Задание 2. Закрытый и открытый вход

2.1. Работа с закрытым и открытым входом

Соберите схему однополупериодного выпрямителя (рис. 11), используя макет «Однополупериодный выпрямитель» (прил. 2).

Подключите к входу макета генератор синусоидальных колебаний (частота 50 – 100 Гц, амплитуда 5 – 6 В).

• С помощью осциллографа определите форму сигнала на входе и выходе выпрямителя с включенным и выключенным ключом S (измерения на входе и выходе проводите одновременно, используя входы СН1 и СН2).

• При включенном ключе Sсравните форму выходного сигнала при закрытом и открытом входе. Объясните разницу формы сигналов (см. схему открытого и закрытого входа на рис. 4).

2.2. Работа в режиме Window(Окно)

В этом режиме можно выделить какую-то часть сигнала и просмотреть его с нужным увеличением (по чувствительности и длительности развертки), не меняя при этом основной настройки для всего сигнала.

• Нажмите кнопку HORIZMENUи выберите значениеMain(Основной экран).

• Нажмите кнопку Window Zone.

• Ручкой SEC/DIVустановите нужный масштаб просмотра и ручкойHORIZONTALPOSITIONпереместите окно в нужное место экрана.

• Для переключений между режимами просмотра «Окно» и «Основной» служат функциональные кнопки WindowиMain.

• Определите коэффициент пульсации выпрямленного напряжения, используя функцию

  Window – «Окно» для измеренияU_п:

К_п = U_п/U₀,

где U_п– амплитуда пульсаций,U₀– постоянная составляющая выходного напряжения. КлючSпри измеренииU_пиU₀должен быть включен, т.е. измерения производятся при наличии в цепи конденсатора фильтраС_ф. Проверьте, как зависитК_пот частоты (в пределах частот от 50 Гц до 1 кГц), и объясните характер зависимости.

Задание 3. Измерения в режиме одиночного запуска

3.1. Измерение параметров затухающих колебаний механической системы

Используя макет «Затухающие колебания» (прил. 3), снимите осциллограмму колебаний в режиме однократного запуска.

• Установите ручку VOLTS/DIVна ожидаемый диапазон сигнала (~ 50 мВ/дел).

• Нажмите кнопку TRIGMENU(Меню синхронизации).

• Нажмите функциональную кнопку Slope(Наклон) и выберитеRising (Нарастающий). РучкойLEVELустановите синхронизацию примерно на половине шкалы.

• Нажмите кнопку SINGLSEQ(Одиночный запуск).

После получения изображения сигнала, если необходимо, следует подкорректировать заданные параметры изображения (чувствительность по вертикали, длительность развертки, уровень синхронизации).

1) Измерьте собственную частоту f ₀и постоянную времени затуханияτсистемы. Измерениеτпроизведите с использованием курсоров, учитывая, что уровень амплитуды за времяτ уменьшается вераз (см. описание макета «затухающие колебания»).

2) Пронаблюдайте изменение начальной фазы колебаний при изменении начального отклонения пластины (изменив угол αна –α,см. рис. 17).

3) Проверьте постоянство собственной частоты колебаний

f ₀в начале и в конце затухающего цуга колебаний.

4) Проверьте, зависит ли собственная частота f ₀от величины начального отклонения пластины (углаα).

Обработку полученной осциллограммы можно провести с помощью компьютера (см. задание 4).

3.2. Измерение амплитудных и временных параметров разогрева нити накаливания

Цель: научиться проводить измерения осциллографом в режиме одиночного запуска на двух каналах; определить величину холодногоR_хи горячегоR_гсопротивления нити накаливания и постоянную времени ее нагреванияτ.

1) Используя макет «Лампочка накаливания» (прил. 4), соберите схему, представленную на рис. 12.

2) Обратите внимание на следующие факторы:

• правильность подсоединения «земляных» клемм кабелей,

• полярность подключения БП к макету,

• необходимость подключения амперметра, без которого цепь питания лампочки оказывается разомкнутой.

3) Включите блок питания и, нажав кнопку Кн, регулятором Rстабилизатора установите величину тока через лампочкуI≈ 90 мА. (Долго держать стабилизатор включенным не рекомендуется во избежание перегрева).

4) В режиме Автоустановка при минимальной скорости развертки (500 мс/дел), нажимая кнопку Кн, получите на экране изображение сигналов на двух каналах. Отрегулируйте чувствительность каналов СН1 и СН2 осциллографа («V/дел») таким образом, чтобы сигналы занимали значительную часть экрана.

Примечание. Если сигнал на канале СН2 не отображается на экране, то нажмите кнопку МЕНЮ канала СН2, а затем сместите по вертикали изображение одного канала относительно другого.

5) Переведите осциллограф в режим одиночногозапуска. РучкойLevel установите необходимый уровень амплитуды запуска развертки и получите на экране устойчивую картину процесса нагревания нити накала и формы импульса тока через лампочку. Сравните время установления показаний тока по амперметру и осциллографу.

6) По начальному скачку U_х, установившемуся уровню напряженияU_ги токуI рассчитайте сопротивление нити при комнатной температуреR_х, и в разогретом состоянии R_г.

7) Измерьте время τ, за которое напряжение на нити достигает 90 % от установившегося уровня.

8) Проведите аналогичные измерения при другом значении тока.

9) Измените режим входа каналов СН1 и СН2 с «DC» на «AC»; объясните полученный результат.

Осциллограф h413 — Осциллографы — Электроизмерительное оборудование — Каталог статей

Осциллограф радиолюбителя h413

 

 

Осциллограф радиолюбителя h413 (в дальнейшем осциллог­раф) предназначен для наблюдения и исследования формы элект­рических процессов в диапазоне частот от постоянного тока до 1 МГц путем визуального наблюдения и измерения их временных и амплитудных значений.

 

1.   ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

 

1.1.            

Осциллограф h413 обеспечивает:

a)  Наблюдение формы импульсов обеих полярностей с дли­тельностью от 1 мкс до 10 с и размахом от 1 мВ до 300 В;

b)  Наблюдение периодических колебаний в диапазоне час­тот от 0,1 до 10⁶ Гц.

c)  Измерение амплитуд исследуемых сигналов от 5 мВ до 120 В;

d)  Измерение временных интервалов от 1 мкс до 10 с.

