5.5.5 Измерение параметров электрических сигналов электронным осциллографом в режиме линейной развертки

 

Подготовка ЭО к работе.

Для измерения параметров электрических сигналов важен не только процесс измерения, но и правильная подготовка ЭО к работе. Для подготовки ЭО обязательно необходимо выполнить следующее:

• заземлить корпус ЭО;

• установить переключатели прибора в исходное положение в соответствии с инструкцией;

• включить питание;

• прогреть ЭО;

• установить автоматический режим работы генератора развертки, выбрать внутреннюю синхронизацию, исходный предел измерения напряжения должен соответствовать Umax;

• настроить яркость и толщину луча, добиваясь наилучшей фокусировки;

• выполнить калибровку ЭО в соответствии с инструкцией, в универсальных осциллографах для калибровки используется образцовое напряжение с fобр=1кГц и заданной амплитудой;

• отключить калибратор, установить исходный предел измерений напряжения и предполагаемый период развертки.

Процесс измерения основных параметров периодических сигналов.

• исследуемый сигнал подать на вход «Y», выбрав открытый или закрытый вход;

• выбрать оптимальный размер изображения по вертикали, ориентировочно 2/3 размера экрана

• выбрать оптимальный масштаб времени, измеряемый отрезок времени должен ориентировочно занимать 2/3 размера экрана по горизонтали;

• при необходимости отрегулировать уровень синхронизации;

• определить размер отрезка, соответствующего измеряемому параметру по вертикали hy;

• определить размер отрезка, соответствующего измеряемому параметру по горизонтали Lx;

• произвести расчет измеряемых параметров;

• произвести расчет погрешности измерения и сформулировать результат.

5.5.6 Причины погрешности измерения параметров сигнала в режиме линейной развертки.

Причин, вызывающих неточность измерения параметров сигналов электронным осциллографом достаточно много. Они обусловлены несовершенством ЭЛТ, элементов схемы прибора, субъективной погрешностью, вызванной особенностями снятия показаний и т.д.

Р ассмотрим основные составляющие погрешность с точки зрения порядка измерения напряжения и временных интервалов. Данные параметры определяются из выражения:

где h_y и L_x  – размер отрезка по вертикали и горизонтали, характеризующие измеряемые параметры и выраженные в делениях;

К_во – коэффициент вертикального отклонения луча, выражен в V/дел ;

К_р – коэффициент развертки, выражен в ms/дел и µs/дел .

В соответствии расчетными формулами необходимо учитывать погрешность определения размера отрезка и масштаба изображения.

 

Погрешность определения размера отрезка, соответствующего измеряемому параметру, называется визуальной погрешностью. Причины появления визуальной погрешности:

• искажение изображения формы сигнала при воспроизведении его на экране, особенно вблизи краев экрана, вызвано нелинейностью параметров ЭЛТ, неидеальной юстировкой электронной пушки и отклоняющей системы и другими причинами;

уменьшить данную погрешность можно выбором оптимального масштаба изображения таким образом, чтобы размер изображения составлял ориентировочно 2/3 размера экрана (70%);

• погрешность совмещения изображения с масштабной сеткой ЭЛТ и погрешность отсчета размера отрезка, вызваны неидеальной толщиной луча, неидеальным нанесением делений сетки, невозможностью точно совместить линию изображения с нанесенными делениями;

ориентировочно погрешность совмещения составляет 1/5 толщины луча, погрешность отсчета – 1/3 толщины луча;

Для расчета визуальной погрешности используется выражение:

 

 

 

 

 

 

где h_y и L_x  – размер отрезка по вертикали и горизонтали,

b – толщина луча, при выполненной фокусировки не должна превышать 0,1 дел.

 

Погрешность масштабов напряжения и времени вызвана нелинейными характеристиками усилителей каналов «Y» и «X», нелинейностью ЭЛТ, неидеальной калибровкой ЭО, амплитудно-частотными искажениями и т.д.

Погрешность масштабов задается как паспортная метрологическая характеристика:

• предел допускаемого значения относительной погрешности коэффициента вертикального отклонения луча – δ_кво;

• предел допускаемого значения относительной погрешности коэффициента развертки – δ_кр.

 

Погрешность, вызванная неидеальной переходной характеристикой ЭО (инерционностью ЭЛТ и усилителей КВО).

П ри исследовании импульсных сигналов влияние переходных процессов приводит к искажению фронтов и выброс луча по вертикали. Например, при исследовании импульса идеальной прямоугольной формы на экране будет получено изображение, представленное на рисунке 5.5.5.

 

Рис. 5.5.5 Влияние переходной характеристики на изображение формы импульса

Параметрами переходной характеристики являются :

• время нарастания τ_но осциллографа– интервал, в течение которого луч проходит от 0,1 до 0,9 от установившегося значения уровня;

• время установления τ_уо осциллографа – интервал, в течение которого луч проходит от 0,1 уровня импульса до момента установления луча.

• hв – высота выброса луча относительно установившегося значения уровня.

В ремя нарастания является основной характеристикой ЭО, которая учитывается при выборе прибора для исследования импульсных сигналов. Для исследования кратковременных импульсов время нарастания переходной характеристики ЭО должно быть не более 0,2÷0,3 длительности исследуемого импульса (в зависимости от формы импульсов).

Длительность фронта измеряемого импульса уточняется согласно выражению:

Длительность измеряемого импульса определяется на уровне 0,5 от его высоты.

При исследовании высокочастотных сигналов, в том числе импульсных необходимо учитывать неидеальность АЧХ канала «Y».

А ЧХ определяет полосу пропускания канала. Значение верхней частоты полосы пропускания канала «Y» f_во отсчитывается по уровню 0,707 от значения коэффициента передачи канала на нижних частотах.

Рис. 5.5.6 АЧХ канала вертикального отклонения

При исследовании импульсных сигналов необходимо учитывать полосу пропускания канала «Y», учитывая требование f_в ≥ 2/τ_имп.

При исследовании высокочастотных сигналов необходимо учитывать влияние внешних электромагнитных полей. Соединительный шнур измерительного прибора является антенной для помех, для уменьшения влияния помех соединительный шнур ЭО выполняется из коаксиального кабеля, длина кабеля должна быть не более 20 см.