5 Вимірювання параметрів сигналів за допомогою універсального осциллографа
5.1 Вимірювання амплітудних параметрів сигналів
Універсальний електронний осцилограф дозволяє вимірювати значення постійного, змінного і імпульсного сигналів. Вимірювання здійснюється в амплітудних значеннях напруги електричного струму. При цьому вимірюваний сигнал подається на вхід каналу вертикального відхилення променя ЕПТ.
Широкого
розповсюдження при вимірюванні напруг
досліджуваних сигналів отримав метод
каліброваної шкали. Він має в основі
лінійну залежність між значенням напруги
сигналу, поданого на вхід каналу, і
розміром його зображення на екрані ЕПТ
(у мм, поділках шкали). В цьому випадку
при вимірюванні напруги шляхом зміни
коефіцієнта відхилення
досягають одержання розміру зображення
сигналу
у межах шкали
ЕПТ і вимірюють його. При відкаліброваному
підсилювачі вертикального відхилення
виміряну напругу обчислюють за формулою:
(12.6)
Наприклад,
,
,
тоді
При даному вимірюванні генератор
розгортки може бути відімкнений. Він
вмикається при необхідності оцінити
форму досліджуваної напруги.
Похибка вимірювання амплітудних параметрів сигналів (напруг) розглянутим методом складає 5...10 %. Вона визначається рядом чинників. Основними з них є: частотні і нелінійні спотворення КВВ, похибка коефіцієнта відхилення, похибка візуального відліку та ін. Однакові значення зазначених чинників, що спотворюють, неоднаково проявляються при дослідженні різних форм сигналів, тому дати єдину кількісну оцінку їх впливу важко. Однак деякі складові похибки вимірювання напруг можна виключити або врахувати при обробці результатів вимірювань.
Систематична похибка, викликана нерівномірністю АЧХ КВВ осцилографа, може бути врахована на основі відомого аналітичного виразу, що описує частотну характеристику більшості сучасних осцилографів:
. (12.7)
Виключити
зазначену систематичну похибка можна
через поправочний множник
,
який визначається за формулою (12.7)
враховуючи частоту вимірюваного сигналу
і верхню граничну частоту КВВ —
.
Систематична похибка, викликана увімкненням осцилографа у вимірюваний ланцюг, за фізичною природою аналогічна похибці при увімкненні вольтметрів (див. розд. 12.3).
Випадкова відносна візуальна похибка вимірювання імпульсної напруги, що виникає при знятті показів із осцилографа, може бути визначена за формулою:
, (12.8)
де
— ширина променя, мм;
— розмір
зображення по вертикалі, мм.
Повну
наближену відносну похибку вимірювання
амплітуди прямокутних імпульсів
прийнято
визначати за формулою:
, (12.9)
де
— похибка коефіцієнта відхилення,
— похибка через нерівномірність
перехідної характеристики КВВ, %.
Значення
і
,
як правило,
наводять в технічній документації
конкретних осцилографів. Крім того,
наводять дані про статистичну похибку
вимірювання напруги осцилографом
для певних
розмірів осцилограм. Слід зазначити,
що похибка
значно
зменшується із збільшенням розмірів
осцилограми на ЕПТ, що необхідно
враховувати при проведенні вимірювань.
Більш
висока точність вимірювань забезпечується
при використанні методу заміщення
(похибка 1...3 %). В цьому випадку вимірювання
здійснюється в два етапи. На першому
етапі на ЕПТ одержують зображення
досліджуваного сигналу і вимірюють
його лінійний розмір
.
На другому
етапі вимірюваний сигнал заміняють
відомою (каліброваною) напругою
і, змінюючи
його, досягають розміру зображення
каліброваного сигналу
,
рівного або кратного розміру зображення
;
тоді шукане
значення напруги сигналу знаходять за
формулою:
. (12.10)
Як калібрований сигнал може використовуватися власний калібратор напруги осцилографа або зовнішнє джерело При використанні даного методу усувається похибка, викликана нелінійністю КВВ.
Для зменшення похибки вимірювання напруги використовується також компенсаційний метод. При даному методі на вхід підсилювача КВВ подається досліджуваний сигнал і регульована постійна напруга. Змінюючи постійну напругу, досягають зсуву зображення досліджуваного сигналу по вертикалі на величину, рівну амплітуді цього сигналу. Відлік величини амплітуди сигналу здійснюється за показами вольтметра, що вимірює зміну постійної напруги. При використанні даного методу також усувається похибка, викликана нелінійністю КВВ.