3.5. Стробоскопическое преобразование и цифровые осциллографы

Повторяющиеся электрические сигналы можно исследовать стробоскопическим методом, особенно плодотворным при наблюдении широкополосных сигналов и колебаний СВЧ, когда форма сигнала воспроизводится по отдельным выборкам его значений. Стробоскопические осциллографы позволяют воспроизводить форму колебаний со спектрами, простирающимися до десятков гигагерц, что на один-два порядка больше частотного предела обычных осциллографов.

В основу метода положено стробоскопическое преобразование происходящее при взаимодействии двух колебаний, близких по частоте повторения. Одно из колебаний представляет собой последовательность коротких стробирующих импульсов U_и, вырабатываемых специальным генератором. Вместе с исследуемым напряжением U_х стробирующие импульсы поступают на преобразователь. Период повторения стробирующих импульсов Т_с (рис. 3.7, б) выбирается несколько больше периода повторения Т_х импульсов исследуемого напряжения, таким, чтобы разность t_c = Т_с - Т_х оставалась постоянной. Следовательно, положение очередного стробирующего импульса относительно начала соответствующего импульса исследуемого напряжения меняется: за период Т_с стробирующий импульс смещается на интервал времени t_c, называемый шагом считывания.

Спомощью преобразователя амплитуда стробирующих импульсов модулируется напряжениемU_х в моменты прихода стробирующих импульсов, т. е. происходит считывание значения U_х. Кроме того, в преобразователе происходит некоторое расширение модулированных по амплитуде стробирующих импульсов. Амплитуды импульсов напряжения U_п на выходе преобразователя пропорциональны значениям U_х при очередном считывании и информация содержится в амплитуде, а не форме сигнала.

Рис. 3.7. Стробоскопическая приставка к осцилографу

а – структурная схема; б – временные диаграммы

Стробоскопическая приставка к осциллографу, состоящая из устройства автоматического сдвига стробирующих импульсов и преобразователя, работает следующим образом. Синхронизирующие импульсы U_синх одновременно запускают генератор развертки осциллографа и генератор быстрого пилообразного напряжения. Напряжение развертки с помощью блока СРВ сравнивается с быстрым пилообразным напряжением . В момент их равенства на выходе этого блока возникает импульс, который прерывает работу генератора быстрого пилообразного напряжения и запускает генератор стробирующих импульсов. При периодическом исследуемом напряжении сдвиги стробирующих импульсов относительно синхронизирующих импульсов ас, а'с', ас" (рис. 3.7, б) линейно нарастают во времени, как это следует из подобия треугольников абс, а'б'с', а''б»с». Это значит, что шаг считывания t_c постоянен. Расширенные импульсы с выхода преобразователя подаются на усилитель вертикально отклоняющего напряжения универсального осциллографа.

Основные достоинства стробоскопических осциллографов:

1. Широкий диапазон входных сигналов.

2. Высокая чувствительность, так как усиление сигнала производится в низкочастотных усилителях.

3. При дискретизации во времени снижается влияние шумов.

Стробоскопическая приставка расширяет не только частотный диапазон универсального осциллографа, но также широко применяется для дискретизации во времени в цифровых осциллографах.