1.2.             Рабочая часть экрана составляет 6 делений по вер­тикали и 10 делений по горизонтали (24 х 40 мм).

1.3.             Толщина луча не превышает 0,8 мм.

1.4.             Усилитель канала вертикального отклонения луча имеет следующие параметры:

a)  Входное сопротивление усилителя при открытом входе 500 + 75 кОм с емкостью не более 40 пФ. Вход усилителя может быть открытый и закрытый;

·        Осциллограф с открытым входом позволяет наблюдать как постоянную, так и переменную составляющую сигнала. Используют для наблюдения процессов в импульсных цепях, каскадах, использующих цифровые микросхемы. Для уменьшения влияния прибора на работу телевизора используют делитель­ную головку

·        Осциллограф с закрытым входом не пропускает постоянную составляющую сигнала (на входе установлен конденсатор). Позволяет наблюдать только переменную составляющую сигнала. Постоянную составляющую конденсатор не пропускает

b)  Допускаемая суммарная величина постоянного и перемен­ного напряжений на закрытом входе не более 500 В;

c)  Минимальный коэффициент отклонения канала вертикаль­ного отклонения луча 1 мВ/дел (калиброванный коэффициент отклонения при крайнем по часовой стрелке положении ручки)

1.5.             Канал горизонтального отклонения луча обеспечивает получение 21 фиксированной развертки со скоростями от 0,2 мкс/дел до 1 с/дел.

1.6.             Погрешность измерения временных интервалов не пре­вышает + 20% в диапазоне от 1 мкс до 10 с, при величине изоб­ражения по горизонтали от 4 до 10 делений.

1.7.             Синхронизация развертки осуществляется:

a)  исследуемым сигналом положительной и отрицательной полярности с регулируемым уровнем синхронизации (внутренняя синхронизация) в диапазоне частот от 20 Гц до 1 МГц и импуль­сами длительностью от 0,5 мкс и более при минимальном разме­ре изображения на экране не менее 3 делений;

b)  внешним сигналом (внешняя синхронизация) в диапазоне частот от 20 Гц до 1 МГц и импульсами длительностью от 0,5мкс и более при амплитуде от 0,5 до 30 В;

c)  напряжением питающей сети.

1.8.             Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 + 22 В и 127 +12,7 В частотой 50+0,5 Гц.

1.9.             Мощность потребляемая от сети переменного тока не превышает 18 Вт.

2.   ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

 

2.1.             Установите органы управления в следующее положение:

·        «ЯРКОСТЬ» — против часовой стрелки до отказа;

·        «ФОКУС» — в среднее положение;

·        кнопка «~ ~» — в отжатом положении;      

·        » »  —  против часовой стрелки до отказа;

·        нажмите кнопки «20 УСИЛЕНИЕ mB/ДЕЛ«, «1000 ДЕЛИТЕЛЬ«, «10 mS РАЗВЕРТКА ДЛИТ/ДЕЛ» и «СИНХРО­НИЗАЦИЯ СЕТИ«.

2.2.             Соедините кабель питания прибора с сетью питания и нажмите кнопку «СЕТЬ«. При  этом загорается подсветка кнопки.

2.3.             Через 2-3 мин после включения отрегулируйте яркость и фокусировку линии развертки ручками «ЯРКОСТЬ» и «ФОКУС«. Если луча не будет на экране при максимальной яркости, то ручками «↕» и  «⟷» переместите луч в желаемую точку экрана. Если при этом на экране нет линии развертки, а наб­людается только точка, то ручками «УРОВЕНЬ» и «стаб.» добей­тесь линии развертки.

2.4.             После прогрева сбалансируйте уси­литель вертикального отклонения луча. Для этого, не подавая сигнала закоротите вход «Y«, установите максимальную чувствительность (нажать кнопки «УСИЛЕНИЕ 1mV/ДЕЛ» и «ДЕЛИ­ТЕЛЬ 1«) поверните ручку «» по часовой стрелке. При этом луч сместится с начального положения. Ручкой «БАЛАНС» луч вернуть в начальное положение. После этого прибор готов к работе.

 

3.   ПОРЯДОК РАБОТЫ

 

3.1.             Чтобы убедиться в работоспособности ос­циллографа, надо прикоснуться рукой к его сиг­нальному щупу. На экране исправного прибора должна появиться кривая, подобная синусоиде. Если теперь щуп соеди­нить с земляной клеммой осциллографа, то на экране должна быть горизонтальная линия — значит, и сигнальный и земляной провод кабеля осциллографа исправны (не оборваны).

3.2.             Для исследования входных сигналов применяются следующие режимы работы синхронизации.

·        Развертка с синхронизацией исследуемым сигналом — нажмите кнопку «СИНХРОНИЗАЦИЯ ВНУТР.» длительность раз­вертки установите соответствующую ожидаемому периоду исследуемого сигнала, ручку «стаб.» поставьте в среднее положение. Кнопку «+-» установите в необходимое положение (при синхрони­зации положительным сигналом кнопка — отпущена, при синхрони­зации отрицательным сигналом — нажата). Размер изображения на экране не менее трех делений. Манипуляцией ручками «стаб.» и «УРОВЕНЬ» добиваются устойчивости изображения и начала раз­вертки в желаемой точке изображения исследуемого сигнала.

Примечание. Необходимо помнить, что в некоторых случаях невозможно добиться устойчивой синхронизации: при наличии больше двух переходов исследуемого сигнала через уровень синх­ронизации за период, при наличии шумов и помех в исследуемом сигнале.

·        Синхронизация развертки внешним сигналом — нажми­те кнопку «СИНХРОНИЗАЦИЯ ВНЕШ.» и подайте сигнал на гнездо «X«. Положение кнопки «+-» должно соответствовать полярнос­ти синхронизирующего сигнала.

·        Синхронизации от сети — необходимо нажать кнопку «СИНХРОНИЗАЦИЯ СЕТИ«.

