5. 6. Цифровые генераторы сигналов специальной формы

Генераторы сигналов специальной формы вырабатывают одиночные или периодические сигналы пилообразной, треугольной, трапецеидальной, колоколообразной, синусоидальной формы и т. п. Простые и дешевые генераторы специальной формы выполняют на основе интеграторов с нелинейной обратной связью через какой-либо пороговый элемент с гистерезисом. Постоянное напряжение в процессе интегрирования формируется в линейно изменяющееся напряжение, которое после определенного значения меняет знак. На выходе генератора формируется симметричное треугольное напряжение, которое затем можно преобразовать в сигнал другой формы. Такие генераторы просты и дешевы, однако обеспечивают ограниченный набор формируемых сигналов, имеют невысокую точность и стабильность.

Для формирования сигналов произвольной формы применяют функциональные генераторы, работающие на основе кусочно-линейного синтеза непосредственно самого сигнала. В основе таких устройств лежит генератор линейно изменяющегося напряжения, длительность и амплитуду которого можно изменять. Сигнал любой произвольной формы можно получить из серии элементарных линейно изменяющихся сигналов. Из заранее заданного набора дискретных значений в цифровое запоминающее устройство (ЗУ) вводятся параметры (длительность и амплитуда) каждого элементарного сигнала, в конце цикла формируется специальный сигнал возврата к началу, что позволяет получить исходное значение сигнала. Работой генератора управляет микропроцессор.

Тактовая частота работы генератора (рис. 5.10) задается кварцевым генератором, обеспечивающим высокую стабильность частотно-временных параметров сигнала.

Рис. 5.10. Схема генератора специальной формы

Сформированные в формирователе адреса кодовые сигналы подаются на ЗУ, в котором записаны коды дискретных отсчетов заданного сигнала. В результате последовательного опроса ячеек ЗУ на его выходе появляется последовательность цифровых сигналов, которая с помощью ЦАП преобразуется в аналоговый сигнал заданной формы. Нижняя частота генерируемого сигнала ничем не ограничена, а максимальная частота определяется быстродействием ЦАП. Характеристики точности генератора по выходному напряжению определяются объемом памяти, разрядностью ЗУ и характеристиками ЦАП.

Использование микропроцессоров в цифровых генераторах расширяет набор синтезируемых сигналов, позволяет корректировать параметры сигнала, получать высокую точность и временную стабильность.

Генераторы с программным управлением обеспечивают работу по предварительно записанной в памяти программе, дистанционное управление выходным напряжением и частотой в двоично-десятичном коде, запуск цифровых приборов синхроимпульсом и др.

6. Электронные осциллографы

Осциллограф– прибор, предназначенный для наблюдения формы и измерения амплитудных и временных параметров электрических сигналов в диапазоне частот от постоянного тока до десятков гигагерц.

Применяемые в настоящее время осциллографы можно разделить на светолучевые аналоговые; электронно-лучевые аналоговые; электронные цифровые.

Светолучевые осциллографы регистрируют электрические сигналы световым лучом на специальных светочувствительных носителях.

Электронно-лучевые осциллографы (ЭЛО) – устройства, в которых основным элементом является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с электростатическим управлением луча и люминесцирующим экраном. Для преобразования исследуемого сигнала в видимое изображение на экране электронный луч перемещается в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

По назначению различают следующие виды осциллографов:

• С1 – универсальные моноблочного исполнения и со сменными блоками;

• С7 – скоростные и стробоскопические;

• С8 – запоминающие;

• С9 – специальные – для исследования телевизионных сигналов, медицинских целей и др.

По количеству одновременно исследуемых сигналов электронно-лучевые осциллографы разделяются на однолучевые, двухлучевые, двухканальные, многолучевые, многоканальные.

В многолучевом осциллографе ЭЛТ имеет два или более электронных лучей, управляемых отдельно или совместно. В многоканальном осциллографе имеется специальное устройство – коммутатор, позволяющий получать изображение двух или более сигналов, поступающих по нескольким каналам, на экране однолучевой ЭЛТ.

Электронно-цифровые осциллографы, в которых отсутствует ЭЛТ, в канале вертикального отклонения имеют аналого-цифровой преобразователь (АЦП), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), а в канале горизонтального отклонения – генератор тактов временной выборки дискретных сигналов. Изображение выводится на экран жидкокристаллического дисплея. Управление осциллографом осуществляется микропроцессором.

Электронные осциллографы характеризуются рядом технических и метрологических характеристик. К наиболее важным относятся:

• - чувствительность по каналам YиX(мм/В);

• - полоса пропускания, т.е. диапазон частот, в пределах которого коэффициент усиления канала Y уменьшается не более чем на 3 дБ по отношению к некоторой опорной частоте;

• - диапазон изменения длительности развертки;

• - входное сопротивление и входная емкость канала Y;

• - параметры, характеризующие погрешности измерения напряжения и интервалов времени.