент выражен в микросекундах на деление, то искомая длительность импульса τ=aq в микросекундах. Абсолютную погрешность измерения принято оценивать по формуле где А_к — конечное значение шкалы (ус­тановленного предела) отсчетного устройства регулятора интервала задержки. Относительная погрешность измерения длительности импульса ес­тественно зависит от значения х. При строгом соблюдения методики и тщатель­ном выполнении операций приведенная погрешность не превышает 1% от пре­дела А_к.

Точность измерений повышается и их методика упрощается при использо­вании схемы управления задержанной разверткой, представленной на рис. 4.5 (в [61] она названа дельта-временной схемой). Эта схема не только способст­вует уменьшению возможной субъективной погрешности, вносимой экспериментатором, но он позволяет наблюдать на экране одновременно два разнесен­ных во времени сигнала, например фронт и срез импульса. Она также исклю­чает влияние дрейфа сигнала на результат измерения. Работу схемы и прин­цип измерения иллюстрируют рис. 4.6 и 4.7.

ментатором, но н позволяет наблюдать на экране одновременно два разнесен­ных во времени сигнала, например фронт н срез импульса. Она также исклю­чает влияние дрейфа сигнала на результат измерения. Работу схемы и прин­цип измерения иллюстрируют рнс. 4.6 и 4.7.

Исследуемый сигнал, длительность т которого подлежит измерению (4.6,а), подводится к входу осциллографа. В момент времени t₁ первый синхронизи­рующий импульс (рис. 4.6,6) запускает генератор основной развертки (рис. 4.5). Вырабатываемый нм импульс пилообразного напряжения (рис. 4.6,6) поступа­ет на вход 1 компаратора 1 (рис. 4.5). На вход 2 этого компаратора подает­ся напряжение постоянного тока U₀₁. Прн наличии разрешающего сигнала уп­равления на входе 3 компаратора I [он подается на каждом нечетном импуль­се напряжения основной развертки в момент равенства значения пилообразно­го напряжения значению U₀₁ (рис. 4.6,в)] на выходе компаратора I появляет­ся первый короткий импульс (рнс. 4.6,г), задержанный на время ∆t₁ относи­тельно момента запуска основной развертки. Этот импульс запускает генератор задержанной развертки (рнс. 4.5), который вырабатывает первый пилообразный импульс напряжения задержанной раззергкн (рис. 4.6,ж). Изменяя значение V01 напряжения источника I (рис. 4.5), добиваются совмещения точки на изо­бражении фронта исследуемого импульса, соответствующей уровню 0,5U_m, с центром масштабной сетки экрана (рис. 4.7).

С появлением второго синхронизирующего импульса в момент времени и (рис. 4.6,6) вновь запускается генератор основной развертки, создающий вто­рой импульс пилообразного напряжения (рис. 4.6,6). Это напряжение, поступающее

на вход 1 компаратора II, сравнивается в нем с напряжением постоян­ного тока, подводимого к входу 2 компаратора с выхода блока суммирова­ния, т. е. с напряжением и₀₁+ и₀₂. Так как на входе 3 компаратора II присут­ствует разрешающий сигнал управления (он подается при каждом четном им­пульсе напряжения основной развертки), то в момент t₄ равенства пилообраз­ного напряжения значению и₀₁+ и₀₂ нап­ряжения постоянного тока (рис. 4.6,5) на выходе компаратора II возникнет второй короткий импульс, задержанный относи­тельно начала развертки на интервал Δ t₂ (рис. 4.6,е). Он запускает генератор задер­жанной развертки, вырабатывающий вто­рой импульс развертывающего напряжения (рис. 4.6,ж). Изменяя напряжение источ­ника II (рис. 4.5), перемещают изображе­ние среза исследуемого импульса, пока точка на срезе, соответствующая уровню 0,5 U_т, не совпадет с центром масштабной сетки экрана. Хотя изображения фронта и среза исследуемого импульса появляются на экране не одновременно, онн наб­людаются совместно (рнс. 4.7), так как частота появления обоих изображений достаточно высока.

Разностное значение напряжения соответствующее искомой длительности т импульса, измеряется цифровым вольтметром (рис. 4.5), и, таким образом, экспериментатор не должен производить никаких вы­числений.

Аналогично измеряются интервал времени, разделяющий два импульса, пе­риод периодического сигнала и т. п. Описанная схема позволяет также изме­рять интервалы времени между двумя сигналами, подаваемыми на входы различных каналов двухканального осциллографа.

Дальнейшее усовершенствование рассмотренного принципа при­вело к сочетанию методов временных разверток и дискретного сче­та, сущность которого излагается в § 4.3. Один из вариантов ком* бинации цифрового измерителя интервалов времени с осциллогра­фом изложен в [102].