3.3.             Определение параметров сигнала

По осциллограмме можно определить амплитуду Um и период Т колебаний

Для определения амплитуды сигнала необходимо выразить ее величину по вертикали в делениях, нанесенных на экран осциллографа и умножить полученное значение на цену одного деления, которая зависит от положения переключателей «УСИЛЕНИЕ mB/ДЕЛ» (милливольт на деление).

Для определения периода колебаний необходимо выразить его величину по горизонтали в делениях и умножить полученное значение на цену одного деления, зависящую от положения переключателей «ДЛИТ/ДЕЛ».

Частоту сигнала определяется по формуле f = 1/Т.

Основы осциллографических измерений (продолжение) | Keysight Community

В прошлой статье мы познакомились с назначением и областями применения осциллографов, рассмотрели какие бывают осциллографы и что из себя представляют современные цифровые осциллографы.

 

Теперь обсудим более принципиальные для проведения точных и адекватных измерений моменты. Познакомимся с тем, что такое запуск осциллографа и разберемся, как основные характеристики цифровых осциллографов влияют на проведение измерений.

 

Как уже упоминалось ранее, система запуска обеспечивает стабильное, удобное для работы представление сигнала и позволяет синхронизировать систему захвата осциллографа с той частью осциллограммы, которую необходимо исследовать. Органы управления этой системой позволяют подобрать вертикальный уровень запуска (например, напряжение, при котором должен запускаться процесс захвата данных осциллографом) и выбирать между различными возможностями запуска. Ниже рассматриваются примеры наиболее распространенных типов запуска.

 

Запуск по фронту сигнала

Запуск по фронту сигнала является наиболее часто используемым видом запуска. Событие запуска наступает, когда входной сигнал пересекает заданный пороговый уровень напряжения. Вы можете выбрать запуск по нарастающему или по спадающему фронту сигнала. На рисунке 1 показано графическое представление запуска по нарастающему фронту.

 

Рис. 1. При использовании запуска по нарастающему фронту запуск осциллографа осуществляется при достижении напряжения сигнала заданного порогового значения

 

Запуск по импульсной помехе (глитчу)

Запуск по глитчу позволяет осуществлять запуск по событиям или импульсам, длительность которых больше или меньше некоторого заданного промежутка времени. Эта функция очень полезна для поиска случайных импульсных помех или ошибок. Если такие аномалии проявляются не очень часто, то увидеть их бывает довольно затруднительно. Между тем, запуск по глитчу позволяет успешно захватывать бóльшую часть из этих ошибок. На рисунке 2 показана импульсная помеха, захваченная с помощью осциллографа Keysight серии InfiniiVision 6000.

 

Рис. 2. Редкая случайная импульсная помеха, захваченная с помощью осциллографа Keysight серии InfiniiVision 6000

 

Запуск по длительности импульса

Запуск по длительности импульса похож на запуск по глитчу и используется для обнаружения импульсов определенной длительности. Вместе с тем, это более общий вид запуска, так как он дает возможность осуществлять запуск по импульсам любой заданной длительности. При этом может быть выбрана полярность импульса — положительная или отрицательная. Кроме того, можно установить положение запуска по горизонтальной оси. Это позволяет увидеть события, которые произошли до события запуска или после него. Так, например, можно настроить запуск по глитчу, а затем, обнаружив ошибку, исследовать сигнал, предшествующий событию запуска, чтобы найти причину возникновения этой импульсной помехи. Если установить задержку по горизонтальной оси равной нулю, то событие запуска будет расположено в центре экрана. События, произошедшие непосредственно перед событием запуска, будут отображаться в левой части экрана, а те, которые произошли после события запуска, — в правой. Кроме того, пользователь может настроить режим входа запуска, а также установить источник сигнала, по которому будет осуществляться запуск. При этом совсем не обязательно запуск должен осуществляться по исследуемому сигналу, для этого можно использовать любой другой сигнал, имеющий отношение к данной измерительной задаче. На рисунке 3 показан блок органов управления системой запуска на передней панели осциллографа.

 

Рис. 3. Блок органов управления системой запуска осциллографа Keysight серии 2000 X

 

В современных цифровых осциллографах есть и базовые, и расширенные возможности запуска. Например, по определенным последовательным протоколам или ошибкам в этих цифровых сигналах. Также есть и революционные технологии запуска, такие как запуск по прямоугольной зоне, которую сигнал пересекает на экране осциллографа. О таких весьма интересных и продвинутых вещах мы поговорим в других статьях нашего блога.

 

Органы управления входными каналами

Как правило, осциллограф имеет два или четыре аналоговых канала. Они пронумерованы, при этом для каждого канала обычно имеется отдельная кнопка, которая позволяет включать или отключать соответствующий канал (рис. 4).

 

Рис. 4. Блок органов управления входными каналами осциллографа Keysight серии 2000 X

 

На передней панели может располагаться специальный переключатель (или функциональная клавиша), который позволяет задавать тип входа: закрытый (AC) или открытый (DC). Если выбран режим открытого входа, входной сигнал не подвергается обработке и подается непосредственно на усилитель системы вертикального отклонения осциллографа. В режиме закрытого входа фильтруется постоянная составляющая сигнала, и осциллограмма центрируется относительно уровня приблизительно 0 вольт («земля»). Кроме того, с помощью клавиши выбора может быть задан импеданс пробника для каждого канала. Органы управления позволяют также установить тип дискретизации входного сигнала. Используется два основных метода дискретизации сигнала: дискретизация в режиме реального времени и дискретизация в эквивалентном масштабе времени.

 

Дискретизация в режиме реального времени

При дискретизации в режиме реального времени осциллограф захватывает выборки сигнала с частотой, достаточной для точного отображения формы сигнала. Некоторые современные высокопроизводительные осциллографы способны захватывать одиночные сигналы с частотой до 63 ГГц, оцифровывая их в режиме реального времени.

