Контрольные вопросы

1. Принцип действия, параметры и основные режимы работы запоминающего осциллографа.

2. Каковы особенности осциллографирования импульсов наносекундной длительности?

3. В чем заключается принцип стробоскопического осциллографирования быстротекущих процессов?

4. Какие требования предъявляют к осциллографу при измерении импульсных сигналов?

5. Поясните принцип построения цифровых осциллографов.

6. Из каких основных узлов состоит цифровой осциллограф?

7. Назовите основные параметры и характеристики современного цифрового осциллографа.

Раздел 5 Измерение параметров сигналов

Тема 5.1 Измерение частоты и временных интервалов

5.1.1 Общие сведения

Частота f или период Т относятся к основным параметрам любого гармонического или периодического процесса. В общем случае под частотой понимают число идентичных событий, происходящих за единицу времени. Для периодических, но не гармонических колебаний строго справедливо лишь понятие периода. Однако и в этом случае часто говорят о частоте, понимая под этим величину, обратную периоду.

Единица циклической частоты f -герц (Гц) - соответствует одному колебанию за 1с. Исторически в радиотехнике высокие частоты принято обозначать буквой f, а низкие - F.

Известно, что гармонический сигнал записывается в следующем виде:

u(t) = U_m cos(ωt + φ₀) = Ucosφ(t), (5.1)

где U_m - амплитуда; ω - угловая (круговая) частота; φ₀ - начальная фаза; φ(t) = ωt+φ₀ - полная (текущая, мгновенная) фаза.

Угловая частота ω = 2πf выражается в рад/с и равна изменению текущей фазы сигнала φ(t) за единицу времени (секунду). Угловая частота записывается для высоких и низких частот соответственно как ω = 2πf и Ω = 2πF. Для гармонических сигналов (частоту определяют числом переходов через ось времени (т.е. через нуль) за единицу времени.

При непостоянстве частоты используется понятие мгновенной угловой частоты ω(t) = dφ(t)/dt = 2πf(t), где f(t) - мгновенная циклическая частота. В настоящем разделе при описании методов измерения частоты имеется в виду ее среднее значение за время измерения. Различают также долговременную и кратковременную нестабильности частоты, связанные соответственно с постоянным изменением частоты за длительный и короткий интервалы времени и с ее флуктуационными изменениями. Граница между этими нестабильностями условна и задается путем указания времени измерения.

Интервал времени Δt - время, прошедшее между моментами двух последовательных событий. К числу таких интервалов относятся, например, период колебаний, длительность импульса или интервала, определяемая разносом по времени двух импульсов.

Периодом Т называют интервал времени, через который регулярно повторяются мгновенные значения гармонического или периодического сигнала u(t). Отсюда следует, что u(t) = u(t +nT),

где n = 1, 2, 3, ... .

Для гармонического сигнала, например для u(t) = U_msin(2πt/T) = U_msinφ(t), период колебания T можно также определить, как интервал времени, в течение которого фаза сигнала φ(t) (в радианах) изменяется на 2π.

Частота f и период любого периодического колебания Т связаны формулой f= 1/Т, и поэтому измерение одной величины можно заменить другой. На практике чаще измеряют частоту.

Аппаратура для частотно-временных измерений образует единый комплекс приборов, обеспечивающий возможность проведения измерений с непосредственной их привязкой к Государственному эталону частоты и времени. Это фактически гарантирует возможность принципиально высокой точности измерений.

Основными измерительными приборами и средствами частотно-временных измерений являются осциллографы, частотомеры резонансные, цифровые измерители частоты и интервалов времени пр.

В зависимости от участка частотного спектра и допустимой погрешности для измерения частоты используют различные способы и приемы измерения, основанные на методах сравнения и непосредственной оценки.

В методах сравнения (резонансный, гетеродинный и осциллграфический) измеряемую частоту сравнивают с частотой источника образцовых колебаний. Эти методы применяют в основном для градуировки генераторов измерительных приборов. Для их реализации необходим образцовый генератор более высокой точности и устройство сравнения (сличения) частот.

К осциллографическим методам относят:

• определение частоты методом фигур Лиссажу;

• определение интервалов времени (периода, длительности импульса или пачки импульсов и т.д.) с использованием калиброванной развертки осциллографа;

• определение частоты с помощью яркостных меток на круговой развертке.