Применение осциллографа

1.

Презентация
Тема: Применение осциллографа

2. Метод измерения частоты непосредственно с экрана осциллографа

Для того, чтобы измерить частоту непосредственно с экрана
осциллографа необходимо вычислить расстояние, которое занимает
один или несколько
периодов сигнала по горизонтали, указать
коэффициент развертки по горизонтали для изображения на экране и
вычислить частоту по формуле:
l-расстояние, которое занимает период(ы) на экране
- это коэф. развертки по горизонтали
n – число периодов сигнала
n
fx
l

3. Метод модуляции яркости луча

• Наиболее простой метод для измерения частоты.
• Сигнал с образцового генератора подается на канал
Z, а исследуемый сигнал подается на любой из
каналов осциллографа X и Y
• На экране осциллографа получается следующее
изображение:
Tx n T0

4. Методы сравнения

• Для измерения частоты методом сравнения частот необходим
генератор известной частоты fo.
• Если сравниваемые частоты fx и fo значительно различаются, то
необходимо одну из частот с помощью делителя или
умножителя частоты приблизить ко второй частоте.
• Генераторы известной частоты высокой точности (δ = 10-4…109), как правило, изготавливаются на фиксированные частоты, и
для осуществления сравнения генератор fx должен быть
регулируемым. Вследствие этого точно измеряются только
определенные значения fx, когда измеряемая частота кратна fo.
• Применяя генераторы известной частоты с плавной
регулировкой частоты, можно измерить любую частоту, но с
большей погрешностью, так как такие генераторы имеют
погрешность в лучшем случае 0,1%.

5.

Метод сравнения реализуется в двух
разновидностях:
• метод фигур Лиссажу
• метод круговой развертки.
Осциллограф при этом используется как
индикаторное устройство.

6. Метод фигур Лиссажу

Неподвижные фигуры получаются, если частоты
генераторов равны или относятся друг к другу как
целые числа
Осциллограф
nв
nв
nг
Генератор
измеряемой
частоты
fx
У
Х
fо
Генератор
известной
частоты
а
fх·nх = fy·ny или
б
fx/fy = ny/nx
nг
f x 2 fo
3

7.

Форма фигуры зависит от соотношения
частот, амплитуд, и начальных фаз
сравниваемых сигналов.
Начальный
сдвиг
по
фазе
всегда
оценивается по отношению к периоду
напряжения более высокой частоты.

8.

9.

10. Метод фигур Лиссажу

• Метод удобен при соотношении частот
fo / fx 8, так как в противном случае
фигура Лиссажу получается очень
сложной и трудно поддается анализу.
• Погрешность измерения
осциллографическим методом зависит
от точности установки известной
частоты и нестабильности обеих частот:
fo и fx.

11. Метод круговой развертки с модуляцией яркости луча

• применяют, когда fx и f0 кратны, но отношение их
велико. Если fx > f0, то сигнал с частотой f0 подают
одновременно на оба входа электронного
осциллографа со сдвигом в 900.
fx – подается
на вход Z
Генератор f
0
а
Фазосдвигающая цепь
fx
n
fo
Если fo > fx, то сигнал с частотой fo подают на вход Z, а сигнал с
частотой fx – на фазосдвигающую цепь.

12. Метод круговой развертки

• Метод круговой развертки используется для
сравнения частот с кратностью до 50.
• Достоинства осциллографического метода:
простота и удобство;
возможность обеспечения высокой точности;
широкий диапазон частот.
• Недостатки:
необходимость высокостабильного
перестраиваемого генератора известной частоты;
значительная длительность процесса
измерения.

13. Измерение фазового сдвига и группового времени прохождения

Термин «фаза» обычно относят к аргументу сигнала синусоидальной
формы:
u(t ) U m1 sin( 2 ft ).
фаза – выражение 2 ft , где f – частота, а - начальная фаза.
При исследовании фазочастотных характеристик усилителей,
фильтров и т.п. устройств необходимо измерять разность аргументов
двух синусоидальных сигналов одинаковой частоты (например, на
выходе и входе исследуемого устройства):
u1 (t ) U m1 sin( 2 ft 1 )
u2 (t ) U m 2 sin( 2 ft 2 )
(2 ft 2 ) (2 ft 1 ) 2 1
т.е.разность фаз определена разностью начальных фаз этих сигналов.
Модуль разности фаз называют фазовым сдвигом.

14. Графическая интерпретация разности фаз двух гармонических сигналов:

u(t) u (t)
1
u2(t)
t
T
2
t
t
t
T
360
T
Таким образом, разность фаз и соответственно,
фазовый
сдвиг
пропорциональны
отношению
временной задержки одного синусоидального сигнала
относительного другого к периоду сигнала. Если
коэффициент пропорциональности выбрать 2π, то
фазовый сдвиг будет выражен в радианах (обычно в
теоретических расчетах), если 360 – то в градусах (в
практике измерений).