 

Дискретизация в эквивалентном масштабе времени

Дискретизация в эквивалентном масштабе времени позволяет построить форму сигнала по данным нескольких захватов. Одна часть сигнала оцифровывается в процессе первого захвата данных, другая часть — в ходе второго захвата и так далее. Затем все эти данные собираются воедино для воссоздания формы сигнала. Режим дискретизации в эквивалентном масштабе времени особенно полезен для изучения высокочастотных сигналов, которые слишком быстры для использования дискретизации в режиме реального времени (частота более 63 ГГц).

 

Функциональные клавиши

Функциональными клавишами оснащены осциллографы, операционная система которых основана не на ОС Windows. Эти клавиши позволяют перемещаться по меню, отображаемому на дисплее осциллографа. На рисунке 5 показано, как выглядит всплывающее меню, когда нажата функциональная клавиша. Показанное на рисунке конкретное меню предназначено для выбора режима запуска. Вы можете циклически перемещаться по пунктам меню, непрерывно нажимая на функциональную клавишу или вращая поворотный регулятор на передней панели.

 

Рис. 5. Меню выбора типа запуска появляется при нажатии на функциональную клавишу,  расположенную под соответствующим пунктом меню запуска.

 

Основные виды измерений

Цифровые осциллографы позволяют выполнять широкий спектр измерений параметров сигналов. Виды и степень сложности доступных измерений зависят от набора функциональных возможностей вашего осциллографа. Большинство современных осциллографов позволяют выполнять все основные виды измерений.

 

Полный размах (амплитуда) напряжения

При выполнении этого вида измерений определяется разность между самым низким и самым высоким значением напряжения сигнала в течение некоторого периода времени.

 

Рис. 6. Измерение амплитуды сигнала

 

Среднеквадратичное значение напряжения

При выполнении этого вида измерений определяется среднеквадратичное значение напряжения сигнала. Эта величина может использоваться затем для вычисления мощности.

 

Время нарастания

Этот вид измерений позволяет определять интервал времени, в течение которого напряжение сигнала меняется от самого низкого до самого высокого предельного значения. Обычно измеряется время, необходимое для перехода с 10% до 90% от полного размаха сигнала.

 

Рис. 7. Пример измерения времени нарастания (показано измерение по уровню 0-100%  вместо обычно используемого 10-90%).

 

Длительность импульса

При измерении длительности положительного импульса вычисляется промежуток времени, в течение которого напряжение сигнала возрастает от уровня, соответствующего 50% от амплитуды, до его максимального значения, а затем уменьшается до уровня 50%. При измерении длительности отрицательного импульса вычисляется промежуток времени, в течение которого напряжение сигнала снижается от уровня, соответствующего 50% от амплитуды, до его минимального значения, а затем возрастает до уровня 50%.

 

Период

Этот вид измерений служит для определения периода, т.е. интервала времени, через который периодический сигнал повторяет свои значения.

 

Частота

Данный вид измерений служит для определения частоты, т.е. величины, обратной периоду.

 

Этот перечень приведен здесь для того, чтобы дать вам общее представление о том, какие виды измерений можно выполнять с помощью осциллографа. Вместе с тем, следует иметь в виду, что большинство осциллографов обеспечивают намного большее количество измерительных функций.

 

Основные математические функции

Помимо описанных выше видов измерений существует множество других математических операций функций, которые можно производить над сигналами. Ниже приведены примеры таких операций.

 

Преобразование Фурье

Эта математическая функция позволяет видеть гармонические компоненты (частоты), из которых состоит исследуемый сигнал.

 

Абсолютное значение

Эта математическая функция показывает абсолютное значение величины сигнала, выраженное в единицах напряжения.

 

Интегрирование

Эта математическая функция позволяет вычислить интеграл исследуемого сигнала.

 

Сложение и вычитание

Эти математические функции позволяют складывать или вычитать мгновенные значения исследуемых осциллограмм и отображать на дисплее результирующий сигнал.

 

Хотелось бы еще раз отметить, что это — лишь небольшая часть измерительных возможностей, доступных при использовании современных цифровых осциллографов.

 

Основные технические характеристики осциллографов

Многие характеристики осциллографа оказывают значительное влияние на производительность прибора и, соответственно, на вашу способность выполнять точные измерения параметров разрабатываемых устройств. В этом разделе рассматриваются самые важные из этих характеристики. Кроме того, здесь вы ознакомитесь с терминологией, используемой в осциллографии, а также узнаете, как принять обоснованное решение по выбору осциллографа, наилучшим образом отвечающего потребностям тестирования.

 

Полоса пропускания

Полоса пропускания является самой важной характеристикой осциллографа, так как именно она дает представление о диапазоне прибора в частотной области. Иначе говоря, она определяет частотный диапазон, которые осциллограф способен корректно отображать и правильно измерять параметры сигналов. Полоса пропускания измеряется в герцах. Если полоса пропускания не достаточно широка, то осциллограф не сможет точно представить реальный сигнал. Так, например, в этом случае амплитуда сигнала может быть искажена, фронты осциллограммы окажутся не вполне чистыми, а некоторые детали сигнала могут быть потеряны. Полоса пропускания осциллографа — это самое низкое значение частоты, на которой входной сигнал ослабляется на 3 дБ. Другими словами полосу пропускания можно определить так: если на вход осциллографа подается чистый синусоидальный сигнал, то полоса пропускания будет равна минимальной частоте, на которой измеренная амплитуда составляет 70,7% от фактической амплитуды сигнала.

 

В отдельной статье блога мы рассмотрим, как определить минимальную требуемую полосу пропускания для анализа аналоговых или цифровых сигналов.

 

Количество каналов

Термин «канал» означает независимый вход осциллографа. Количество каналов в осциллографе может изменяться в пределах от двух и до двадцати. Обычно в осциллографе два или четыре канала. Каналы могут различаться также в зависимости от типа подаваемого сигнала. Некоторые осциллографы имеют только аналоговые каналы, и такие приборы называются «цифровые запоминающие осциллографы» (DSO). Другие, которые называются «осциллографы смешанных сигналов» (MSO), содержат как аналоговые, так и цифровые каналы. Так, например, осциллографы смешанных сигналов Keysight серии InfiniiVision могут иметь до двадцати каналов, из которых шестнадцать — цифровые, а четыре — аналоговые каналы.

