Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Основы метрологии и техника измерений.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
13.94 Mб
Скачать

9.2.5 Техника осциллографирования сигналов

Правильные измерения параметров сигнала при помощи осциллографов предполагают решение следующих вопросов.

Четкое представление сущности параметра, подлежащего измерению. Так, под фронтом импульса понимают нарастающий участок импульса между уровнями 10% и 90% его амплитуды. Под длительностью импульса понимают интервал между нарастающим и спадающим участками импульса, определяемый на уровне 50 % его амплитуды (см. рис.9.4).

Правильный выбор осциллографа по назначению и техническим характеристикам.

Правильный выбор осциллографа по метрологическим характеристикам. Для неискаженного отображения на экране ЭЛТ осциллографа гармонического сигнала, поступившего на вход осциллографа, необходимо выполнить условие

fYв ≥ (3 − 5)fc max.,

(9.11)

где fYвверхняя граница полосы пропускания канала Y по уровню3 дБ; fc max. – максимальная частота исследуемого сигнала.

При осциллографировании импульсных сигналов искажения фронта и среза импульса исследуемого сигнала за счет переходной характеристики канала Y осциллографа tYнпх не возникают, если используется осциллограф, имеющий значение данной метрологической характеристики

,

(9.12)

где tфс − длительность фронта исследуемого сигнала. Если данное условие не выполняется, а длительность фронта сигнала, измеренная по экрану осциллографа, равна tф экр, то истинное значение длительности фронта импульса может быть определено по приближенному соотношению

.

(9.13)

Обеспечение неискаженной передачи сигнала от источника сигнала ко входу осциллографа. Для точной передачи формы высокочастотных гармонических сигналов (или импульсных сигналов с малой длительностью фронта) от источника сигнала ко входу осциллографа необходимо, чтобы линия передачи между источником сигнала и осциллографом была согласована (Rвх║Свх║Rн = Zo), т.е. параллельное соединение входного сопротивления осциллографа Rвх, Свх и сопротивления нагрузки Rн должно быть равно волновому сопротивлению Zo линии передачи (коаксиального кабеля), как это показано на рис.9.7.

Рисунок 9.7 − Схема подключения осциллографа

Если же объект измерений не способен работать на 50−омную согласующую нагрузку, для исследования сигнала используют пробники (щупы), которые включают между объектом измерений и 50−омной нагрузкой, и которые имеют высокое входное сопротивление.

− Перед проведением измерений необходимо предварительно откалибровать осциллограф, для чего используется калибратор, встроенный в осциллограф. Как видно из выражений (9.9) и (9.10), погрешность измерений определяется погрешностью измерений линейного размера участка осциллограммы hy или lx , а также неточным значением масштаба изображения сигнала, т.е. погрешностью установления коэффициента отклонения по вертикали ky или коэффициента развертки kx. Для минимизации погрешности при калибровке осциллографа следует добиваться максимальных размеров изображения калибрационного сигнала в пределах рабочей части шкалы.

Погрешность измерений линейных размеров hy или lx участка осциллограммы (визуальная погрешность) складывается из неточности совмещения кривой с рисками шкалы и неточности отсчета положения осциллограммы относительно шкалы. Она носит случайный характер и оценивается по выражению

,

(9.14)

где b – толщина линии луча (в долях деления шкалы);

hy – размер участка осциллограммы (дел.).

Из выражения (9.14) следует, что визуальная погрешность тем меньше, чем меньше толщина луча b и чем больше размер hy. Таким образом, при измерениях параметров сигналов следует добиваться максимальных размеров измеряемого участка изображения в пределах рабочей части экрана и тщательно фокусировать луч ЭЛТ.

При условии, что искажения осциллограммы сигнала отсутствуют, а составляющие виз и kу − случайные, общая погрешность измерений составит

.

(9.15)

Для повышения точности измерений необходимо выбирать какой−либо из методов сравнения с мерой. Например, точность измерений времени задержки сигнала в объекте при помощи одноканального осциллографа можно значительно повысить по сравнению с методом непосредственной оценки используя схему, представленную на рис. 9.8. Методика измерений сводится к следующему.

На генераторе Г5− параметр «временной сдвиг» основных импульсов относительно синхроимпульсов (D) устанавливается на значение, чуть большее ожидаемого значения времени задержки, а вход осциллографа Y подключается кабелем ко входу объекта измерений (положение 1). При этом на экране осциллографа наблюдаем осциллограмму 1 и отмечаем ее положение по горизонтали на экране. Далее переключаем кабель от входа Y осциллографа с входа объекта на выход объекта (в положение 2) и наблюдаем на экране осциллограмму 2, сдвиг которой относительно осциллограммы 1 соответствует времени задержки сигнала τ. Уменьшая на генераторе значение временного сдвига D основных импульсов относительно синхроимпульсов добиваемся, чтобы сигнал на экране переместился на то положение, которое соответствовало положению сигнала 1 (замещаем время задержки сигнала τ в объекте уменьшением временного сдига сигнала D в генераторе). Для уменьшения визуальной погрешности коэффициент развертки по горизонтали устанавливаем таким, чтобы размер измеряемого участка был максимальным, при этом общая погрешность измерений будет складываться от погрешности генератора по установке параметра D, визуальной погрешности (9.14) и погрешности взаимодействия. Последняя будет тем меньше, чем меньшее влияние будет оказывать входная емкость осциллографа и кабеля (Свх + Скаб) при подключении/отключении входа Y осциллографа ко входу и выходу объекта измерений.

Рисунок 9.8 − Схема измерений времени задержки сигнала методом последовательного замещения

Задачи

1 Опpеделите длительность фронта импульса на выходе четыpехполюсника, если длительность фронта импульса, наблюдаемого на экpане осциллогpафа, равна 15 нс, время наpастания пеpеходной характеристики канала Y осциллогpафа равно 10 нс, выходное сопротивление четыpехполюсника − 100 Ом, входная емкость осциллогpафа − 30 пФ, а емкость кабеля − 80 пФ.

2 Ко входу Y осциллографа с входным сопротивлением Rвх = 1 МОм и входной емкостью Свх = 20 пФ от генератора с выходным активным сопротивлением Rвых = 2,0 кОм подведено импульсное напряжение. Какое значение имеет длительность фронта импульса, если по осциллограмме длительность фронта составила 130 нс, а верхняя граница полосы пропускания канала Y fвY = 5 МГц. Запишите результат измерений, если основная погрешность измерений временных параметров составляет ± 10%.

Вопросы для самоконтроля

1 Сформулируйте условия неискаженного воспроизведения сигнала на экране ЭЛТ.

2 Что такое ждущая развертка и когда ее применяют?

3 Как связаны погрешности при измерении амплитудных и временных параметров сигналов с характеристиками каналов осциллографа?

4 Как влияют входные цепи осциллографа на погрешность измерений параметров сигнала?

5 При решении каких задач используют входы осциллографа «Х», «Z» и «внешний запуск»?