5.5. Осциллографирование непрерывных и импульсных сигналов

Поскольку основным требованием, предъявляемым к каждо­му измерительному прибору, является минимальная погрешность измерения, то при выборе осциллографа следует в первую оче­редь обратить внимание на его такие технические характеристи­ки, как частотный диапазон, чувствительность, размер экрана. При этом изображение должно занимать центральную часть эк­рана и составлять 70...80 % его площади. Ширина луча должна быть минимальной при достаточной яркости. Надо иметь в виду и входные параметры осциллографа. Так, у некоторых осцилло­графов входное сопротивление порядка 1 МОм, что может оказы­вать шунтирующее действие на высокоомную исследуемую схе­му. То же неблагоприятное действие оказывает и входная емкость, которая вместе с емкостью соединительных кабелей мо­жет составить несколько десятков пикофарад. При измерении импульсов и напряжений высоких частот для соединений источ­ников сигналов и внешних генераторов с осциллографом исполь­зуют специальные высокочастотные кабели.

Измерение амплитуды и временных параметров сигнала

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

Рис. 5.13. Определение параметров сигнала с помощью масштабной сетки

Иллюстрация данного метода измерения представ­лена на рис. 5.13, где пока­заны периодические сигна­лы. Параметры импульсов определяют следующим об­разом: U_p = С_у 1_y; U_p — раз­мах (амплитуда импульса); С_у — цена деления сетки по вертикали, В/дел; Т = С_х L_x — период следования им­пульсов; _п = С_х 1_x — дли­тельность импульса; С_x — цена деления сетки по гори­зонтали, с/дел; l_У, L_X,l_X — выражены в делениях сетки.

П огрешность 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. 5.14). Реальная погрешность метода составляет порядка 10 % и зависит от количества меток. Калибровочные метки из­вестной частоты наносятся на изображение сигнала длительностью т_и путем модуляции яркости луча, т.е. подачей на сетку ЭЛТ напря­жения известной частоты f₀ = 1/Т₀. При этом длительность сигнала _и = пТ₀, где п — количество калибровочных меток.

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 ос­циллографа отключают) поступают колебания измеряемой часто­ты f_x. Частоту f₀ образцового генератора подстраивают так, чтобы на экране осциллографа наблюдалась простейшая устойчивая фи­гура, примерные виды которой при разных фазовых сдвигах пока­заны в табл. 5.1. Форма фигур Лиссажу зависит от отношения час­тот т/п и начальных фаз сравниваемых колебаний.

Соотношение частот двух гармонических колебаний может быть определено как отношение числа точек пересечения фигуры Лиссажу т по вертикали к числу точек пересечения п по горизон­тали. Например, из рис. 5.15 легко видеть, что это отношение равно:

Т аблица 5.1. Интерференционные фигуры (фигуры Лиссажу)

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

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