 

Очень важно, чтобы в осциллографе было достаточное для решения данной прикладной задачи количество каналов. Если используется двухканальный прибор, но при этом требуется отображать четыре сигнала одновременно, то это, очевидно, может привести к проблемам.

 

Частота дискретизации

Частота дискретизации осциллографа — это количество выборок, которые осциллограф может захватить за одну секунду. Рекомендуется, чтобы частота дискретизации осциллографа была, по крайней мере, в 2,5 раза больше полосы пропускания прибора. В идеале частота дискретизации должна быть в 3 и более раза больше полосы пропускания.

 

Нужно быть очень осторожным при оценке заявляемых производителем характеристик приборов, в том числе, частоты дискретизации осциллографа. Производители, как правило, указывают максимальное значение частоты дискретизации, которое может обеспечить осциллограф, но иногда эта максимальная скорость оцифровки доступна только при использовании одного или двух каналов. Если одновременно используется большее число каналов, то частота дискретизации может уменьшаться. Поэтому было бы целесообразно проверить, сколько каналов можно использовать, сохраняя при этом указанное максимальное значение частоты дискретизации. Если частота дискретизации слишком низкая, сигнал может не совсем точно отображаться на экране осциллографа. В качестве примера представьте, что вы хотите посмотреть форму сигнала, но частота дискретизации такова, что захватывается всего две точки на период (рис. 8).

 

Рис. 8. Осциллограмма, полученная при частоте дискретизации, обеспечивающей оцифровку двух точек за период

 

Теперь рассмотрим тот же сигнал, но захваченный при более высокой частоте дискретизации, обеспечивающей оцифровку семи точек за период (рис. 9).

 

Рис. 9. Осциллограмма, полученная при частоте дискретизации, обеспечивающей оцифровку семи точек за период

 

Понятно, что чем больше выборок захватывается за секунду, тем более точно будет отображаться сигнал. Если бы мы продолжили увеличивать частоту дискретизации для сигнала, рассмотренного в ранее приведенном примере, то выборки, в конечном счете, выглядели бы практически непрерывными. На самом деле, чтобы заполнить промежутки между выборками, в осциллографах, как правило, используется интерполяция sin(x)/x.

Для получения более подробной информации, касающейся частоты дискретизации в осциллографах, советуем ознакомиться с рекомендациями по применению «Сопоставление частоты дискретизации осциллографа и достоверности оцифровки: как выполнять самые точные измерения цифровых сигналов».

 

Глубина памяти

Как уже упоминалось ранее, в цифровом осциллографе для оцифровки входного сигнала используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Оцифрованные данные затем сохраняются в быстродействующей памяти осциллографа. Глубина памяти указывает, какое точное количество выборок или точек и, соответственно, какой продолжительности временной интервал могут быть сохранены.

 

Глубина памяти имеет большое значение для частоты дискретизации осциллографа. В идеальном мире частота дискретизации будет оставаться постоянной вне зависимости от настроек осциллографа. Между тем, такой идеальный осциллограф потребует огромного объема памяти при больших значениях коэффициента развертки, и, соответственно, будет иметь такую цену, которая способна сильно ограничить количество возможных заказчиков. Вместо этого частота дискретизации уменьшается по мере увеличения интервала времени. Величина объема памяти важна потому, что чем больше глубина памяти осциллографа, тем больше времени можно затратить на захват осциллограмм на полной скорости оцифровки.

 

Математически это можно представить следующим выражением:

 

Глубина памяти = (частота дискретизации) × (продолжительность временного интервала)

 

Таким образом, если вы хотите просматривать длительные интервалы времени с большим разрешением (т.е. малым расстоянием между точками), то вам потребуется прибор с большой глубиной памяти. Также важно проверить быстроту реакции осциллографа на управляющие воздействия, когда он настроен на максимально большой доступный объем памяти. В этом режиме у осциллографов обычно наблюдается серьезное снижение скорости обновления, поэтому многие инженеры используют глубокую память только тогда, когда это критически важно для решения стоящих перед ними задач.

 

Скорость обновления сигналов на экране

Скорость обновления показывает, насколько быстро осциллограф способен запустить сбор данных, обработать захваченную информацию, отобразить ее, а затем подготовиться к следующему запуску. Иногда человеческому глазу может казаться, что осциллограф отображает «живой» сигнал, но это происходит потому, что обновления происходят так быстро, что человеческий глаз просто не успевает заметить изменения. На самом деле, между захватами сигнала существует некоторое мертвое время (рис. 10). В течение этого мертвого времени часть осциллограммы не отображается на экране осциллографа. В результате, если какое-либо редкое событие или глитч произойдут именно в этот момент времени, то их невозможно будет увидеть.

 

Легко понять, почему так важно иметь высокую скорость обновления сигналов на экране. Чем выше скорость обновления сигналов, тем меньше у него величина мертвого времени, что означает более высокую вероятность того, что осциллограф сможет захватить и отобразить редкую аномалию или глитч.

 

Предположим, например, что требуется отобразить сигнал, который содержит глитч, появляющийся один раз на 50 000 циклов. Если осциллограф обеспечивает скорость обновления сигналов на экране 100 000 осциллограмм в секунду, то вы сможете захватить эту аномалию в среднем два раза в секунду. Однако если бы осциллограф имел скорость обновления 800 осциллограмм в секунду, то для того, чтобы увидеть помеху потребуется в среднем одна минута. Это слишком долго.

 

Нужно очень внимательно читать технические характеристики, касающиеся скорости обновления сигналов на экране. В осциллографах некоторые производителей для достижения «баннерных» характеристик скорости обновления требуется обеспечить особые режимы сбора данных. Такие режимы захвата сигналов могут серьезно ограничивать производительность осциллографа, в том числе, сократить объем памяти, уменьшить частоту дискретизации и ухудшить достоверность восстановления формы сигнала. Поэтому было бы целесообразно проверить характеристики осциллографа по отображению осциллограмм при максимальной скорости обновления сигналов на экране.

