Контрольные вопросы:

1. Для каких целей применяют осциллографы?

2. Какие блоки входят в состав структурной схемы универсального осциллографа? Их назначение?

3. Для чего применяют синхронизацию разверток осциллографа?

4. Перечислите основные типы синхронизации.

5. Для каких целей в осциллографах применяют калибраторы амплитуды?

6. Каково назначение линейно-изменяющегося напряжения, подаваемого на горизонтальные пластины?

7. Устройство, принцип действия, основные параметры и характеристики ЭЛТ.

Тема 4.2 Основные способы отсчета напряжения и временных интервалов

В универсальных осциллографах используют метод измерения амплитуд сигналов с помощью масштабной сетки, помещенной на экране ЭЛТ. Цену деления сетки устанавливают с помощью калибратора амплитуды.

Иллюстрация данного метода измерения представлена на рис. 4.5, где показаны периодические сигналы. Параметры импульсов определяют следующим образом: U_p = С_у 1_У; U_p - размах (амплитуда импульса); │С_у│ - цена деления сетки по вертикали, В/дел; Т = С, L_x - период следования импульсов; τ_п = С_х 1_Х - длительность импульса; │С│ - цена деления сетки по горизонтали, с/дел; l_y, L_x, l_x - выражены в делениях сетки.

Рисунок 4.5 Определение параметров сигнала с помощью масштабной сетки

Погрешность измерения амплитуды сигнала не ниже 3...5%. Существуют методы повышения точности измерения амплитуды исследуемого сигнала, например компенсационные. Эти методы чаще всего применяют только в цифровых осциллографах, что позволяет получить численные значения параметров с погрешностью 1...2 %.

В отличие от частотомеров и измерителей временных интервалов, с помощью осциллографов можно измерять параметры сигналов сложной временной структуры, например ступенчатых сигналов или сигналов кодовых последовательностей. Можно измерять параметры случайных и переходных процессов. Наиболее простым методом исследования является метод калиброванной развертки (калиброванных меток) (рис. 4.6).

Рисунок 4.6 Измерение интервалов времени с помощью калибровочных меток:

напряжения: u_c - исследуемое; u_k - калибровочное

Реальная погрешность метода составляет порядка 10 % и зависит от количества меток. Калибровочные метки известной частоты наносятся на изображение сигнала длительностью τ_и путем модуляции яркости луча, т.е. подачей на сетку ЭЛТ напряжения известной частоты f₀ = 1/Т₀. При этом длительность сигнала τ_и = nТ₀, где n - количество калибровочных меток.

Таблица 4.1 Интерференционные фигуры (фигуры Лиссажу)

Остановимся на способе измерения частоты по интерференционным фигурам, называемым фигурами Лиссажу. Измерение основано на сравнении неизвестной частоты f_x с известной частотой f₀, воспроизводимой мерой. С этой целью колебания известной (образцовой) частоты f₀ подают на один вход осциллографа (например, Y), На вход X (при этом собственную развертку ос-циллографа отключают) поступают колебания измеряемой частоты f_х. Частоту f₀ образцового генератора подстраивают так, чтобы на экране осциллографа наблюдалась простейшая устойчивая фигура, примерные виды которой при разных фазовых сдвигах показаны в табл. 4.1. Форма фигур Лиссажу зависит от отношения частот m/n и начальных фаз сравниваемых колебаний.

Соотношение частот двух гармонических колебаний может быть определено как отношение числа точек пересечения фигуры Лиссажу m по вертикали к числу точек пересечения n по горизонтали. Например, из рис. 4.7 легко видеть, что это отношение равно:

f_x = f_o = m/n = 2/4 = 1/2. Отсюда измеряемую частоту определяют как;f_x = f₀/2.

Рисунок 4.7 К определению отношения частот

Точность данного метода определения частоты гармонического колебания оказывается достаточно высокой и определяется стабильностью образцового генератора, однако получение и наблюдение таких фигур - достаточно сложная измерительная задача.