4.Методика осциллографических измерений и технические характеристики осциллографов

Методика измерений — это подробно намеченный план, содержащий следующие операции:

составление схемы или алгоритма измерения; предварительная оценка допустимой погрешности;

выбор необходимой измерительной аппаратуры и ознакомление с её технической документацией;

процесс измерения и анализ полученных результатов.

При исследовании сигнала в различных электротехнических и электронных устройствах необходимо, чтобы сам осциллограф не вносил искажений, что, в свою очередь, зависит от правильного выбора типа прибора.

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

1.Величины размеров рабочей части экрана осциллографа, определяющие размеры осциллограммы.

2.Чувствительность канала вертикального отклонения, выражаемая в миллиметрах или делениях на вольт, которая характеризует усиление в канале и дает представление о том, какая амплитуда сигнала получится на экране осциллографа, если на вход подать определенное напряжение. Чувствительность осциллографа должна быть такой, чтобы размер изображения на экране был удобен для наблюдения.

3.Полоса пропускания канала вертикального отклонения, характеризующая диапазон частот с определенным значением коэффициента усиления, т.е. амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). Значение полосы особенно важно при исследовании несинусоидальных и импульсных сигналов, так как при неправильно выбранной АЧХ они будут искажены. Известно, что спектр несинусоидального периодического сигнала состоит из основной и ряда высших гармонических составляющих. Если полоса пропускания канала недостаточна широка, что прежде всего зависит от АЧХ усилителя, то различные составляющие спектра усиливаются неодинаково, что и вызывает отклонение формы осциллограммы от формы входного.

Ширина полосы пропускания Af, определяемая как разность между верхней граничной f_B и нижней граничной частотой f_H, для прямоугольного импульса длительностью т выбирается из соотношения:

∆f = f_B - f_H=(2-l)/τ.

При этом верхняя граничная частота f_B должна удовлетворять условию: f_в=0,35/τ_фа, иначе фронт импульса будет искажен (здесь τ_фа активная длительность фронта между уровнями 0,1 и 0,9 от амплитуды).

5.Диапазон частот непрерывной развертки и диапазон длительностей ждущей развертки. Эти диапазоны определяют периоды и продолжительность процессов, которые можно исследовать с помощью осциллографа.

б.Пределы измерения амплитуды и длительности импульсного сигнала, а также величины их погрешностей. Погрешность измерения амплитуды напряжения и длительности временных интервалов у осциллографов составляет не более ±(3-10)%.

Выбор того или иного осциллографа при исследовании процессов производиться в зависимости от спектра сигнала, его амплитуды, мощности источника сигнала, требуемой точности измерения, т.е. с учетом, по меньшей мере, тех технических характеристик, которые перечислены выше.

5.ПОГРЕШНОСТИ ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

При непосредственном определении мгновенных значений и локальных параметров сигналов по калибрационной сетке на экране осциллографа важное значение имеют погрешности калибровки амплитудной и временной шкал (погрешности коэффициентов отклонения и развертки). Обеспечить стабильность этих коэффициентов во времени, тем более с учетом внешних влияющих факторов (температуры, влажности, давления и т.п.), достаточно сложно. Поэтому в осциллограф часто встраивают калибраторы амплитуды и длительности, которые служат для калибровки коэффициента отклонения каналов вертикального отклонения и калибровки длительности развертки. Калибратор, как правило, представляет собой генератор прямоугольных импульсов.

Погрешность измерения амплитуд импульсов методом совмещения с калиброванной шкалой определяется выражением:

где δ_К — погрешность выбранного коэффициента отклонения,

δ_Н — неравномерность переходной характеристики канала вертикального отклонения,

δ_В — погрешность сравнения или визуальная погрешность.

А погрешность измерения длительности импульса определяется с помощью выражения:

где δ_КР — погрешность коэффициента развертки,

δ_Y — погрешность вызванная неточностью определения уровня 0,5 от амплитуды (или любого другого заданного уровня) на котором определяется длительность,

δ_В — погрешность сравнения или визуальная погрешность.

Вычислим погрешности измерений, выполняемых с помощью осциллографа С1-77. Погрешность коэффициента отклонения для этого типа прибора при размере изображения сигнала от 2 до 6 делений составляет ±4% и ±8% в рабочем диапазоне влияющего фактора, неравномерность переходной характеристики каждого канала вертикального отклонения не превышает 2,5%, а визуальная погрешность не превышает 1%, однако, при наличии шумов, увеличивающих эффективную ширину линии луча, визуальная погрешность увеличивается до 4%.

Т аким образом, общие погрешности измерения амплитуды сигнала имеют следующие значения:

Значения такого порядка имеют погрешности и при временных измерениях.