 

Рис. 10. Графическое представление мертвого времени. Кружками выделены две редкие аномалии, которые не могут быть отображены на дисплее прибора

 

Возможности подключения осциллографов

Современные осциллографы обеспечивают широкий выбор возможностей подключения. Часть из них оснащена портами USB, дисководами DVD-RW, возможностью подключения внешних жестких дисков, портами для подключения внешних мониторов и многим другим. Все эти функциональные возможности упрощают использование осциллографов и передачу данных. Некоторые осциллографы также оснащены операционными системами, которые позволяют осциллографу  функционировать в качестве персонального компьютера. Благодаря внешнему монитору, мыши и клавиатуре вы можете смотреть на дисплей своего осциллографа и управлять своим осциллографом так, как будто он встроен в корпус компьютера. Кроме того, в ряде случаев вы можете также передавать данные с осциллографа на ПК через интерфейсы USB и LAN.

 

Хорошие возможности подключения помогают сэкономить массу времени и упростить выполнение стоящих перед вами задач. Так, например, они позволяют быстро и легко передавать данные на ноутбук или делиться полученными данными с коллегами, находящимися в других странах или даже на других континентах. Они обеспечивают также дистанционное управление осциллографом с компьютера. В мире, в котором эффективная передача данных во многих случаях является настоятельной потребностью, приобретение осциллографа с качественными возможностями подключения представляется очень хорошим вложением средств.

 

Подведем итоги. Мы познакомились с устройством современных цифровых осциллографов, с тем, как выглядит их передняя панель, где находятся и за что отвечают различные органы управления: кнопки и рукоятки. Также мы затронули вопросы правильного запуска осциллографа, основных автоматических измерений и математических функций. И, кроме того, рассмотрели основные характеристики осциллографов, которые в первую очередь влияют на возможность и точность тех или иных измерений.

 

Конечно, в нашем блоге вы еще много раз встретите уже описанные функции и характеристики, и мы будем затрагивать эти вопросы более подробно. Надеемся, каждый найдет для себя что-нибудь полезное. Так что в добрый путь и удачи в ваших измерениях!

Читать онлайн Осциллограф ваш помощник (как работать с осциллографом) страница 12

Рис. 44

Генератор РЧ придется также немного перестроить — ведь он перекрывал частоты 750…1500 кГц (длины волн 400…200 м), более высокие по сравнению с необходимыми для нашего случая. Поэтому параллельно конденсатору переменной емкости генератора (С2 на рис 32) подключите постоянный конденсатор емкостью 300 пФ и генератор будет перекрывать частоты 500…680 кГц (600.. 440 м).

Но сразу устанавливать частоту генератора равной частоте выбранной радиостанции не следует, поскольку при проверке и налаживании приемника будут помехи от сигналов радиостанции. Поэтому лучше установить более высокую либо более низкую частоту, скажем, 660 кГц (длина волны 450 м, длительность одного колебания 1,5 мкс). Кроме того, колебания генератора должны быть немодулированы (ручка «Амплитуда» на генераторе 3Ч выведена), а их амплитуда максимальна.

Теперь все готово к настройке контура магнитной антенны. Питание приемника в этом случае включать не нужно. На осциллографе устанавливают максимальную чувствительность, автоматический режим работы генератора развертки, внутреннюю синхронизацию, открытый или закрытый вход. Плавным вращением ротора конденсатора переменной емкости приемника добиваются максимального размаха колебаний (наибольшей высоты «дорожки») на экране осциллографа, как это делали при проверке работы детекторного приемника. Если это получается лишь в крайнем положении ротора, изменяют соответственно емкость конденсатора С1 (ее уменьшают, если ротор находится в положении минимальной емкости, и наоборот).

Затем генераторы 3Ч и РЧ можно временно выключить, подать на приемник питание и проверить режимы работы транзисторов в контрольных точках. «Земляной» щуп осциллографа остается в этом случае подключенным к общему проводу приемника (минус источника питания), как показано на рис. 44.

Осциллограф по-прежнему работает в автоматическом режиме с открытым входом, его линию развертки смещают на нижнее деление шкалы (рис. 45) и устанавливают кнопками входного аттенюатора чувствительность 0,2 В/дел.

Далее касаются входным щупом осциллографа вывода базы транзистора VT1 (контрольная точка б). По отклонению линии развертки (рис. 45, б) определяют напряжение смещения на базе. Затем касаются вывода коллектора (точка в) транзистора и определяют напряжение на нем (рис. 45, в). Зная напряжение питания (1,5 В), напряжение на коллекторе и сопротивление резистора нагрузки R2, нетрудно подсчитать по закону Ома коллекторный ток транзистора (током базы, также протекающим через резистор R2, можно пренебречь — он весьма мал). В данном случае он составит около 0,25 мА, что допустимо для первого каскада, усиливающего сравнительно слабые сигналы.

Подобные измерения проводят и для второго транзистора, измеряя напряжения на его базе (точка г) и коллекторе (точка д). Правда, в последнем случае чувствительность осциллографа придется установить 0,5 В/дел. Но подсчитать по результатам измерений коллекторный ток транзистора не удастся, поскольку разница напряжений источника питания и на коллекторе транзистора на осциллографе практически незаметна. В подобных случаях измеряют падение напряжения непосредственно на нагрузке. В нашем варианте «земляной» щуп осциллографа следует подключить к выводу коллектора транзистора VT2 (точка д), а входной щуп — к плюсовому выводу источника питания. Установив соответствующую чувствительность осциллографа, удастся определить падение напряжения на нагрузке — головном телефоне BF1 (катушку L3 можно не учитывать из-за ее малого омического сопротивления). Оно составит примерно 0,1 В. Поскольку сопротивление телефона ТМ-2А равно 130 Ом, коллекторный ток транзистора составит 0,1 В: 130 Ом ~= 0,77 мА, что также приемлемо для данного каскада.

Вы, конечно, заметили, что при переключении чувствительности осциллографа, работающего с открытым входом и подключенного к исследуемой цепи с постоянным напряжением, приходится отключать входной щуп и устанавливать линию развертки на условный «нуль» отсчета. Чтобы упростить эту операцию, временно «закройте» вход осциллографа, установите нужную чувствительность, сместите линию развертки на нужную точку отсчета и только после этого «откройте» вход. Эта «маленькая хитрость» избавит вас от необходимости отключать входной щуп.

