4.3 Цифровые осциллографы

Цифровой осциллограф позволяет одновременно наблюдать на экране сигнал и получать численные значения ряда его параметров с большей точ­ностью, чем это возможно путем считывания количественных величин непо­средственно с экрана обычного осциллографа. Это возможно потому, что параметры сигнала измеряются непосредственно на входе цифрового осцил­лографа, тогда как сигнал, прошедший через канал вертикального отклонения, может быть измерен с существенными ошибками. Эти ошибки могут достигать 10 %.

Параметрами, измеряемыми современными цифровыми осциллографа­ми, являются: амплитуда сигнала, его частота или длительность. На экране осциллографа, помимо собственно осциллограмм, отображается состояние органов управления (чувствительность, длительность развертки и т. п.). Пре­дусмотрен вывод информации с осциллографа на печать и другие функцио­нальные возможности. Сопряжение цифровых осциллографов с микропро­цессорами позволяет определять действующее значение напряжения сигна­ла и даже вычислять и отображать на экране преобразования Фурье для любого вида сигнала.

В устройствах цифровых осциллографов осуществляется полная цифро­вая обработка сигнала, поэтому в них, как правило, используется отображе­ние на жидкокристаллических индикаторных панелях. Параллельно с наблюдением динамического изображения сигнала, пользователь может выводить на экран его численные параметры.

В современных цифровых осциллографах автоматически устанавливают­ся оптимальные размеры изображения на экране.

Структурная схема цифрового осциллографа (рис. 4.11) содержит аттенюатор вход­ного сигнала, усилители вертикального и горизонтального отклонения, изме­рители амплитуды и временных интервалов, интерфейсы сигнала и измери­телей, микропроцессорный контроллер, генератор развертки, схему синхронизации и электронно-лучевую трубку.

Рис. 4.11

Из структурной схемы (рис. 4.11) видно, что амплитудные и временные параметры исследуемого сигнала определяются с помощью встроенных в прибор измерителей. На основании данных измерений микропроцессорный контроллер производит вычисление требуемых коэффициентов отклонения и развертки и через интерфейс устанавливает эти коэффициенты в аппа­ратной части каналов вертикального и горизонтального отклонения. Это обеспечивает неизменные размеры изображения по вертикали и горизонта­ли, а также автоматическую синхронизацию сигнала.

Микропроцессорный контроллер также опрашивает положение органов управления на передней панели, и данные опроса после кодирования снова поступают в контроллер, который через интерфейс включает соответствую­щий режим автоматического измерения. Результаты измерений индицируют­ся на отдельном световом табло (оно может быть встроено в экран трубки), причем амплитудные и временные параметры сигнала отображаются одно­временно.

Помимо перечисленных возможностей многие цифровые осциллографы обладают большим набором функций обработки сигналов, а также имеют дистанционное управление через локальную сеть. Ниже приводятся возможности и характеристики цифрового осциллографа TDS3012B (США) [33].

Данный осциллограф имеет возможность применять усреднение сигнала для удаления некоррелированного шума с целью анализа его первоначальной формы и повышения точности измерений. Кроме того, существует возможность сложения, вычитания, умножения и деления осциллограмм. Для выполнения «ручного» измерения напряжения, времени и частоты имеются курсоры.

Встроенный дисковод для гибких дисков (3,5 дюйма, формат DOS, 720 Кбайт или 1,44 Mбайт) предназначен для хранения осциллограмм и настроек, а также для обновления микропрограммного обеспечения осциллографа и установки новых функций. Для хранения данных осциллограф также имеет энергонезависимую (опорную) память. С диска можно импортировать данные в электронные таблицы и программное обеспечение Mathcad. Для сохранения осциллограммы может использоваться внутренний формат (ISF) либо формат электронных таблиц Spreadsheet File Format. Для импорта данных в программу Mathcad используется соответствующий формат этой программы. Сохранение экранных изображений осуществляется в формате BMP.

Осциллограф имеет встроенный порт Ethernet, позволяющий подключать его к Интернету для дистанционного управления и печати копий экрана через сетевой принтер.

Питание осциллографа осуществляется от сети переменного тока с заземлением с напряжением от 90 В до 250 В с частотой от 47 Гц до 440 Гц. Осциллограф также может работать от батарейного источника питания около трех часов.

Технические характеристики цифрового осциллографа TDS3012B [33] представлены в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Количество каналов с независимым АЦП	2+ вход внешнего запуска
Тип входных разъемов	BNC
Входное сопротивление	1 MОм ± 1%, 50 Ом ± 1%
Максимальная частота дискретизации	100 МГц
Максимальное напряжение на входе разъема BNC (1 MОм)	100 Вэфф (400 Впик)
Максимальное напряжение на входе разъема BNC (50 Ом)	5 Вэфф с пиками ≤ ± 30 В
Число разрядов АЦП	9
Диапазон настроек масштаба	1 MОм	50 Ом
	От 1 мВ/дел до 10 В/дел	От 1 мВ/дел до 1 В/дел
Диапазон частот дискретизации (обычная регистрация)	От 100 выб/с до 1,25 Гвыб/с
Аналоговая полоса частот (диапазон настроек масштаба от 5 мВ/дел до 1 В/дел)	100 МГц