MSS / Лекционный материал / Литература / Сухарев А.А. Измерение параметров электрических сигналов
.pdf
УДК 621.382
Измерение параметров электрических сигналов
Сухарев А.А.
К электрическим сигналам относят сигналы (т.е. изменения параметров) напряжения и тока, наблюдаемые с помощью электронных осциллографов и анализаторов спектра. Также к приборам измерения параметров сигналов относят ряд вольтметров переменного тока (пиковых, средневыпрямленных и среднеквадратических значений), частотомеры и измерители периода, измерители уровня мощности сигнала (падающей и отраженной), измерители параметров модуляции (амплитудной и угловой), измерители нелинейных искажений (коэффициента гармоник) и измерители соотношения сигнал/шум. Наиболее распространены измерения с помощью осциллографов и вольтметров переменного тока, реже с использованием остальных средств измерения.
Классификация электрических сигналов
Все электрические сигналы по возможности точного предсказания их мгновенных значений в любой момент времени подразделяют на детерминированные или регулярные (определенной формы, с возможностью предсказания) и случайные или нерегулярные (для которых предсказание невозможно).
Детерминированные сигналы, в свою очередь, разделяют на периодические (повторяющиеся во времени с периодом T ) и непериодические (импульсные).
По форме представления во времени сигналы разделяют на непрерывные или аналоговые u ( t ) (существуют в любой момент времени) и дискретные u ( k T0 ) (существуют только в фиксированные интервалы времени). По уровню допустимых значений сигналы подразделяются на аналоговые (значения напряжения/тока могут принимать любые значения) и квантованные uкв ( t ) (значения напря-
жения/тока могут принимать только ряд фиксированных значений), см. рис. 1, сигналы дискретизированные по времени и квантованные по уровню также называют цифровыми (по способу описания сигналов).
Рис. 1 Аналоговый, дискретный и квантованный сигналы
Наиболее часто встречающиеся виды периодических сигналов: синусоидальный (гармонический), прямоугольный, треугольный.
По виду моделей представления (описания) электрического сигнала различают две наиболее распространенные формы: временная, в виде функции времени, и спектральная, в виде функции изменения спектральных составляющих. Эти две формы сигнала однозначно связаны между собой с помощью прямого и обратного преобразования Фурье, см. рис. 2 ниже.
|
|
1 |
|
|
|
Прямое и обратное преобразование Фурье: S( ) u ( t ) e j t dt |
и u ( t ) |
|
S ( ) e j t d . |
||
2 |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
Рис. 2 Аналоговый и спектральный сигналы
Модель гармонического сигнала u ( t ) Um sin t 0 , где
u ( t ) – мгновенное значения напряжения, U m – пиковое значения напряжения, 2 f – угловая частота, 0 – начальная фаза сигнала, f – частота периодического напряжения и его период T , свя-
занные соотношением f |
1 |
. |
|
|
|
|
|
||
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
Модель дискретизированного сигнала u ( k T0 ) |
u( t ) ( t kT0 ) dt , |
|
||
|
|
|
|
|
где ( t ) – единичный импульс или функция Дирака (обладающая свойством |
|
|||
( t ) dt 1 в точке |
||||
t 0 ), u( k T0 ) – дискретизированное напряжение, T0 – период дискретизации, k – номер отсчета
(меняется от 1 до n).
Модель однополярных (прямоугольных) импульсов характеризуется последовательностью логических 1 (единиц) и 0 (нулей). Соотношение длительности таких импульсов и его периода T назы-
вается коэффициентом заполнения D T , а обратное соотношение – скважностью Q T .
Рис. 3 Измерения параметров импульса
Осциллографические методы
Осциллограф – это прибор для наблюдения и измерения параметров сигналов, меняющихся во времени (это т.н. амплитудно–временные измерения), сравнения частот и сигналов, измерения фазовых сдвигов (это т.н. векторные измерения).
Основу классического осциллографа, см. рис. 4, составляет электронно–лучевая трубка (электро– вакуумный прибор с электростатической фокусировкой и электростатическим отклонением). При подогреве катода с него вылетают электроны, интенсивность потока которых (определяющего яркость свечения) регулирует напряжение на модуляторе. Два последующих анода и фокусирующий электрод образуют электростатическую линзу (формирующую размер пятна апертуры), после которой поток электронов отклоняется в электростатическом поле вертикально– (Y), а затем горизонтально отклоняющих (X) пластин, и может попасть на любую точку экрана, изнутри покрытого люминофором (на основе соединений фосфора), светящегося какое–то время после его возбуждения пучком электронов. Также осциллограф, см. рис. 4, обычно содержит блок питания, ряд блоков кана-
ла вертикального отклонения (Y), блоки канала развертки/горизонтального отклонения, блок синхронизации развертки, схему гашения обратного хода и, как правило, встроенный калибратор амплитуды и длительности (на рис. отсутствует). Канал управления яркостью (цепь катода) иногда имеет собственный вход, обозначаемый Z.
