22) Структурная схема универсального осциллографа – канал y. Двухлучевой и двухканальный осциллограф.

1. Канал вертик откл Y

2. Канал гориз откл Х

3. Устройство синхр и запуска развертки

4. Канал модуляции луча

5. Вспомогат устр

6. Источник питан

Канал Y служит для передачи на пластины Y ЭЛТ исслед сигнала Uс(t), подводимого к входу Y. Включает аттенюатор, предварительный усилитель, линию задержки и оконечный усилитель.

1. Входное устр-переключатель-имеет 3 полож(закр вход, откр вход, земля(чтобы убрать сигнал)

2. Аттенюатор- в виде дискретного прибора, ослабляет сигнал Uc(t) в опред число раз

3. Предварит усилит канала Y, имеющ симметричн выход. Плавная регулир коэф усиления и балансировка усилителя регулировкой баланс для предотвращ смещ осциллогр.по вертикали при измен коэф отклон. Здесь же осущ смещ осциллогр по вертикали. Его полоса пропуск опред весь канал Y.

4. Линия задержки- для временного сдвига сигналана пластинах Y ЭЛТ, для работы в режиме внутр синхрониз. Обеспечивает подачу исследуемого сигнала на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ с задержкой относительно начала развертки, что позволяет наблюдать начальный участок сигнала, например фронт импульса.

5. Оконечный усилит- увеличивает сигнал до уровня, позволяющего получить достаточный размер сигнала по вертикали на экране ЭЛТ. Кроме того, оконечный усилитель обеспечивает симметричный выход для подачи напряжения на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Входное сопрот усилит определяется входн сопр осцил. Плавное, неколибров изменен коэф отклон в небол пределах. Преобраз из несимметр в симметр сигнал. Должен иметь большую мощность. Его задача- согласование и усиление.

Осн хар-ки:

1. верхняя граничн частота (порядка 100МГц и более)

2. чувствительность ≈ 1мм/мВ

3. входное сопрот и входн емкость канала

4. погрешн измер напряж и интервалов времени 5…7%

2-лучевые. Имеют 2 независ канала Y и спец 2-луч трубку ЭЛТ. Трубка наход в одной колбе с одним экраном. Гориз развертка лучей общ-запуск отгенератора разв, а вертик-кажд от своего канала, что позвол нблюд на экране осциллограммы 2х сигналов.

2-канальные. Предназнач, чтобы наблюд 2 проц одноврем. Им 2 идентичн канала верт откл и электр переключ, котор может поочер подав выходн сигналы каналов на одни и те же пластины. Реж работы: одноканальн(на экране виден один сигн, подав на Y1 илиY2); поочередный(на экр видны оба сигн за счет перекл электр переключателя во время каждого обратного хода развертки)

Рис. 2.1. Структурная схема универсального осциллографа

23. Канал X

Канал горизонтального отклонения луча служит для создания горизонтально отклоняющего (развертывающего) напряжения с помощью генератора развертки или для передачи(через аттенюатор и усилитель) на пластины Х исследуемого сигнала, подводимого к входу Х.

У канала Х хуже широкополосность чем у канала У.Если 2-х лучевой осц , входа Х нет подается сигнал со второго канала. Числитель X обычно значительно хуже, чем Y (частотные характеристики хуже).

Частотные и фазовые характеристики у X и Y – разные.

Генератор работает либо в автоколебательном режиме, либо в ждущем. Есть регулировка (дискретная) коэффициента развёртки. Шкала коэффициента развёртки. Допускается плавное изменение развёртки (тогда шкала коэффициента развёртки не работает).

Генератор может работать и в однократном режиме (при подаче одного импульса запуска).

Kp определяется постоянной времени интегратора.

Усилитель X: обеспечивает режим растяжки изображения.

Угол можно менять

U_pизменением величиы

напряжения

Если наклон увеличивается в 10 раз, то K_{p уменьшается} в 10 раз.

Есть возможность просмотреть отдельные фрагменты осциллограммы (не меняя U_p).

Фрагмент можно перемещать регулировкой по горизонтали. Это дополнительный режим, т.к. есть недостатки: при растягивании экрана в 10 раз яркость уменьшается в 10 раз, искажения увеличиваются в 10 раз.

Но это даёт дополнительное уменьшение K_p .

Блок синхронизации и запуска

Обеспечивает неподвижность изображения и запуск развёртки.

Синхронизация входного сигнала и U_p.

Делает из произвольного сигнала Xединичный импульс.