Настало время проконтролировать прохождение сигнала РЧ через каскады приемника и его детектирование. Но сначала нужно разомкнуть цепь сигнала 3Ч в точке соединения конденсатора С4 с резистором R4 (помечено на схеме крестиком). На колебательный контур магнитной антенны вновь подают немодулированный сигнал РЧ, а входной щуп осциллографа подключают к катушке связи (точка а). Измеряют размах колебаний на резонансной частоте контура. Предположим, что он равен 0,036 В. т. е. 36 мВ (рис. 46, а).

Такой же сигнал должен просматриваться и в точке б (на базе транзистора VT1). А вот на коллекторе транзистора VT1 (точка в) должен наблюдаться усиленный сигнал (рис. 46, в). Коэффициент усиления каскада нетрудно подсчитать делением размаха колебаний коллекторного сигнала на размах колебаний базового сигнала. Результат получится не очень большим (в данном случае около б), хотя сам транзистор обладает коэффициентом передачи и несколько десятков единиц.

Рис. 46

И, естественно, вы ожидаете такого же усиления сигнала.

Но дело в том, что нагрузкой каскада по переменному току является не столько резистор R2, сколько входная цепь последующего каскада, обладающая меньшим сопротивлением. Она и снижает усиление. Хотите в этом убедиться?

Отключите от коллекторной цепи транзистора VT1 конденсатор С5 — и размах колебаний в точке в резко возрастет, а значит, возрастет и коэффициент усиления каскада.

Восстановите соединение конденсатора С5 с коллекторной цепью и подключите входной щуп осциллографа к выводу базы (точка г) транзистора VT2 — изображение сигнала будет таким же, что и в точке в, что свидетельствует о передаче сигнала с каскада на каскад.

Далее подключите входной щуп осциллографа к выводу коллектора (точка д) транзистора VT2. Размах колебаний возрастет (рис. 46, д). Делением выходного сигнала на входной, как и в предыдущем случае, подсчитайте коэффициент усиления каскада. Здесь он несколько больше, поскольку каскад нагружен на большее сопротивление.

Переключив входной щуп на верхний по схеме вывод катушки L3 (точка е), увидите, что размах колебаний резко упал (рис. 46, е). Это естественно, поскольку они замыкаются на общий провод через конденсатор С6 и осциллограф контролирует лишь падение напряжения радиочастоты на этом конденсаторе. Правда, колебания в этой точке могут быть немного «размытыми» — это недостаток осциллографа, иногда возбуждающегося при работе на большой чувствительности (0,01 В/дел).

На катушке L4 (точка ж) размах колебаний будет примерно такой же (рис. 46, ж), что и на коллекторе транзистора VT2, т. е. на катушке L3 (ведь ее верхний по схеме вывод «заземлен» по радиочастоте через конденсатор С6). А на нагрузке детектора (точка и) никаких колебаний не будет (рис. 46, и), но зато появится постоянное напряжение (его удастся обнаружить лишь при открытом входе осциллографа) — результат работы детектора, как выпрямителя колебаний РЧ.

Вы, возможно, заметили, что форма колебаний в точке ж несколько изменилась по сравнению с точкой д и из синусоидальной стала превращаться в треугольную. К тому же размах колебаний почти не изменился, хотя числа витков катушек отличаются почти втрое (65 витков у L3 и 170 — у L4). В чем причина? — такой вопрос вполне может возникнуть у вас.

Давайте разберемся. Катушки L3 и L4 намотаны на сердечнике с высокой магнитной проницаемостью. Через катушку L3 протекает хотя и небольшой, но постоянный ток, создающий в сердечнике магнитный поток, несколько изменяющий магнитные свойства сердечника. В итоге сердечник быстрее входит в насыщение и при определенной амплитуде входного сигнала (на катушке L3) понижается коэффициент трансформации и искажается форма сигнала.

Проверить сказанное нетрудно, наблюдая на осциллографе сигнал в точке ж и уменьшая входной сигнал генератора РЧ. Размах колебаний будет плавно уменьшаться с одновременным улучшением формы их. При размахе примерно 1.5 В колебания станут синусоидальными.

Если теперь подключить входной щуп осциллографа к точке д, увидите, что размах колебаний здесь стал равным 0,5 В, т. е. коэффициент трансформации примерно соответствует соотношению витков катушек. Вот теперь можно сказать, что сердечник не насыщается и радиочастотный трансформатор работает нормально.

Правда, описанного режима в реальных условиях не будет, поскольку сигнал РЧ никогда не достигнет указанного значения. Мы его получили искусственно, чтобы удобнее было наблюдать изображение на экране осциллографа. Но если все же придется встретиться в дальнейшем с подобным явлением в аналогичных конструкциях, помните о его причине.

Читать онлайн Осциллограф ваш помощник (как работать с осциллографом) страница 5

По фигурам Лиссажу

Определять частоту синусоидальных колебаний с помощью установленной на осциллографе ОМЛ-2М длительности развертки вы уже умеете. А если придется работать с другим осциллографом, у которого нет калибровки длительности? Тогда нужно воспользоваться методом сравнения неизвестной частоты с известной по фигурам Лиссажу.

Но прежде чем перейти к знакомству с этим методом, соберем макет простого генератора сигналов 34, поскольку подобного измерительного прибора у вас может не оказаться. Кроме того, на макете вы познакомитесь с методикой проверки и налаживания генератора.

Схема генератора приведена на рис. 14. Нетрудно заметить, что без цепи из деталей C1, С2, R1 -R3 устройство, выполненное на транзисторах VT1, VT2,- не что иное, как двухкаскадный усилитель 3Ч с непосредственной связью между каскадами и отрицательной обратной связью по постоянному и переменному токам (через резистор R6). При подключении указанной цепи, называемой в технике мостом Вина, между выходом и входом усилителя образуется положительная обратная связь. Усилитель самовозбуждается. На коллекторной нагрузке транзистора VT2 (резистор R7) появляются колебания, частота которых зависит от емкости конденсаторов C1 и С2, а также от сопротивлений резисторов R1.1, R2 и R3, R1.2. Сдвоенным переменным резистором RI «Частота» можно плавно изменять частоту колебаний.

