4. Погрешности осциллографических измерений

Погрешность воспроизведения формы исследуемого сигнала на экране ЭЛТ определяется, в первую очередь, двумя факторами:

– точностью, с которой соблюдается отношение пропорциональности между текущим значением исследуемого напряжения и значением управляющего напряжения, приложенного к вертикально отклоняющим пластинам;

– точностью, с которой соблюдается постоянство скорости луча при его перемещении вдоль горизонтальной оси ЭЛТ.

Численно эти параметры характеризуются основной погрешностью коэффициента вертикального отклонения и основной погрешностью коэффициента развертки. Относительные предельные значения этих погрешностей приводятся в технической документации на прибор.

Как показано выше, оценка значения измеряемого напряжения находится из соотношения

,

где К_y – коэффициент вертикального отклонения. Очевидно, что это – косвенное измерение (результат находится на основании известной зависимости между искомой величиной и другими величинами, полученными в результате прямых измерений). Следовательно, предел относительной погрешности результатов измерения напряжения можно оценить по формуле

.

Относительная погрешность коэффициента вертикального отклонения приводится в технической документации на прибор.

Погрешность определения размеров изображения (погрешность отсчета) ΔL зависит, в первую очередь, от толщины линии луча на экране ЭЛТ или величины минимального шага курсора при курсорных измерениях. Толщина линии луча может быть от 0,2 мм до 1,0 мм в зависимости от типа осциллографа.

Очевидно, что относительная погрешность отсчета зависит от размеров изображения на экране осциллографа. Она тем меньше, чем больше размер изображения. Поэтому при выполнении измерений с помощью осциллографа необходимо добиваться как можно большего изображения на экране.

Измерение периода гармонических колебаний или интервалов времени Т выполняется практически так же, как и измерение напряжения:

,

где G – горизонтальный размер изображения;

К_Х – коэффициент развертки.

Предел относительной погрешности результата измерения интервала времени определится по формуле

.

Относительная погрешность коэффициента развертки приводится в технической документации на прибор.

Погрешность определения размеров изображения (погрешность отсчета) ΔG определяется так же, как и ΔL.

5. Цифровые осциллографы

В цифровых осциллографах аналоговый исследуемый сигнал преобразуется в цифровую форму и запоминается в дискретной памяти. Зафиксированный в памяти сигнал может быть использован для отображения его на экране электроннолучевой трубки, на плоском матричном экране или любым другим способом.

Наряду с повышением точности осциллографирования, цифровые осциллографы позволяют полностью автоматизировать процесс измерения, осуществлять дистанционное управление режимом работы, производить математическую и логическую обработку информации. Использование матричных экранов снижает габариты и массу цифровых осциллографов и устраняет необходимость применения источников питания высокого напряжения.

В самом простом виде цифровой осциллограф имеет структуру, представленную на рис. 6. Здесь входной исследуемый сигнал x(t) усиливается до необходимого значения x_H(t) и поступает на аналого-цифровой преобразователь АЦП. Мгновенные значения нормированного сигнала x_H(t) в моменты времени t_k, задаваемые генератором Г, преобразуются в цифровые эквиваленты N(t_k) и запоминаются в регистре памяти Рг. Синхронно с моментом взятия цифровых отсчетов N(t_k) импульсы t_k поступают на счетчик СчМ, где появляется код, равномерно нарастающий во времени. Коды N(t_k) в отображающем устройстве ОУ преобразуются в управляющие сигналы, вызывающие вертикальное перемещение светящейся точки экрана ОУ, а коды M(t_k) преобразуются в управляющие сигналы, вызывающие горизонтальное перемещение светящейся точки экрана ОУ. При переполнении счетчика СчМ, последний занимает исходное положение, при котором светящаяся точка также возвращается в исходное положение на экране, подготавливая новый цикл получения изображения осциллограммы.

П роцесс равномерного набора кода счетчиком СчМ и сброса его в исходное положение при переполнении имитирует временную развертку осциллографа аналогично линейно-изменяющемуся развертывающему напряжению в электронно-лучевом осциллографе.

При отображении сигнала на электронно-лучевой трубке, коды, соответствующие цифровым отсчетам, преобразуются в цифро-аналоговом преобразователе в напряжение, которое поступает на вертикально отклоняющую систему трубки, а коды, соответствующие временной развертке, через цифро-аналоговый преобразователь подаются в горизонтально отклоняющую систему трубки.

Если отображающее устройство построено на матричной индикаторной панели, то коды вертикального и горизонтального отклонения преобразуются в позиционную форму и выбирают одну из строк и один из столбцов матричной панели, в перекрестии которых возникает светящиеся точка.

В блок управления осциллографом включаются арифметическо-логические устройства, что намного расширяет функциональные возможности цифрового осциллографа. Становится возможным оцифровывать любые значения исследуемого сигнала, получать и отображать его производную, интеграл, спектральную характеристику, корреляционную функцию, распределение плотности вероятности и т.д.

На экране осциллографа, помимо собственно осциллограмм, отображается состояние органов управления (чувствительность, длительность развертки и т.п.). Может быть предусмотрен вывод информации с осциллографа на печать и другие функциональные возможности.

6. Осциллограф GRS-6052А