Усиленный сигнал подается на компаратор и

Сравнивается с пост напряжением

и вырабатывается импульс запуска

U₀

Восц установлены 2 режима синхронизации: внутренняя и внещняя. При внутренней синхронизации импульсы вырабатываются из усиленного входного сигнала до его задержки. При внешней сигнал синхронизации подается от внешнего источника на спец вход Х осц. Схема синхронизации вырабатывает сигнал синхронизации поступающий на генератор развертки для получения четкой неподвижной осциллограммы. Усилитель Х канала горизонт отклонения усиливает пилообразный сигнал Up генератора развертки и преобразует его в напряжение развертки Ux.

Линия задержки связ начало сигн и нач развертки. Позвол увидеть фронт сигн.

Канал Z.

Это канал модуляции луча по яркости.

Подцветка прямого хода луча – главная задача!

Генератор развёртки вырабатывает прямоугольный импульс при подаче запирающего напряжения. В ждущей технике нет напряжения развёртки, следовательно, на экране ничего нет.

Можно подать на Zпоследовательность импульсов с известной частотой (гасящие импульсы), которые создают чёрную точку на экране. По контуру образуются чёрные точки и можно проводить временные измерения.

Калибратор

Для установки K₀ иK_p.

Это независимый образцовый генератор. Он вырабатывает сигнал с известной амплитудой и частотой.

Удобная частота 1 Кгц. Используется для установки K₀ иK_p , и подаётся на каналY. Как правило, сигнал калибратора – миандр.

При необходимости подстраивается коэффициент регулировки (вывод под шлиц). Коэффициент развёртки подстраивается временем прямого хода.

Базовый блок.

Это корпус, блок питания, блок питания ЭЛТ, растяжка, органы управления ЭЛТ.

Регулировки:

- яркость (напряжение на ускоряющем электроде).

- фокусировка (регулировка напряжения на фокусирующем электроде)

- подсветка

- регулировка астигматизма луча (форма светового пятна).

-перемещение луча (по вертикале в канале Y, по горизонтали в каналеX), путём добавления напряжения.

Базовый блок – самый дорогой.

Есть осциллографы со сменными блоками. Модульно-измерительная система – совокупность измерительных модулей в одном блоке. Есть осциллографы с двойной развёрткой (в канале Y).

24. Основные характеристики и параметры осциллографов. Измерние напряжения и временных интервалов методом калиброванных шкал

Параметры осциллографа.

Параметры канала Y.

1. Метрологические- основная погрешность измерения напряжения методом калиброванных шкал (5-10%)

2. Диапазон установки коэффициента отклонения (погрешность установки K₀)

3. Парметры переходной характеристики осциллографа.

Переходная характеристика – это изображение на экране скачка напряжения, поданного на вход.

ty

2

ty – время установления.

tн – время нарастания между 0.9 и 0.1

ty– от 0,1 до установления прямой

0,9

1

0,1

Схема осц-есть перех х-ка

δ δ – выброс, %

Если АЧХ более широкая, то переходная характеристика носит апериодический характер.

4. Параметры входного импеданса (Rвхода и С входа).

5. Пределы перемещения луча по вертикали.

6. Дополнительные параметры:

1. АЧХ для Y– это зависимость размера изображения от частоты.

B

Спад размера

L0.707

п.п. fв f

fв – верхняя граничная частота осциллографа.

нс

МГц

На частоте fв погрешность измерения 30% (для гармонического сигнала)

1. Поэтому вводится нормальный диапазон АЧХ – диапазон частот, в которых неравномерность погрешности измерения напряжения.

2. Нелинейность отклонения – это зависимость К₀от положения на экране.

Метод калиброванных шкал

Именно для этого метода осциллографы калибруются по точности.

Суть: исследуемые параметры измеряем в делениях шкалы. Точность определяется масштабом.

Um (дел.)

tg (дел.)

Чем больше измеряемая величина занимает места на экране, тем меньше относительная погрешность. Потом пересчитываем размер изображения через масштабные коэффициенты (амплитуда и развёртка). Если в осциллографе используется внешний дополнительный делитель, то он на шкале осциллографа не учитывается => нужно домножать. По горизонтали уменьшаем коэффициент развёртки при режиме растяжки. Плавные результаты должны быть в фиксированном положении.

Погрешности (причины):

1) погрешность калибровки по оси Yи Х;

2) нелинейность шкал по вертикали и горизонтали;

3) погрешность дискретности;

4) субъективная погрешность при отсчёте по шкале.

