Основные характеристики осциллографов

Коэффициент отклонения m_U – отношение напряжения входного сигнала к отклонению луча по вертикали (в делениях шкалы), вызванному этим напряжением. У наиболее распространенных осциллографов коэффициент отклонения находится в диапазоне 50 мкВ/дел…10 В/дел. Коэффициент отклонения – параметр, обратный чувствительности S_U осциллографа к напряжению: S_U = 1 / m_U.

Коэффициент развертки m_t – отношение времени Δt к откло­нению луча по горизонтали (в делениях шкалы), вызванному напряжением развертки за это время.

Обычно осциллографы имеют широкий диапазон изменения коэффициента развертки. Например, у осциллографа С1-49 коэффициент развертки находится в диапазоне 0,04 мкс/дел…0,05 с/дел. Коэффициент развертки – параметр, обратный скорости перемещения луча по оси X: V_Х = 1/ m_t

Полоса пропускания – диапазон частот, в пределах которого коэффициент отклонения изменяется не более чем на 3 дБ (примерно 30 %) относительно его значения на некоторой средней (опорной) частоте. Для низкочастотных осциллографов полоса пропускания находится в диапазоне от 0 до 1…5 МГц; для универсальных осциллографов верхняя частота достигает десятков мегагерц, для высокочастотных – сотен мегагерц.

Для измерения импульсных сигналов важными являются параметры переходной характеристики – время нарастания переходной характеристики и максимальный выброс.

Основная погрешность измерения напряжения и основная погрешность измерения временных интервалов определяются максимально допускаемыми погрешностями измерения соответствующих параметров при подаче на вход осциллографа стандартного сигнала синусоидальной или прямоугольной формы. В зависимости от значений этих погрешностей выпускают осциллографы четырех классов точности – 1, 2, 3, 4, имеющих, соответственно, основные погрешности измерений, не превышающие 3, 5, 10, 12 %. Часто вместо основных погрешностей измерений нормируют основные погрешности коэффициента отклонений и коэффициента развертки, а также нелинейность отклонения и развертки.

Параметры входов осциллографа определяются входным активным сопротивлением R_ВХ и входной емкостью C_ВХ. Обычно R_ВХ > 1 МОм, а С_ВХ составляет десятки (для ВЧ осциллографов - единицы) пикофарад.

Осциллографы характеризуются и другими параметрами, например: максимально допустимым входным напряжением, размерами рабочей части экрана, потребляемой мощностью, габаритами, массой и др.

2.3. Измерение параметров сигналов

При измерении амплитудных и временных параметров исследуемых сигналов обычно измеряют соответствующие геометрические размеры изображения сигнала на экране по вертикали и горизонтали и с помощью коэффициентов отклонения и коэффициентов развертки, характеризующих чувствительность каналов, определяют искомые значения этих параметров.

Измерение амплитуды напряжения и тока

Из принципа действия осциллографа следует, что этот прибор реагирует на изменение напряжения. Следовательно, любые физические сигналы, которые можно преобразовать в соответствующие изменения напряжения, могут быть исследованы с помощью осциллографа.

Осциллограф может быть использован для непосредственного измерения напряжения и косвенного измерения тока по падению напряжения на резисторе с известным сопротивлением. В любом из этих случае необходимо измерить амплитуду напряжения исследуемого сигнала.

Перед проведением измерения амплитуды напряжения рекомендуется проверить калибровку чувствительности канала Y по калибратору амплитуды (КА). Для этого на вход “Y” подают эталонное напряжение от КА, (например, для осциллографа С-49 переводом переключателя “Время/дел” в положение “Калибровка”, при котором на экран выводятся прямоугольные импульсы высотой ровно 4 деления). При отклонении от этого значения производят корректировку усиления УВО резистором “Чувствительность Y”, выведенным под шлиц на боковой стороне прибора. После калибровки чувствительность тракта вертикального отклонения луча будет соответствовать величинам “Вольт/делен.”, обозначенным на шкале переключателя “Усиление”.

Измерение амплитуды исследуемого сигнала (если она ориентиро-вочно не известна) производится следующим образом.

1. Переключатель “Усиление” (ВДН канала Y) переводят в положе-ние наименьшей чувствительности (соответствующее наибольшему коэффициенту отклонения m_U, например, m_U =10 В/деление), чтобы не повредить входной усилитель.

2. Ручку плавной регулировки “Усиление” (соосной с одноименным переключателем) переводят в крайнее правое положение (до щелчка), при котором коэффициенты отклонения m_U в точности соответствуют градуировке “Вольт/делен.” переключателя “Усиление”.

3. Нa вход усилителя вертикального отклонения подают исследуемый сигнал.

4. При помощи регуляторов смещения ↔ и ↕ сигнал перемещают в нужное место шкалы экрана (чаще всего к нулевым делениям шкалы).

5. Переключателем “Усиление” добиваются наибольшей амплитуды изображения сигнала по вертикали в пределах масштабной сетки.

6. Переключателем “Длительность” устанавливают удобный для наблюдения размер по горизонтали.

7. Измеряют размах исследуемого напряжения по вертикали в делениях шкалы.

Значение амплитуды исследуемого сигнала в вольтах будет равно произведению числа делений шкалы h по вертикали, соответствующих измеренной величины изображения, и коэффициента отклонения m_U (цифровой отметки показаний переключателя “Вольт/делен.”), т.е.

U_m = h · m_U.

(1)



Например, при h = 3,5 деления по вертикали и m_U = 0,2 В/дел. получаем U_m = 3,5 · 0,2 = 0,7 В.

Следует иметь в виду, что таким образом измеряется не только амплитудное, т.е. наибольшее из мгновенных, напряжение U_m сигнала, но и напряжение в любой точке кривой наблюдаемого графика u = f(t).

Величина тока, протекающего по резистору сопротивлением R, определяется (из закона Ома) как частное от деления найденной амплитуды сигнала, в вольтах, на известное сопротивление резистора, т.е. I = U_m /R.

Для повышения точности измерения амплитуды напряжения входной аттенюатор (переключатель “Усиление”) необходимо поставить в такое положение, при котором размах исследуемого сигнала (по вертикали) получается наибольшим в пределах рабочей части экрана.