5.2Вимірювання часових параметрів електрорадіотехнічних сигналів

Часовими параметрами електрорадіотехнічних сигналів є: період сигналу, тривалість імпульсів, тривалість фронтів імпульсів, інтервал між імпульсами і т.д.

Найчастіше вимірювання часових параметрів сигналів здійснюють методом каліброваної шкали і методом яскравих поміток.

При вимірюваннях методом каліброваної шкали вимірюваний сигнал подають у КВВ і зміною положення перемикача коефіцієнта розгортки намагаються, щоб вимірювана частина зображення сигналу займала всю ширину екрану ЕПТ, далі вимірюють лінійний розмір, сигналу _. Шукане значення вимірюваного часового інтервалу обчислюють за формулою:

, (12.11)

де — значення множника розтягування розгортки.

Наприклад, при вимірюванні тривалості імпульсу його зображення , , , тоді .

Похибка даного методу висока і складає 5...10 %.

Як і при вимірюванні амплітудних параметрів, похибка вимірювання часових параметрів сигналів визначається декількома чинниками: похибкою коефіцієнта розгортки, нелінійністю часової розгортки, похибкою візуального відліку та ін.

Похибку вимірювання тривалості імпульсів прямокутної форми рекомендується визначити із врахуванням наступних похибок: неточність визначення рівня амплітуди імпульсу, візуальна похибка , похибка коефіцієнта розгортки :

, (12.12)

де ; ; — кут між фронтом імпульсу і вертикаллю; — кут між спадом імпульсу і вертикаллю; — розмір зображення по горизонталі на рівні мм.

Систематична похибка, пов’язана з кінцевим часом наростання і спаду перехідної характеристики КВВ осцилографа при вимірюванні імпульсів, тривалість фронтів, які зумовлені наростанням перехідної характеристики, може бути усунена з врахуванням формули (12.12).

Для зменшення похибки вимірювання часових параметрів сигналів застосовують метод порівняння вимірюваного часового інтервалу з відомим періодом каліброваного сигналу. Якщо на вимірюваній частині зображення сигналу укладається міток, то вимірюваний часовий інтервал .

5.3 Вимірювання частоти сигналу

Вимірювання основної фізичної величини - часу і її похідну - частоту лежить в основі більшості вимірювальних завдань, що вирішуються суспільством в процесі наукової і виробничої діяльності.

Вимірювання частоти - одне з найважливіших завдань вимірювальної техніки. Наявність високоточних еталонів визначає можливість вимірювання частоти з похибкою ±510^-10, що значно точніше за інші радіотехнічні вимірювання.

Параметр періодичного сигналу, що характеризує найменший інтервал часу, через який повторюються його миттєві значения, називають періодом Т. Величина, зворотна періоду, називається частотою: f=1/T. Одиницею вимірювання частоти є герц(1 Гц=1 с^-1, тому одиниця частоти визначається прийнятим розміром одиниць часу). Часто застосовуються кратні одиниці: кілогерц(10³ Гц), мегагерц(10⁶ Гц), гігагерц(10⁹ Гц), терагерц(10¹² Гц).

Разом з поняттям частоти f, в радіотехніці часто використовують поняття довжини хвилі . Частота і довжина хвилі у вільному просторі ₀ пов'язані співвідношенням: f=с/₀, де с  310⁸ м/с - швидкість світла у вакуумі.

У практиці електрорадіовимірювання у більшості випадків вимірюють частоту змінної напруги, рідше вимірюють період, в діапазоні НВЧ - довжину хвилі.

Основними методами вимірювання низьких частот є методи порівняння, заряду і розряду конденсатора, мостові.

Методи порівняння. Серед осцилографічних методів вимірювання частоти найширше застосування в практиці знайшли два методи: фігур Ліс­сажу і колової розгортки. Цими методами можна вимірювати як частоту синусоїдних коливань, так і частоту імпульсів.

В

Рис. 12.16

Рис. 12.17

имірювання частоти синусоїдної напруги методом фігур Ліссажу - осцилографічні методи порівняння частот (мал. 12.16). При вимкненій напрузі розгортки на вхід вертикального підсилювача осцилографа подають напругу від зразкового генератора Gl, а на вхід горизонтального відхилення - від генератора, частота коливань якого вимірюється. Зображення, що виникає на екрані, носить назву "Фігури Лісажу" (мал. 12.17). Для визначення співвідношення між частотами треба умовно провести гори­зонтальну і вертикальну прямі, які б перетиналися з лініями фігури, але не проходили через вузли, і підраховують максимально можливе число перетинів фігури з вертикальною віссю n_у і з горизонтальною віссю п_х.

ЗАДАЧА № 1 Знайти невідому частоту, за отриманою фігурою Ліссажу, якщо відомо, що задана частота дорівнює 150 Гц.
ЗАДАЧА № 2 Знайти невідому частоту, за отриманою фігурою Ліссажу, якщо відомо, що задана частота дорівнює 400 Гц.
ЗАДАЧА № 3 Знайти невідому частоту, за отриманою фігурою Ліссажу, якщо відомо, що задана частота дорівнює 5 кГц.

Зручнішим варіантом осцилографічного методу порівняння частот є метод модуляції яскравості зображення з використанням кругової розгортки (мал. 12.18).

Метод колової розгортки. Для визначення частоти f_x при коловій (еліптичній) розгортці з напруги зразкової частоти f₀ формують дві напруги, зсунуті на кут 90°, що надходять на обидва входи осцилографа. Електронний промінь описує на екрані осцилографа траєкторію у вигляді кола за час, що дорівнює періоду зразкової частоти. Напруга невідомої частоти подається на модулятор електронно-про­меневої трубки, що призводить до модуляції яскравості зображення на екрані. В додатний півперіод напруги f_x яскравість на екрані збільшиться, а у від'ємний зменшиться. Якщо частоти f₀ і f_x рівні, то одна половина кола на екрані буде темна, а друга світла рис. 12.18, а).

Якщо f_x > f₀, то розгортка стає пунктирною (рис. 12.18, б) і буде нерухомою тільки при виконанні умови кратності частот f₀ та f_x. Вимірювана частота визначається з умови f_x = nf₀, де n — число темних або світлих рисок на коловій розгортці.

Рис. 12.18. Визначення кратності частот методом колової розгортки.

Якщо f_x  f_0, то джерела цих частот слід поміняти місцями. Похибка вимірювання цими методами практично дорівнює похибці калібрування генератора, прийнятого за зразковий.