1. Приборы для анализа характеристик сигналов

К характеристикам сигналов относятся форма, спектр, нелинейные искажения, и приборы для их анализа (исследования) представляют одну из наиболее распространенных групп АИП. В эту группу приборов входят: осциллографы различных видов; измерители нелинейных искажений; анализаторы спект-ра и др.

Осциллографы

Осциллографы являются одними из наиболее распространенных и универсальных измерительных приборов.

Основные характеристики осциллографов

Наиболее важными с точки зрения применения осциллографа являются следующие его технические характеристики:

полоса пропускания – это диапазон частот, в котором АЧХ имеет спад не более 3 дБ относительно значения на опорной частоте;

– чувствительность – отношение видимого отклонения луча в миллиметрах к значению вызвавшего его входного сигнала в вольтах или милливольтах

(5.1)

– коэффициент отклонения – величина обратная чувствительности

(5.2)

и имеющая размерность В/мм; В/дел; мВ/мм; мВ/дел;

– погрешность коэффициента отклонения определяется по формуле

(5.3)

– длительность разверток – это время прямого хода развертки, за которое луч пробегает всю рабочую часть экрана в горизонтальном направлении.

Длительность прямого хода развертки задается в осциллографе коэффициентом развертки;

– коэффициент развертки – отношение длительности прямого хода развертки Т_П к длине перемещения луча на экране в течение времени Т_П

(5.4)

Коэффициент развертки имеет размерность с/мм; с/дел; мс/мм; мс/дел; мкс/мм; мкс/дел;

– погрешность коэффициента развертки определяется по формуле

(5.5)

– параметры входов – входное сопротивление; входная емкость, параллельная входному сопротивлению;

параметры качества воспроизведения импульсного сигнала:

– время нарастания переходной характеристики (ПХ) – время нарастания изображения от уровня 0,1 до уровня 0,9 амплитуды импульса;

– величина выброса на ПХ

(5.6)

где l_B – амплитуда изображения выброса; l_И – амплитуда изображения импульса;

– погрешность измерения напряжения;

– погрешность измерения длительности временных интервалов.

По принципу действия осциллографы разделяются на электромеханические и электронно-лучевые.

Электромеханический (светолучевой) осциллограф

Принцип действия электромеханических (светолучевых) осциллографов основан на фотографической регистрации световым лучом (светолучевых осциллографов (СЛО)) показаний магнитоэлектрического гальванометра специальной конструкции.

Упрощенное устройство СЛО показано на рис. а. Луч света, проходя через систему линз (на рис. а не показана) и трехгранную призму 2, попадает на зеркальце гальванометра 3. Часть отраженного от зеркальца светового луча, проходя через призму 4, направляется на поверхность многогранного зеркального барабана 5 и, отражаясь от него, попадает на поверхность матового стеклянного экрана 6. Другая часть светового луча проходит через цилиндрическую линзу 7, которая фокусирует его на поверхность фотопленки или светочувствительной бумаги 8.

	б
а	в
Рис. 5.1

При пропускании через гальванометр 3 переменного тока i(t) подвижная часть гальванометра будет совершать колебания. Если барабан 5 и фотопленка 8 будут неподвижны, то на них (на фотопленке после проявления) будет наблюдаться световая (темная) полоса. Если барабан 5 будет вращаться с постоянной скоростью (частотой), при которой время поворота зеркального барабана на угол β равно kT (k – целое число; Т – период исследуемого сигнала), то на матовом экране 7 появится неподвижная кривая тока, подаваемого на гальванометр 3. Так как частота исследуемого тока может быть различной, в осциллографе предусматривается регулировка частоты вращения зеркального барабана 5.

Перемещение луча по экрану вдоль оси времени называется разверткой.

В светолучевом осциллографе развертка осуществляется перемещением носителя (например, фотопленки, светочувствительной бумаги), в результате чего на носителе будет зафиксирована кривая процесса – осциллограмма (рис. б).

Масштаб по оси ординат кривой зависит от чувствительности гальванометра. Масштаб по оси времени определяется по одновременно записанной осциллограмме сигнала известной частоты (рис. в).

Достоинством светолучевых осциллографов является возможность одновременно наблюдать и регистрировать несколько процессов (до 50 процессов).

К недостаткам следует отнести: необходимость достаточно сложной оптической системы, чувствительность к механическим воздействиям, низкий частотный диапазон регистрируемых сигналов (до 30 кГц).

Для фотозаписи быстропротекающих процессов используются СЛО с электронно-лучевыми трубками, работающие в диапазоне до 100 кГц.

Погрешности СЛО обусловлены нелинейностью токовой характеристики гальванометра; температурными и механическими воздействиями на ИМ; изменением частоты входного сигнала; непостоянством скорости носителя. К погрешностям СЛО относится также погрешность расшифровки осциллограмм.

Погрешность СЛО достигает единиц процентов.

В таблице Таблица 5 .1 представлены характеристики некоторых светолучевых осциллографов.

Таблица 5.1

Тип	Число каналов	Рабочая полоса частот, Гц
Н117/1	18	0–1,7 кГц
Н043.2	24	0–5 кГц