Y |
|
1 |
дБ |
|
|
|
|
|
1:1 |
+Е |
|
|
|
|
1:10 |
-20дБ |
2 |
|
3
БП
X
4 |
t |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
ф |
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
от сети |
|
к |
|
|
|
Вид синхронизации: |
|
|
|
|||
1 и 2 внешняя, 3 внутр., |
м |
|
|
|||
|
|
|
|
|
а2 |
|
1 2 3 4 |
4 от сети |
|
а1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
G |
5 |
F T |
9 |
Z |
|
|
|
|
|
|
|||
G |
6 |
|
+E |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
11 |
|
|
|
|
|
|
||
развертка / X
Рис. 4 Структурная схема однолучевого осциллографа. Обозначения: 1 – аттенюатор, 2 – делитель входа внешней синхронизации, 3 – блок питания, 4 – усилитель канала Y со смещением луча по вертикали, 5 – схема запуска генератора развертки 6, 7 – линия задержки, 8 – усилитель с дифференциальным выходом канала Y, 9 – схема гашения обратного хода, 10 – усилитель канала X со смещением луча по горизонтали, 11 – усилитель с дифференциальным выходом канала X, 12 – электронно– лучевая трубка (ЭЛТ),
к– катод, м – модулятор, а1 и а2 – первый и второй анод, ф – фокусирующий электрод
Врежиме амплитудно–временных измерений исследуемый сигнал подается на вход канала вертикального отклонения Y, а на вход канала горизонтального отклонения подается пилообразная развертка, см. пример на рис. 5.1. При этом на экране во время прямого хода развертки (точки 1 – 11) формируется изображение временной функции исследуемого сигнала, а во время обратного хода (точки 11 – 13) формируется искаженная часть изображения, поэтому на время обратного хода изображение гасится. Условие, при котором формируемое на экране изображение остается неподвижным называется условием синхронизации. Подаваемое пилообразное напряжение может быть периодическим (режим периодической развертки) или одиночным (режим ждущей развертки), запускае-
мым по сигналу синхронизации. В первом случае условие синхронизации записывается как Tпр Tобр n Tc , а во втором как Tпр Tобр Tзад n Tc , где n – простое целое число, Tc – период
исследуемого сигнала, Tпр – время прямого хода (от точки 1 до точки 11), Tобр – время обратного хода (от точки 11 до точки 13), а Tз – переменное время задержки.
В режиме векторных измерений сравниваемые сигналы: образцовый и исследуемый подаются на входы X и Y. Формируемое таким образом изображение на экране, см. пример на рис. 5.2, позволяет измерять фазовый сдвиг между сигналами одинаковой частоты, сравнивать частоты сигналов и выявлять характерные зависимости между сложными периодическими сигналами.
|
3 |
|
|
|
|
11 UY 3 |
|
|
11 |
|
2 |
4 |
12 |
|
10 |
2 |
4 |
10 |
12 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
5 |
|
9 |
1 |
5 |
9 |
13 |
|
|
|
|
|
|||||
1,13 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
6 |
|
8 |
|
|
6 |
|
|
|
|
7 |
|
|
8 |
t |
||
1 |
2 |
|
|
|
|
UX |
|
7 |
|
|
3 4 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 7 8 |
1 |
|
9 |
|
10 |
13 |
11 |
|
12 |
||
t |
||
|
|
|
3,11 |
UY |
3 |
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
2,10 |
|
4,12 |
|
2 |
4 |
10 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,9 |
|
5,13 |
|
1 |
5 |
9 |
13 |
|
|
|
|
|||||
|
8 |
|
6 |
|
|
|
6 |
|
|
7 |
|
|
|
8 |
t |
||
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
2 |
|
|
UX |
|
|
7 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
||
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
5 |
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5 Формирование изображения на экране ЭЛТ при пилообразной развертке – 1, измерении фазового сдвига (сравнении частот) при векторных измерениях – 2.