Форма колебаний на коллекторе транзистора VT2 может быть синусоидальной или искаженной, в виде импульсов, — все зависит от глубины положительной обратной связи. А последняя, в свою очередь, во многом определяется сопротивлением резистора R4 — в этом вы убедитесь немного позже.

Сигнал генератора поступает на выходные зажимы ХТ1, ХТ2 через переменный резистор R7 «Амплитуда» — им регулируют амплитуду колебаний, снимаемых с зажимов.

Наш генератор разработан специально для экспериментов с осциллографом ОМЛ-2М. Исходя из этого и определены его параметры. Во-первых, для получения достаточной длины развертки максимальная амплитуда сигнала составляет 2,5 В (размах колебаний 5 В). Частоту же сигнала можно регулировать примерно от 350 Гц (движки переменного резистора R1 в нижнем по схеме положении) до 2 кГц (движки — в верхнем положении). Такого диапазона вполне достаточно, чтобы не только потренироваться в определении частоты по фигурам Лиссажу, но и использовать генератор в дальнейшем для проверки усилителей 3Ч, а также для модуляции генератора РЧ (ои понадобится для проверки радиоприемника).

Несколько слов о деталях для генератора. Сдвоенный переменный резистор R1 может быть любой конструкции, но обязательно с одной осью, например, СП-III, СПЗ-4 группы А (с линейной характеристикой) или движковый СПЗ-23а. Подстроенный резистор R4 — СПЗ-1а, СПЗ-1б, переменный резистор R7 — СП-I либо движковый. Постоянные резисторы МЛТ-0,25 (можно МЛТ-0,125). Конденсаторы C1, С2 — МВМ; С3 — К50-6. Транзисторы — любые из серии КТ315 с коэффициентом передачи тока не менее 50.

Чертеж монтажной платы не приводим, поскольку он во многом зависит от габаритов используемых деталей. Его нетрудно составить самим, учитывая, что взаимное расположение деталей не имеет значения. Внешний же вид макета в случае использования переменных резисторов типа СП может быть, например, таким, как показанный на рис. 15. Напротив ручки переменного резистора R1 желательно приклеить к передней панели шкалу, на которую в дальнейшем нанесете значения частот генератора.

Для подключения генератора к выпрямителю или батарее предусмотрите отрезки многожильного монтажного провода в изоляции, на концах которых укрепите штепсели или зажимы «крокодил».

Генератор готов, можно проверять его, налаживать и градуировать шкалу.

В первую очередь следует проверить и, если нужно, установить режим работы транзистора VT2. Для этого вначале полностью вводят сопротивление резистора R4, т. е. устанавливают ею движок в крайнее правое (по схеме) положение. Положительная обратная связь будет минимальной, и усилитель не сможет самовозбудиться. Движки же резисторов R1.1 и R1.2 должны быть в крайнем верхнем (по схеме) положении — оно соответствует максимальной частоте генератора.

Далее подготовьте осциллограф к измерению постоянного напряжения. Переключатель 13 установите в положение, соответствующее открытому входу осциллографа, а переключатели 1 и 2 — в положение «2 В/дел.«. Кнопкой 7 переведите генератор развертки в автоматический режим и сместите линию развертки на нижний край шкалы (рис. 16, а).

Включите питание генератора 3Ч, «земляной» щуп осциллографа подключите к зажиму ХТ2, а входным коснитесь верхнего (по схеме) вывода резистора R7 — проверьте напряжение питания. Линия развертки поднимется вверх (рис. 16, б), и вы сможете по делениям шкалы отсчитать измеряемое напряжение — около 9 В.

Затем коснитесь входным щупом осциллографа вывода коллектора транзистора VT2. Линия развертки опустится несколько ниже по сравнению с предыдущим измерением (рис. 16, в). Это объяснимо — ведь через транзистор протекает ток, и напряжение на коллекторе отличается от питающего на величину падения напряжения на резисторе R7.

По напряжению на коллекторе транзистора можно судить о режиме его работы. Если оно 6,5…7 В — все в порядке, удастся получить достаточную амплитуду сигнала генератора при хорошей линейности формы. Если же напряжение больше и близко к питающему, значит выходной транзистор открыт недостаточно, амплитуда неискаженного выходного сигнала окажется небольшой.

Попробуйте заменить эмиттерный резистор R8 переменным, сопротивлением 150 или 220 Ом. Перемещением движка резистора можете изменять напряжение на коллекторе транзистора VT2 — чем больше сопротивление резистора, тем меньше напряжение. Установите такое сопротивление, при котором будет указанное выше напряжение.

Пора «запускать» генератор. Оставив входной щуп осциллографа подключенным к коллектору транзистора VT2, плавно перемещайте движок подстроечного резистора R4 влево (по схеме). Глубина положительной обратной связи будет возрастать, и при определенном сопротивлении резистора усилитель самовозбудится. На линии развертки появятся колебания 3Ч (рис. 16, г).

Теперь можно перейти на закрытый вход (нажать кнопку 13), переместить изображение на середину экрана и установить такую чувствительность осциллографа, при которой изображение по вертикали занимает 4…6 делений. А чтобы «остановить» перемещение сигнала на экране, включите ждущий режим работы развертки (нажмите кнопку 7) и поверните в крайнее положение по часовой стрелке ручку синхронизации 8. С помощью кнопок частоты развертки 3, 4 и регулятора длины развертки 11 добейтесь устойчивого изображения нескольких синусоидальных колебаний. Рассмотрите вершины полуволн синусоиды. Они могут быть уплощены (рис. 16, д), что свидетельствует об искажении сигнала из-за большой глубины положительной обратной связи. Нужно более точно установить движок подстроечного резистора R4, чтобы форма сигнала была возможно более близкой к синусоидальной (рис. 16. е).