Краткие теоретические сведения. При подготовке осциллографа к работе следует обращать внимание на качество

При подготовке осциллографа к работе следует обращать внимание на качество фокусировки луча. От толщины следа луча зависит визуальная погрешность определения размеров изображения, относительное значение которой оценивают формулой:

(%), (7.1)

где b – толщина линии (в долях крупных делений);

L _{X (Y)} – размер изображения по координате X (Y), в крупных делениях;

l=[0. 4¸1] – безразмерный коэффициент, значение которого учитывает квалификацию экспериментатора, для начала l=1. Луч считается хорошо сфокусированным, если значение b £ (0.05¸0.1) дел.

Определение основных погрешностей коэффициентов отклонений и коэффициентов развёртки осуществляется с помощью вольтметра переменного тока (V) и образцового генератора (ОГ) синусоидальной и прямоугольной форм, соединённых с осциллографом (ЭЛО) коаксиальными кабелями (К) согласно рис. 7.1.

Рисунок 7.1 Схема подключения приборов для определения погрешности

Определить погрешности коэффициентов отклонения следует при 2¸3 положениях его переключателя, например, при k ₀: 0. 1, 0. 5, 1 (В / дел.). Для этого на вход канала вертикального отклонения подают сигнал синусоидальной формы, частотой 1000 Гц, и регулируют его амплитуду таким образом, чтобы изображение сигнала по оси Y находилось в пределах рабочей части экрана (она обычно отмечена горизонтальными пунктирными линиями). Искомый коэффициент определяется выражением:

k ₀^*= U _{2 А} / L _2А [В / дел.],

где U _2А – напряжение двойной амплитуды, определённое по показаниям вольтметра;

L _2А – размер изображения двойной амплитуды сигнала (в крупных делениях).

Оценка относительной погрешности найденного коэффициента отклонения:

%,

где k ₀ – номинальный (установленный) коэффициент отклонения.

Схема эксперимента по определению погрешности коэффициента развёртки аналогична. В этом случае можно выбрать сигнал прямоугольной формы.

Перед проведением эксперимента выбирают значение коэффициента развёртки, например k _P=1 мс / дел., выбирают размер изображения L _T (10 дел.), оценивают требуемое значение частоты тестового сигнала

f *= n × L _T / k _P,

где n – целое число периодов, которое предполагают наблюдать в пределах L _T.

После этого регулируют частоту f генератора таким образом, чтобы предполагаемое количество периодов наиболее точно разместилось в границах L _T(при этом следует ориентироваться по тем участкам сигнала, которые обладают максимальной скоростью изменения). Для удобства проведения эксперимента следует начало развёртки луча совместить с левым краем сетки экрана.

Коэффициент развёртки вычисляют по формуле:

k _P^*= T ₀/ L _Т [c / дел.]

где T= 1/ nf –действительное значение наблюдаемого временного интервала.

Относительную погрешность коэффициента развёртки оценивают по формуле: .

Определение характеристик нелинейных искажений изображения. Эффекты искажения формы сигнала, вызванные нелинейностью функций преобразования напряжений и интервалов времени в соответствующие им размеры, характеризуют максимальными относительными значениями нелинейности амплитудной характеристики канала и максимальной относительной нелинейностью развёртки. Оценить оба параметра можно с помощью сигнала прямоугольной формы скважностью q =0.5. (Схема эксперимента включает те же приборы). Для этого следует установить такое значение амплитуды сигнала, чтобы размер изображения по оси Y в центре экрана занимал 7 делений; частоту генератора установить такой, чтобы по оси Х разместилось ровно 5 полупериодов сигнала (точную установку размера можно обеспечить регулятором плавного изменения коэффициента развёртки). Вариант наблюдаемой картинки представлен рис. 7.2.

Рисунок 7.2 Определение нелинейных искажений изображения

Нелинейность амплитудной характеристики канала вертикального отклонения оценивают отношением:

%,

где max(L_{Y 1}, L_{Y 2}) – максимальное значение из двух крайних значений размеров L_{Y 1} и L_{Y 2}, соответствующих размаху изображения по вертикали, в делениях;

L_Y – аналогичный размер в центре экрана.

Для получения оценки нелинейности развёртки выбирают больший из крайних размеров изображений полупериодов L_{Х 1}, L_{Х 2} и сравнивают его с размером L_Х изображения полупериода в центре экрана отношением:

%.

Определение рабочей полосы частот канала вертикального отклонения можно на основе анализа опытной зависимости коэффициента передачи осциллографа от частоты:

K_U (f)= k _{0, n} × L _2A(f) / 2 U_m (f),

где k _{0, n} [В / дел.] – номинальное значение одного из коэффициентов отклонения;

L _2A(f) [дел.] – размер изображения двойной амплитуды сигнала с амплитудным значением U_m [В] и частотой f (Гц).