Для определения времени нарастания (или спада) выделяют уровни 0.1 и 0.9 от установившегося значения в статическом режиме, как показано на рис. 6.1 (или на рис. 3). Постоянную времени определяют как время, необходимое для достижения уровня 0.63 (0.61) от установившегося значения, см. рис. 6.2, а время установления данных обычно определяют как 35 (от 3 для звена 2 порядка до 5 для звена 5 порядка) или как время, необходимое для достижения уровня 0.95 (0.99) от установившегося значения.
x/x |
уст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t нар |
|
x/xуст |
|
|
t |
|
|
Рис. 6 Примеры нахождения времени нарастания (1) и постоянной времени (2)
Измерения с применением вольтметром переменного тока
Вольтметр переменного тока – прибор, предназначенный для измерения напряжения переменного тока, периодически меняющегося во времени. Наиболее часто измеряемыми параметрами с его помощью являются: пиковое, средневыпрямленное и среднеквадратичное значения напряжения:
пиковое значение Um max u( t ) , которое находят с применением пиковых детекторов (положительного U m и отрицательного напряжения U m , которые обычно равны по величине);
|
1 |
T |
|||
средневыпрямленное значение напряжения UСВ |
|
u( t ) |
dt , получаемого на основе простого де- |
||
|
|||||
T |
|||||
|
0 |
|
|
||
тектирования сигнала (схемой мостового или однополупериодного выпрямителя) или с применением схем линейного детектирования (на основе схем с ОУ);
|
1 |
T |
|
среднеквадратичное значение напряжения UСКЗ |
u2 ( t ) dt , получаемого с применением спе- |
||
T |
|||
|
0 |
циальных преобразователей среднеквадратичных значений. Последнее значение, в практике измерений, также называют эффективным или действующим.
Вольтметры с дополнительными блоками преобразователей (для получения пикового, средневыпрямленного или среднеквадратичного значения), повторителя (для увеличения входного сопротив-
ления), фильтрами (для ограничения полосы наблюдаемых сигналов), аттенюаторами (для расширения диапазона измеряемых величин) относят к категории электронных, см. рис. 7.
K= Uвых = 1 |
|
1 |
2 |
|
3 |
PU |
Uвх |
Вход |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
дБ |
Фильтр |
Повт-ль |
|
V |
Uвх |
Uвых |
|
|
|
|
|
Рис. 7 Повторитель на ОУ и Электронный вольтметр (обозначения: 1 – аттенюатор, 2 – фильтр, 3 – повторитель и преобразователь)
Влияние формы используемого сигнала на результат измерения учитывают с применением коэффи-
циента амплитуды K |
А |
|
Um |
и коэффициента формы K |
Ф |
|
UСКЗ |
( K |
А |
K |
Ф |
|
Um |
). |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
UСКЗ |
|
|
|
|
|
UСВ |
|
|
UСКЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Справочные значения этих коэффициентов приведены в таблице 1 ниже. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл. 1 |
|
форма сигнала |
|
|
|
|
коэффициент амплитуды |
|
|
|
коэффициент формы |
|||||||||||||||||
|
синусоидальная |
|
|
|
|
K А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KФ |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||||
|
треугольная |
|
|
|
|
K А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KФ |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
прямоугольная |
|
|
|
|
K А 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
KФ 1 |
||||||||||||
Погрешность измерения напряжения вольтметром переменного тока
С увеличением частоты переменного тока все большее влияние на результат измерения начинает оказывать входная емкость прибора СВХ, включенная параллельно входному сопротивлению RВХ. Реактивное сопротивление емкости представляет собой частотно–зависимое сопротивление
Xc |
1 |
, |
|
||
j 2 f Cв х |
где j означает угол в 90 между током и напряжением на этом сопротивлении, см. рис. 8,
что с учетом входного сопротивления приводит к появлению комплексного входного импеданса
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
Rв х |
|
|
|
|
|
Zв х |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
1 j 2 |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
j 2 f Cв х |
|
f Cв х Rв х |
|
|
||||||
|
|
Rв х |
X c |
|
|
|
Rв х |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
или, если 2 f Cв х Rв х 1 (что справедливо на высоких частотах) |
|
|
|
1 |
|
|||||||||||
Zв х |
j 2 |
f Cв х |
. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
С учетом этого относительная методическая погрешность вольтметра переменного тока может быть
|
|
|
|
Z |
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
представлена как U |
|
|
|
|
|
|
|
или, при активном характере сопротивления генератора |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Z |
г Zв х |
|
|
|||
U |
Rг |
|
или U % |
Rг |
|
100% , |
||||
Rг |
|
|
|
Rг |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||||||
|
|
Zв х |
|
|
|
Zв х |
|
|
||
аналогично относительной методической погрешности вольтметра постоянного тока.
