Разновидности электронных осциллографов
8.5.1. Двух – и многоканальные; двухлучевые осциллографы – приборы относящиеся к группе С1. Применяются при наблюдении одновременно двух и более сигналов, при анализе искажений формы сигналов, исследовании и настройке цифровых систем передачи.
Принцип построения многоканальных осциллографов рассмотрим на примере двухканального прибора, обобщенная структурная схема которого имеет вид (рис.8.7):
Обобщенная структурная схема двухканального осциллографа
Рисунок 8.7
Отличительной особенностью схемы является наличие электронного коммутатора, который подает исследуемые сигналы каждого канала на одни и те же отклоняющие пластины ЭЛТ. Обычно предусматривают 4 режима работы 2 каналов:
– одноканальный (коммутатор подключен к первому либо ко второму каналу)
– чередования каналов (коммутатор поочередно подключает каналы после каждого хода развертки)
– прерывания (работают оба канала, но переключения производятся с высокой частотой [как правило более
Гц])
– алгебраического сложения (оба канала одновременно работают на одну нагрузку; в этом режиме можно исследовать сумму или разность двух сигналов)
На основе двухканального принципа строятся многоканальные (до 8 каналов) электронные осциллографы.
Основой для построения структурной схемы двухлучевого осциллографа является ЭЛТ, снабженная двумя электронными прожекторами и двумя парами пластин вертикального отклонения. К каждой паре пластин подключен отдельный КВО; развертка, как правило, одна на оба луча. По частотным характеристикам двухлучевые осциллографы аналогичны однолучевым, однако из-за усложнения схемы и конструкции ЭЛТ, как правило, дороже и менее надежны.
8.5.2. Цифровые осциллографы
Обобщенная структурная схема одноканального цифрового осциллографа приведена на рис.8.8.
Рисунок 8.8
Исследуемый сигнал через блок входных устройств (ВУ) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП). В АЦП происходит дискретизация сигнала по времени и квантование по уровню. На его выходе формируются коды, соответствующие мгновенным значениям сигнала, отстоящим друг от друга на интервал дискретизации. Эта информация запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Там же хранится информация о номере точки дискретизации. Управление работой АЦП и ОЗУ осуществляется внутренним контроллером в соответствии с программами, хранящимися в постоянной памяти (ПЗУ). В ПЗУ хранятся также программы обслуживания органов управления, поддержки осциллографического дисплея и т. д. Обратное преобразование сигнала из дискретной формы в аналоговую происходит в блоке цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) с последующей подачей напряжений на пластины X и Y ЭЛТ. Входными сигналами для блока ЦАП являются коды мгновенных значений сигнала и номеров точек дискретизации.
В описанной схеме предусматривается преобразование исследуемого сигнала (аналог-цифра) и его дальнейшая обработка с помощью внутреннего контроллера. Это определяет основные свойства цифровых осциллографов данного типа.
Достоинства
– возможность реализации функций запоминающего осциллографа с неограниченным временем хранения информации;
– возможность замедленного воспроизведения всей или отдельных участков осциллограммы;
– возможность измерения параметров сигналов с помощью внутреннего контроллера, а также простота сопряжения с цифровыми системами более высокого уровня иерархии.
Среди недостатков следует отметить наличие методических погрешностей АЦП (погрешности дискретизации и квантования), величины которых зависят от соотношения полосы частот исследуемого сигнала, быстродействия АЦП и от разрядности выходного кода АЦП соответственно.
Данный принцип преобразования широко применяется при построении ''виртуальных'' приборов, представляющих собой измерительную систему на базе РС, снабженного специализированной программной поддержкой и блоками сопряжения с измеряемыми объектами. Примером может служить универсальная программа Lab VIEW, разработанная фирмой NATIONAL INSTRUMENTS, позволяющая реализовать функции мультиметра, измерительного генератора, анализатора спектра и цифрового осциллографа.
Известен ряд вариантов построения структурных схем цифровых осциллографов /1,2/, в которых микропроцессорная система может выполнять следующие функции:
– управление работой осциллографа;
– выполнение измерительных операций, обработка сигналов и результатов измерения;
– регулировка и контроль рабочих режимов структурной схемы, а также калибровку отдельных блоков и каналов
8.5.3. Скоростные и стробоскопические осциллографы
Приборы данной группы применяются при исследовании коротких импульсов и сигналов СВЧ-диапазона. Универсальные аналоговые осциллографы не могут быть использованы для этих целей в силу следующих причин:
– Резонансная частота системы емкость отклоняющих пластин – индуктивность подводящих проводов должна быть значительно больше высшей гармоники исследуемого сигнала. Полоса пропускания КВО, например, для передачи прямоугольного импульса длительностью должна составлять
– Изображение на экране оказывается очень бледным из-за высокой скорости перемещения луча по экрану. Например, при длительности импульса и ширине экрана ЭЛТ 100 мм скорость луча оказывается равной
– Для точной передачи формы сигнала время пролета электронов между пластинами отклонения должно быть меньше длительности импульса. По этой причине, в скоростных осциллографах, работающих в реальном масштабе времени, применяют специальные ЭЛТ ''бегущей волны''. Их отличительной особенностью является низкая чувствительность прибора по входу Y (
).
При исследовании быстропротекающих процессов с малой амплитудой напряжения применяют стробоскопический метод осциллографирования. На экране такого осциллографа формируется изображение по форме подобное исследуемому сигналу, но в увеличенном временном масштабе. Это обеспечивается следующим образом. Входной сигнал подается на амплитудно-импульсный модулятор (АИМ), в котором происходит выборка мгновенного значения исследуемого сигнала в момент прихода дополнительно сформированного ''стробирующего'' импульса. Математическая модель выходного сигнала АИМ может быть представлена в виде
(8.10)
Где - дельта функция
- математическая модель входного сигнала
- момент стробирования
Период следования стробирующих импульсов () выбирается несколько больше периода исследуемого сигнала
(8.11)
В этом случае на выходе АИМ формируется периодическая последовательность ''строб''- импульсов, промодулированных по амплитуде входным сигналом. Период следования указанных последовательностей определится как
(8.12)
Где - коэффициент трансформации масштаба времени современных осциллографов
Выходной сигнал АИМ подается на вход КВО универсального осциллографа, обладающего ограниченной полосой пропускания. В нем осуществляется кусочно-линейная аппроксимация импульсного сигнала промодулированного по амплитуде, что позволяет восстановить форму исследуемого импульса. Таким образом, удается исследовать сигналы с полосой частот до при фактической полосе пропускания КВО
при соответствующем уменьшении скорости развертки без применения специальных ЭЛТ.
На рис. 8.9 представлены временные диаграммы сигналов, поясняющие принцип стробоскопического временного преобразования
Похожие материалы:
Оставить комментарий