Частотные свойства осциллографа описывают нормированной характеристикой, применимой при различных номинальных значениях коэффициентов отклонения. Нормирующее значение определяется коэффициентом передачи на опорной частоте f ₀, т.е. значением: K_N (f ₀)= k _{0, n} × L _2A(f ₀) / 2 U_m (f ₀).

Опорную частоту выбирают равной 1 кГц.

Нормированная АЧХ определяется отношением:

K (f)= K_U (f)/ K_N (f ₀),

которое при постоянстве k _{0, n} и амплитуды испытательного сигнала эквивалентно отношению размеров изображений:

K(f)=L _2A (f) / L _2A (f ₀).

Рабочей полосой пропускания канала считают диапазон частот, для которого неравномерность логарифмической АЧХ не превосходит 3 дБ, т.е. выполняется неравенство |20×lg[ K (f)]|£3. Это соответствует допустимому изменению функции K (f) в полосе пропускания в»0. 707 раз по сравнению со значением на опорной частоте. Таким образом, задача сводится к установлению нижней (f _Н) и верхней (f _В ) границ полосы пропускания. Определение значений облегчается двумя обстоятельствами:

1) функция K (f) заметно отличается от значения K (f ₀)=1лишь при приближении частоты к границам f _Н и f _В;

2) при открытом входе f _Н=0.

Для нахождения границ полосы пропускания требуется оценка K (f) по её значениям при дискретных значениях аргумента f. Для исследования нижней области полосы частот осциллографа GOS-620 достаточен, например, ряд значений частот f: 1000, 315, 100, 32, 10, 3. 2 (Гц); (округлённые значения ряда f ₀×10^{- d /2} при f ₀=1000 Гц, d =0, 1, 2… Этот ряд обеспечивает постоянный шаг множителя частоты, если выбран логарифмическом масштаб). При исследовании области высоких частот следует воспользоваться рядом f_g: 0. 1, 0. 3, 1, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10… (МГц). Те значения ряда частот, при которых АЧХ изменяется незаметно по отношению к значению на опорной частоте, можно пропускать. Достаточно оставить 8¸10 значений.

Эксперимент начинают с подачи сигнала генератора синусоидальной формы частотой f ₀ на вход канала CH1 (MODE®CH1), затем устанавливают (с помощью регулятора уровня выходного сигнала образцового генератора) значение размера двойной амплитуды в пределах границ рабочей части экрана. (В дальнейшем, при изменении частоты, регулятор уровня не трогают).

Определить границы рабочего диапазона частот (f _Н, f _В) можно графическим способом.

Оценка относительной погрешности определения коэффициента передачи для любой частоты (без учёта погрешности установки частоты):

d _{К ( f )}=d_В0+d_{В min} +d_Г,

где d_B0, d_{В min} – визуальные погрешности определения размера L _2A(f ₀) и минимального из остальных значений L _2А;

d_Г=1% – относительная стабильность уровня выходного сигнала генератора. Погрешности, вызванные нелинейностью канала, почти полностью компенсируются и их можно не учитывать.

При выборе коэффициента отклонения следует учитывать его влияние на значение f _В: чем выше чувствительность канала CH1, тем меньше f _В. Особенно ярко эта зависимость проявляется у осциллографов со ступенчатым изменением чувствительности (в 5, 10 раз).

Применение осциллографа для измерения параметров сигналов. Определяют параметры сигнала, с размерностью напряжения, косвенно, согласно уравнению:

U = k ₀× L_U (В),

где L_U – размер изображения измеряемого параметра. Относительная погрешность(при f < f _B/5):

d _U = d_В + d_Ко + d_НА, %,

гдеd_В – визуальная погрешность оценки L_U (4.1);d_Ко – относительная погрешность коэффициента отклонения; d_НА – относительная погрешность измерения, вызванная нелинейностью канала.

Временные параметры сигнала определяют похожим образом:

Т = k _р× L _Т (с),

где L _Т – размер изображения измеряемого параметра. Относительная погрешность измерения:

d_Т =d_В + d_Кр + d_НР, %,

где d_В – визуальная погрешность оценки L _Т (4.1);d_Кр – относительная погрешность коэффициента отклонения; d_НР – относительная погрешность измерения, вызванная нелинейностью развёртки. При измерении длительности t_ф фронта импульса влиянием динамических характеристик осциллографа можно пренебречь при t_ф×2p f _B < 0.2.

Дата добавления: 2015-09-03