Rг
Rвх |
Свх |
|
|
|
|
U |
I |
Rг Xc U |
Rвх |
Рис. 8 Влияние входной емкости на переменном токе
Для снижения такой погрешности в переменнотоковых вольтметрах и осциллографах часто используют компенсированный аттенюатор (делитель напряжения), см. рис. 9. В этом случае напряжение на входе прибора уменьшается до величины
|
Z |
в х |
|
Z |
в х |
|
|
Rв х( 1 j 2 f Ci Ri ) |
|
|
Uпр |
|
|
Ui , где |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
Rв х( 1 j 2 f Ci Ri ) Ri ( 1 j 2 f Cв х Rв х ) |
|||||
|
Zi Zв х |
|
Zi Z |
в х |
|
|||||
Если подстроить величину емкости Сi правильно (оптимально), так чтобы выполнялось равенство
Ri Ci Rв х Cв х, то Uпр |
Rв х |
Ui , а отношение |
|
Ri Rв х |
|||
|
|
Rв х |
называют коэффициентом деления (обычно 1:10 или 1:100). |
|
Ri Rв х |
||
|
При этом во столько же раз снижается чувствительность прибора и уменьшается входная эквивалентная емкость. Правильность настройки Сi обычно проверяется визуально по испытательному сигналу меандра, см. рис.9.
|
Ci |
Прибор |
|
Zi |
Ci оптимально |
Вход |
|
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Ri |
|
|
|
|
|
|
Rвх Cвх |
|
|
Ci> |
Внешнее плечо |
Ui |
|
Zвх Uпр |
||
|
|
||||
делителя |
|
|
|
Сi< |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 9 Использование делителя напряжения для снижения общей входной емкости
Погрешности измерения параметров сигналов осциллографом
Осциллограф – прибор для наблюдения формы сигнала и измерения его параметров амплитуды и времени. Для аналогового осциллографа к основным причинам возникновения погрешностей измерения таких параметров относят:
влияние величины входного импеданса (сопротивление и емкость входа),
неравномерность амплитудно–частотной характеристики канала вертикального отклонения,
нелинейность пилообразной развертки,
размер сформированного изображения сигнала на экране осциллографа и
погрешности совмещения при оценке параметров амплитуды и времени.
Погрешность влияния величины входного емкостного импеданса осциллографа аналогична погрешности влияния входной емкости вольтметра переменного тока.
Погрешность, вызываемая неравномерностью амплитудно–частотной характеристики канала вертикального отклонения иллюстрируется рис. 10.
На рисунке видно, что для неравномерной АЧХ |
K( f ) |
Uв ых( f ) |
при постоянном UВХ на разных |
|
Uв х( f ) |
|
|||
частотах величина отклика сигнала отличается |
с относительной максимальной погрешностью |
|||
АЧХ % |
K |
100% , причем для т.н. "закрытого" входа погрешность на нижних частотах больше, |
|
Ko |
|
чем для "открытого" входа.
Отметим также, что в паспорте осциллографа для заданной полосы пропускания эта величина обыч-
|
|
K |
но нормируется и выражается в логарифмических единицах: дБ 20 lg 1 |
дБ. Для оценки ис- |
|
|
|
Ko |
кажений импульсного сигнала обычно пользуются не частотными характеристиками, а постоянной времени нарастания фронта ф , неравномерностью вершины gв и неравномерностью спада прямо-
угольного импульса gсп , которые связаны с полосой пропускания амплитудно–частотной характе-
ристики приближенными соотношениями |
|
|
0.35 |
и |
g |
|
/ g |
|
2 |
f |
|
, см. рис. 11.1, где |
ф |
|
сп |
o |
и |
||||||||
|
|
fв |
|
|
|
|
н |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f н и fв – нижняя и верхняя граничные частоты АЧХ вертикального канала отклонения.
