Исследование формы сигналов

федеральный университет
Красноярск, 2008
Кафедра «Радиотехника»

осциллографы.
Институт инженерной физики и радиоэлектроники
Направление 210200.62 Радиотехника
К.т.н., доцент Алешечкин

Андрей Михайлович

Метрология и радиоизмерения

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Сибирский федеральный университет

Кафедра «Радиотехника»

схема универсального осциллографа


3 Виды осциллографических разверток


4 Двухканальные и двухлучевые осциллографы

электронные радиоизмерительные. Классификация. Наименования и обозначения" электронно-лучевые осциллографы относятся к

подгруппе С " Приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигналов и спектра", которая включает в себя следующие виды приборов:
С1 – осциллографы универсальные;
С2 – измерители коэффициента амплитудной модуляции (модулометры);
С3 – измерители девиации частоты (девиометры);
С4 – анализаторы спектра;
С6 – измерители нелинейных искажений;
С7 – осциллографы скоростные, стробоскопические;
С8 – осциллографы запоминающие;
С9 – осциллографы специальные.
Электронно-лучевые осциллографы подразделяют на универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные. Все они могут быть одно–, двух- и многолучевыми, одно- и многоканальными. Имеется многолучевой осциллограф С1-33 с пятью каналами.
В настоящее время среди электронно-лучевых осциллографов получили универсальные осциллографы (подгруппа С1).

Общие характеристики

аттенюатор;
УYпр – предварительный
усилитель канала
вертикального
отклонения Y;
ЛЗ –

линия задержки;
УYок – оконечный
усилитель канала
вертикального
отклонения Y;
К – калибратор; УZ – усилитель яркостного канала Z; СС – селектор синхронизации; ФУ –
формирующее устройство; ГР – генератор развертки; УX – усилитель канала
горизонтального отклонения X; М – модулятор электронно-лучевой трубки (ЭЛТ); а1, а2,
а3 – аноды ЭЛТ (а1 служит для фокусировки луча, а2 для ускорения электронного пучка)

Скорость пролета электронов вдоль оси трубки:

Обобщенная структурная схема универсального осциллографа

– канал вертикального отклонения луча;
Z – канал модуляции яркостью луча.
Основные

технические характеристики электронно-лучевых осциллографов:
Диапазон измеряемых напряжений Umin-Umax;
Полоса частот канала вертикального отклонения: fн-fв;
Время нарастания переходной характеристики τн, выброс и неравномерность;
Диапазон значений коэффициентов отклонения вертикального канала Y, мВ/дел.
Диапазон значений коэффициентов развертки (длительность развертки), мкс/дел.
Входные сопротивления и емкости каналов X, Y и Z.

Обобщенная структурная схема универсального осциллографа

определяющее траекторию и скорость перемещения луча ЭЛТ в отсутствие исследуемого

сигнала.


Данная развертка применяется при исследовании периодических сигналов.
Непрерывная периодическая развертка: tпр - длительность прямого хода; tобр - длительность обратного хода; Tn - период повторения








Основные характеристики развертывающего напряжения, создающего непрерывную периодическую развертку следующие:
1) Период повторения TП=tпр+tобр, или частота повторения FП=1/ТП. Для высококачественной развертки выполняется условие: tобр<2) Амплитуда, определяющая максимальное отклонение луча за период;
3) Степень линейности развертывающего напряжения

Виды осциллографических разверток

Линейная периодическая развертка

развертывающего напряжения:




коэффициент нелинейности:



Для универсальных осциллографов значение δx≈5%, для специальных

δx достигает 0.1%.

Виды осциллографических разверток

Как правило, значение выбирают более 25÷30 Гц, чтобы не было

мерцаний изображения. При этом используется инерционная способность человеческого глаза сохранять зрительное впечатление в течение ~1/15 c.
5) Синхронность с напряжением исследуемого сигнала. Изображение будет неподвижным, если период развертывающего напряжения кратен или равен периоду исследуемого сигнала T. Для обеспечения этого требования осциллограф оснащают схемами развертки.


Линейная ждущая развертка используется при исследовании различных импульсных процессов, в том числе непериодических.
Сигнал с большой скважностью при линейной периодической развертке:

Виды осциллографических разверток

Линейная ждущая развертка

в режиме ждущей развертки:
Uy - напряжение на входе Y;
Ux

-напряжение на X-пластинах ЭЛТ;
Uy` - напряжения на Y-пластинах ЭЛТ;
t3 - время задержки сигнала в ЛЗ

Виды осциллографических разверток

определяется соотношением:


hx - чувствительность трубки по горизонтали; a – амплитуда

отклонения луча по горизонтали
Если на пластины Y подать напряжение вида оно вызовет

мгновенные отклонения луча по вертикали:

Уравнения движения луча по вертикали:



Синусоидальная развертка применяется при измерениях фазы, частоты, параметров модулированных сигналов и т.д.
Частные случаи изображений на экране:
φ=0: на экране будет наблюдаться прямая линия с углом наклона ψ1=arctg(b/a) ;
φ=180: прямая с обратным наклоном, угол наклона ψ2=-arctg(b/a)
φ=90: уравнение движения луча примет вид: x2/a2+y2/b2=1 - уравнение эллипса, с полуосями, по направлению совпадающими с направлением осей координат;

Виды осциллографических разверток

Синусоидальная развертка

наблюдаться фигура Лиссажу в виде окружности. В течение периода развертывающего

напряжения окружность совершает 1 оборот, т.е. число оборотов в секунду равно частоте развертывающего напряжения. Применение круговой развертки удлиняет линию развертки на экране в π раз по сравнению с линейной разверткой и улучшает условия наблюдения сигналов. Круговая развертка используется для измерения фазовых сдвигов, сравнения частот сигналов и т.д.

Виды осциллографических разверток

Круговая развертка

осциллограмм двух сигналов на экране одной ЭЛТ. Двухканальный осциллограф содержит

два канала вертикального отклонения и электронный коммутатор (ЭК), который попеременно подает выходные сигналы каждого канала на одни и те же пластины ЭЛТ:












Двухлучевой осциллограф имеет специальную двухлучевую ЭЛТ, внутри которой помещены две независимые электронно-оптические систем и две системы отклоняющих пластин. Совокупность этих систем образует два электронных луча, попадающий на один общий экран, что позволяет одновременно наблюдать 2 осциллограммы.

Двухканальные и двухлучевые осциллографы

либо первый, либо второй канал);
Чередование каналов





Прерывания (работают оба канала, но

переключение производится с высокой частотой, например 0.5÷1 МГц. При этом в течение одного хода развертки поочередно успевают отобразиться оба входных сигнала).
Алгебраическое сложение "Y1+Y2". При этом оба канала работают одновременно на одну нагрузку, на экране отображается сумма сигналов.
На основе вышеперечисленных принципов строят многоканальные осциллографы с числом каналов более двух. В частности, в последнее время получили распространение трехканальные осциллографы: третий канал предназначен для наблюдения сигнала внешней синхронизации. Это позволяет судить о временных соотношениях между сигналами.

Двухканальные и двухлучевые осциллографы

позволяют наблюдать два сигнала как совместно, так и раздельно. Применяются

для исследования двух непериодических (или нестационарных) сигналов малой длительности.
Преимуществом двухканальных осциллографов является более низкая стоимость по сравнению с двулучевыми.

Двухканальные и двухлучевые осциллографы