15. Методы измерения фазового сдвига

Осциллографический метод - по параметрам эллипса,
отображаемого на экране при подаче сигналов на входы Y
и X.
y
2Y0
x
2Б
2X0
2A
2
Y
0
arcsin
2Б
или
arcsin 2 X 0
2A
Достоинства метода - оперативность и простота,
Недостатки - большие погрешности (порядка нескольких
градусов) и ограниченный диапазон частот, поскольку
ширина полосы канала X осциллографа существенно уже
полосы канала Y.

16. Измерение напряжения

Для измерения напряжения используется известное
значение масштаба по вертикали.
Для того чтобы точнее измерить
высоту графика,
осциллограмма сдвигается
ручкой так, чтобы точка, в
которой измеряется амплитуда
попала на центральную
вертикальную линию, имеющую
градуировку в долях деления
Получаем: чувствительность
канала вертикального
отклонения = 1 В/дел, размер
осциллограммы 2,6 деления,
следовательно амплитуда
сигнала 2,6 вольт.

17. Основы проведения измерений

Пробники передают сигнал с
тестируемого устройства на
входы BNC осциллографа.
Существует множество различных пробников, которые
используются в разных и особых целях
(для высоких частот, высокого напряжения, тока и т. п.).
Наиболее широко используемым типом пробника
является "пассивный пробник 10:1 делителя
напряжения".

18. Пассивный пробник 10:1 делителя напряжения

Модель пассивного пробника 10:1
Пассивный означает отсутствие активных элементов, например транзисторов
или усилителей.
10:1 означает, что амплитуда сигнала, подаваемого на вход BNC осциллографа,
уменьшается на коэффициент, равный 10. Кроме того, входной импеданс
увеличивается в 10 раз.
Примечание. Все измерения должны выполняться
относительно точки заземления!

19. Описание дисплея осциллографа

Отклонение = 1 В/деление
Развертка = 1 мкс/деление
1 деление
Вольты
1 деление
Время
Область отображения сигнала представлена сеткой (или делениями).
Расстояние между вертикальными линиями сетки соответствует настройке
числа вольт на деление.
Расстояние между горизонтальными линиями сетки соответствует настройке
числа секунд на деление.

20. Выполнение измерений методом визуальной оценки

Наиболее распространенный метод измерения
Индикатор уровня
заземления (0,0 В)
Развертка = 1 мкс/деление
V парный импульс
V макс
Отклонение = 1 В/деление
Период
Период (T) = 4 деления x 1 мкс/деление = 4 мкс, Част = 1/T = 250 кГц.
V парный импульс = 6 делений x 1 В/деление = 6 В при парном импульсе
V макс = +4 деления x 1 В/деление = +4 В, V мин = ?

21. Выполнение измерений с помощью курсоров

Курсор X2
Курсор X1
Курсор Y2
Элементы
управления
курсорами
Δ показаний
Курсор Y1
Абсолютное
значение V и T
Вручную установите курсоры X и Y в необходимые точки
измерения.
Осциллограф автоматически умножит значения на коэффициенты
масштабирования по вертикали и горизонтали для получения
абсолютных значений и их разности.

22. Выполнение измерений с помощью автоматических параметрических измерений осциллографа

Показание
Выберите не более 4 автоматических параметрических
измерения с постоянно обновляемыми показаниями.

23. Основные элементы управления настройкой осциллографа

Основные элементы управления настройкой
Масштабирование по горизонтали
осциллографа
(s/div (с/деление))
Trigger Level
(Уровень запуска)
Положение по горизонтали
Масштабирование
по вертикали (V/div
(В/деление))
Положение по
вертикали
Входы BNC

24. Надлежащее масштабирование сигнала

Исходная настройка (пример)
- Отображается слишком много циклов.
- Слишком малый масштаб амплитуды.
Оптимальная настройка
Уровень запуска
Поворачивайте ручку V/div (В/деление), пока форма сигнала не заполнит большую часть экрана по
вертикали.
Поворачивайте ручку положения по вертикали, пока форма сигнала не будет выровнена по центру
относительно вертикали.
Поворачивайте ручку S/div (C/деление), пока по горизонтали не отобразится лишь несколько циклов.
Поворачивайте ручку Trigger Level (Уровень запуска), пока уровень не будет находиться около
центра формы сигнала по вертикали.
Настройка масштабирования сигнала осциллографа — это повторяющийся процесс
использования элементов на передней панели для получения оптимального изображения на экране.

25. Примеры запуска

Уровень запуска над сигналом
Точка запуска
Точка запуска
Запуск не выполнен
(несинхронизированная
съемка)
Запуск = передний фронт
при 0,0 В
Отрицательн
ое время
Положительн
ое время
Запуск = задний фронт при +2,0 В
Точка запуска по умолчанию (начало отсчета) на DSO = центр экрана (по горизонтали)
Единственная точка запуска на аналоговых осциллографах старых моделей = левая часть
экрана