K( f ) |
1 |
|
Ko |
Ko |
|
|
||
|
||
|
f |
|
f1 |
f2 |
K( f ) |
2 |
|
|
|
|
|
f |
f1 |
f2 |
Рис. 10 Амплитудно – частотная характеристика и примеры ее неравномерности для "закрытого" – 1 и "открытого" входов осциллографа
U |
gв |
1 |
|
gсп |
|
100% |
|
|
|
|
|
90% |
|
|
|
|
go |
10% |
|
t |
|
ф |
и |
|
|
|
|
2 |
10 |
|
|
5 |
|
|
|
|
h, мм |
0 |
20 |
40 |
Рис. 11 Переходная характеристика – 1 и погрешность, зависящая от размера изображения на экране– 2
Uвых |
1 |
|
|
|
KY= a/b |
а |
|
b |
Uвх |
U(t) |
2 |
|
t |
U(t) |
3 |
|
t |
Рис. 12 Амплитудная характеристика канала Y (1) и нелинейные искажения изображения (3) входного сигнала (2) при такой характеристике
Нелинейность амплитудной характеристики канала вертикального отклонения и нелинейность элек-
тронно–лучевой трубки описывают нелинейностью отклонения y |
KYм акс KYcp |
100% |
, где |
|
KYcp |
||||
|
|
|
KYм акс и KYcp – наибольшее и среднее значения коэффициента отклонения на разных участках оси экрана Y, см. рис. 12.
Погрешность |
совмещения изображения сигнала и оценочной сетки экрана оценивается как |
||
сов % |
S |
100% , где S – толщина луча, а h – высота изображения, а погрешность оценки разме- |
|
2 h |
|||
|
|
||
ра изображения при диаметре апертуры луча 0.8 мм можно оценить по графику на рис. 11.2.
Качество пилообразной развертки (горизонтального отклонения) характеризуют нелинейность раз-
вертки x |
Tср Tм акс |
100% , где Tмакс |
|
– максимальная длина отрезка по оси экрана Х, а Tср |
|||||||||||||||||||
|
Tср |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
длина отрезка по оси Х в его средней части, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dU p |
|
dU p |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
или коэффициентом нелинейности |
|
dt |
|
|
Н |
dt |
|
К |
100% |
, где |
|||||||||||||
|
|
dU |
p |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
||||
dU p |
|
|
dU p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
tg |
и |
|
|
tg – тангенсы углов наклона касательной к сигналу развертки в нача- |
||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
dt |
Н |
|
|
dt |
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ле (подстрочный индекс Н) или конце (подстрочный символ К) развертки, см. рис. 13.
Up |
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
T |
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
t |
Tcp |
Tмакс |
|
|
|
|
|
Рис. 13 Нелинейность пилообразной развертки (1)
ивременные искажения, вызываемые такой нелинейностью (2)
Уцифровых осциллографов (с автоматическим определением параметров сигналов или с отображаемыми параметрами маркеров) к основным причинам возникновения погрешностей измерения относят:
влияние величины входного импеданса (сопротивление и емкость входа),
неравномерность амплитудно–частотной характеристики входного делителя,
погрешности дискретизации и квантования используемого аналого–цифрового преобразователя частоты (АЦП).
Первые две составляющие погрешности аналогичны таким же погрешностям аналоговых осцилло-
графов. |
Погрешность |
дискретизации |
цифрового |
осциллографа |
оценивается |
как |
|
|
дискр % |
fкв.ген 100% , где |
fкв.ген – относительная нестабильность частоты кварцевого опорного |
||||
|
fкв .ген |
fкв .ген |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
генератора, зависящая от типа среза кварцевого резонатора и конструкции такого генератора (обычно около 10-5), а погрешность квантования как
|
|
U кв ант 100% |
100% |
, где N – число двоичных разрядов АЦП, что при восьмибитных |
|
кв ант% |
2 N |
||||
|
U м акс |
|
|||
|
|
|
АЦП обычно дает значение примерно в 0.4%. Поэтому по точности измерений цифровые осциллографы намного превосходят аналоговые.
Контрольные вопросы
1.Как классифицируются электрические сигналы.
2.Расскажите о модели гармонического сигнала.
3.Расскажите о модели дискретизированного сигнала.
4.Что такое единичный импульс.
5.Какие параметры сигнала мощно измерить с помощью осциллографа.
6.Какие параметры сигнала можно измерять вольтметрами переменного тока.
7.Расскажите о погрешностях измерения напряжения вольтметром переменного тока.
8.Расскажите о погрешностях измерения параметров сигнала осциллографом.
Литература
1.Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: Учебник для вузов / В.И.Нефедов, В.И.Хахин, Е.В.Федорова и др.; Под ред. В.И.Нефедова –М.: Высш. шк., 2001 – 383 с.
2.Дворяшин Б.В. Основы метрологии и радиоизмерения: Учебн. пособие для вузов – М.: Радио и связь,
1993 – 320 с.
3.Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений –М.: Мир, 1990 – 535 с.