Осциллографирование импульсных сигналов

При измерении импульсных сигналов особое значение имеет правильное определение вида и параметров фронтов импульса. Основными влияющими факторами на правильное воспроизведе­ние импульсного сигнала являются: частотный диапазон канала вертикального отклонения F = f_B - f_H, (f_B, f_H — соответственно верхняя и нижняя граничные частоты канала); переходная харак­теристика канала осциллографа. Частотные свойства осциллогра­фа отражаются параметрами его амплитудно-частотной характери­стики (АЧХ) — зависимости размера изображения гармонического сигнала от его частоты.

Амплитудно-частотную характеристику характеризуют поло­сой пропускания, определяемой верхней граничной частотой f_B, отсчитываемой по уровню 0,707 от значения АЧХ на низких час­тотах. Среди других параметров отметим рабочий диапазон АЧХ, в пределах которого ее неравномерность не превышает погреш­ности измерения напряжения. Этот параметр определяет частот­ные границы измерения амплитуд гармонических сигналов с за­данной точностью.

К параметрам переходной характеристики, представленной на рис. 5.16, относят время нарастания т_н0 — интервал, в течение которого луч проходит от 0,1 до 0,9 от установившегося значения (уровня U_m) переходной характеристики. Плоская часть переход­ной характеристики может быть с выбросом или с осцилляциями; в этих случаях используют дополнительные параметры: время установления _у0, отсчитывае­мое от уровня 0,1 до момента уменьшения осцилляции до заданного уровня; выброс оп­ределяется параметром . Вре­мя нарастания — основной па­раметр канала вертикального отклонения Y осциллографа. Для исследования кратковре­менных входных сигналов не­обходим осциллограф, имею­щий время нарастания не более 0,3 от длительности сигнала. Обычно рекомендуют верхнюю границу определять по формуле f_B = 2/_и.

5.6. 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 из­меряют непосредственно на входе цифрового осциллографа, тогда как сигнал, прошедший через канал вертикального отклонения, может быть измерен с существенными ошибками (до 10 %).

На экране современного цифрового 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. Однако этим не ограни­чиваются возможности цифровых осциллографов. 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, используют отображение на новейших индика­торных панелях.

В цифровых осциллографах отображение результата измере­ния осуществляют тремя способами:

• параллельно с наблюдением изображения сигнала на экране, его численные параметры высвечиваются на табло;

• оператор подводит к изображению сигнала на экране световые метки так, чтобы отметить измеряемый параметр, и по цифре на соответствующей регулировке определяет величину интересующего параметра;

• используют специальные индикаторы и растровый метод формирования изображения исследуемых сигналов и цифровой информации.

В современных цифровых осциллографах автоматически ус­танавливают оптимальные размеры изображения на экране труб­ки. Ниже приводятся параметры современного цифрового авто­матизированного осциллографа, который является характерным представителем этого класса приборов.

Структурная схема цифрового осциллографа 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 электронно­лучевую трубку.

Технические характеристики типового современного цифро­вого осциллографа:

полоса пропускания 0... 100 МГц; размер экрана 80 х 100 мм; погрешность цифровых измерений 2... 3 %.

Функциональные возможности: автоматическая установка размеров изображения; автоматическая синхронизация; разност­ные измерения между двумя метками; автоматическое измерение размаха, максимума и минимума амплитуды сигналов, периода, длительности, паузы, фронта и спада импульсов; вход в канал общего пользования.

Из структурной схемы, видно, что амплитудные и временные параметры исследуемого сигнала определяют 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 индицируют на отдельном световом табло (оно может быть встроено в экран трубки), причем амплитудные и временные параметры сигнала отображают одновременно.