Осц. Деление на классы:

1. По точности: 1 класс – 3%

2 класс – 5%

3 класс – 10%

4 класс – 12% и более

Оценивается на заводе для размеров изображения, составляющих 30% от всей шкалы => большой запас (на самом деле, погрешность меньше).

Принцип использования метода для сигналов: измеряют амплитуду (максимальный размер по экрану); фронт и срез длительности импульса (по уровням 0,1 и 0,9 – длительность фронта и среза, по уровню 0,5 – длительность импульса).К-т отклон плавно меняем, вписыв изобр в экран. По пунктир линиям отсчит времен интерв.

25. Измерение фазового сдвига. Осциллографические методы измерения фазового сдвига

ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗОВОГО СДВИГА

Понятие фазы связано с гармоническими (синусоидальными) колебаниями. Для напряжения полной фазой является весь аргумент гармонической функции; величинуj называют начальной фазой. Для двух гармонических колебаний с равными частотами;,

вводят понятие разности фаз , которую обычно называютфазовым сдвигом.

Обычно принимают за начало отсчета момент времени, при котором начальная фаза первого (опорного) колебания равна 0. Тогда;гдеj – фазовый сдвиг между этими напряжениями.

Для негармонических, в частности импульсных, колебаний понятие фазового сдвига заменяют понятием сдвига во времени. В этом случае измеряют время задержки. Для гармонических колебаний времени задержки соответствует фазовый сдвиг.

Фазовый сдвиг можно измерить непосредственно по осциллограммам исследуемых напряжений, наблюдая их одновременно на экране осциллографа (рис. 3.1). Очевидно, что , гдеa – расстояние в делениях между пересечениями осциллограммами нулевой линии; b – длительность периода, выраженная в делениях шкалы. Для этих измерений используют осциллограф с двухлучевой электронной трубкой или со встроенным электронным коммутатором. Погрешность измерения угла j этим способом определяется погрешностями измерения длин отрезков а и b:

,где – погрешность измеренияj; – абсолютные погрешности измерения отрезкова и b.Можно считать максимально возможной погрешностью одно малое деление шкалы осциллографа ;.Здесь,j – в градусах; а, b – в малых делениях шкалы осциллографа.

При измерении фазового сдвига способом эллипса одно из исследуемых напряжений подают на вход Y, а другое – на вход Х осциллографа. Осциллограф работает в ХY-режиме (генератор линейной развертки отключен). При этом луч на экране описывает эллипс (рис. 3.2). Фазовый сдвиг определяют по формуле (3.1)гдеl , h – отрезки, отсекаемые эллипсом по осям Х и Y; L, H – максимальные отклонения по осям Х и Y.

Погрешность измерения этим способом вычисляют по формуле

, (3.2)

а погрешность принимается равной одному малому делению шкалы осциллографа,H и h – размеры эллипса, выраженные в малых делениях шкалы осциллографа.

При измерениях этим способом необходимо учитывать фазовый сдвиг, вызываемый неидентичностью фазочастотных характеристик усилителей вертикального и горизонтального отклонений осциллографа, , где– сдвиг фаз между каналамиY и Х.

Метод круговой развертки

Этот метод обеспечивает измерение фазового сдвига практически в пределах от 0 до 360 градусов.Измерение фазового сдвига между сигналами u1=Um1sinwtu2=Um2sinw(t-t1).Генератор развертки предварительно выключается и на входыXYподаются сигналыu1 иu3(задержанный относительноu1 пофазе на 90 с помощью доп фазовращателя). При одинаковом отклонении луча по горизонтали и вертикали на экране осц будет наблюдаться осциллограмма, в форме окружности. Анализируемы напряженияu1 иu2 поступают так же на входы идентичных формирователей, преобраз синусоидальные колебания в в последовательность коротких однополярных импулсовu4 иu5. Передние фронты этих импульсов практически совпадают с моментом перехода синусоид через нулевое значение при их возрастании. Импульсные сигналы соед спомощью логической схемы ИЛИ. Ее выходной сигнал в виде двухимпульсной последовательности подается на входZуправления яркости луча осц. В рез на окружности в точках 1 и 2 появл отметки повышенной яркости. Изменение фазового сдвига междуu1 иu2 вып как показано на рис.Полную окружность которой соответствует угол360 луч описывает за время равное периоду сигналов,адугу между точками 1 и 2 которой соотв некоторый угол ∆фи – за ремя задежки этих сигналов ∆t=∆фи*T/360