Аналоговий осцилограф. Вимірювання за допомогою осцилографа Як зняти осцилограму

Осцилограф - це ефективний сучасний прилад, призначений для вимірювання частотних параметрів електричного струму в часі, що дозволяє відображати їх у графічному вигляді на моніторі, або фіксувати їх за допомогою пристроїв, що самопишуть. Він дозволяє вимірювати такі характеристики електричного струму всередині ланцюга, як його сила, напруга, частота та кут фазового зсуву.

Навіщо потрібен осцилограф ?

Немає лабораторії, яка б змогла функціонувати довго без вимірювальних приладів або джерел сигналів, струмів та напруги. Якщо ж у планах зайнятися проектуванням чи створенням високочастотних пристроїв (особливо серйозної обчислювальної техніки, скажімо, інверторних блоків живлення), тоді осцилограф - це зовсім не розкіш, а необхідність.

Особливо ж він хороший тим, що допомагає візуально визначити форму у сигналу. Найчастіше саме така форма добре показує, що саме відбувається у ланцюгу, що вимірюється.

Центром будь-яких осцилографів виступає електронно-променева трубка. Можна сказати, що вона на кшталт радіолампи, усередині, відповідно, вакуум.

Катод здійснює викид електронів. Встановлена ​​фокусуюча система створює тоненький промінь із заряджених частинок, що випромінюються. Спеціальний шар люмінофора покриває весь екран усередині. Під впливом зарядженого пучка електронів з'являється світіння. Спостерігаючи зовні, можна помітити по центру крапку, що світиться. Променева трубка укомплектована двома парами пластин, які управляють створеним таким чином променем. Робота електронного променя здійснюється у напрямках, що знаходяться перпендикулярно. У результаті виходять дві керуючі системи, які виробляють на екрані синусоїду, в якій вертикаль позначає величину напруги, а горизонталь - період часу. Таким чином, можна спостерігати параметри поданого на прилад напруги в певних проміжках часу. Залежно від типу сигналу, що подається на осцилограф, з його допомогою можливий вимір не тільки параметрів напруги, але і інших величин того чи іншого агрегату, що тестується.

Якими вони бувають

В даний час поширені осцилографи двох типів - аналоговий і цифровий (Останній відрізняється великою зручністю, розширеними функціями і часто точніший). Обидва вони працюють за однаковим принципом, і наведені нижче способи вимірювання фізичних величин можуть застосовуватись на будь-яких моделях цього приладу.

Правильне підключення

При проведенні вимірювань важливим є правильне підключення приладу до вимірюваної ділянки ланцюга. Осцилограф має два виходи з клемами або щупами, що підключаються до них. Одна клема - фазова, вона з'єднана з підсилювачем вертикального відхилення променя. Інша земля, з'єднана з корпусом приладу. На більшості сучасних приладів фазовий провід закінчується щупом або мініатюрним затискачем, а земля - ​​невеликим затиском типу «крокодил» (див. фото)

На осцилографах радянського виробництва та деяких російських моделях обидва щупи однакові, розрізнити їх можна або за значком «земля» на відповідному дроті, або за довжиною — фазовий провід коротший. Підключаються вони до входів осцилографа, зазвичай стандартним штекером (див. малюнок)

Якщо маркування відсутнє, а за зовнішніми ознаками з'ясувати, де який щуп, не вдалося, то проводять простий тест. Однією рукою торкаються одного щупа, при цьому іншу руку тримають у повітрі, не торкаючись ні до чого. Якщо цей щуп йде фазовий вхід, то моніторі з'являться помітні перешкоди (див. малюнок). Вони є значно спотвореною синусоїдою з частотою 50 Герц. Якщо щуп йде до «землі», монітор залишиться без змін.

При підключенні осцилографа на ділянку ланцюга, що вимірюється, не має загального дроту, щуп «земля» може бути підключений до кожної з вимірюваних точок. Якщо загальний дріт є (це точка, з'єднана з корпусом приладу або заземлена і умовно має «нульовий» потенціал), то «землю» краще підключати до неї. Якщо цього зробити, то точність вимірів сильно впаде (у деяких випадках такі виміри виявляться дуже далекі від справжніх значень і довіряти їм не можна).

Вимірювання напруги осцилографом

За основу виміру напруги береться відоме значення вертикального масштабу. Перед початком вимірювань слід закоротити обидва щупи приладу або переключити регулятор входу в положення. Наочніше див. наступну картинку.

Після цього рукояткою вертикального регулювання слід виставити лінію розгортки на горизонтальну вісь екрана, щоб можна було правильно визначати висоту.
Після цього прилад підключається на ділянку ланцюга і на моніторі з'являється графік. Тепер залишається лише порахувати висоту графіка від горизонтальної лінії та помножити на масштаб. Наприклад, якщо на нижче наведеному графіку одну клітинку вважати за 1 вольт (відповідно, вона розбита на штрихові поділки в 0,2, 0,4, 0,6, і 0,8 вольт), то отримуємо загальну напругу 1,4 вольта . Якби ціна поділу була 2 вольти, то напруга дорівнювала б 2,8 вольт і так далі…

Виставлення потрібного масштабу здійснюється обертанням спеціальних ручок налаштування.

Визначення сили струму

Для впізнавання сили струму в ланцюзі за допомогою осцилографа в неї послідовно включають резистор, що має значно менший опір, ніж ланцюг (таке, щоб він практично не впливав на її справну роботу).

Після цього вимірюють напругу за принципом, зазначеним вище. Знаючи номінальний опір резистора та загальну напругу в ланцюзі нескладно, користуючись законом Ома, розрахувати силу струму.

Вимірювання частоти за допомогою осцилографа

Прилад дає змогу успішно вимірювати частоту сигналу, виходячи з його періоду. Частота знаходиться у прямо пропорційній залежності від періоду і розраховується за формулою f = 1/T, там f - частота, Т - період.
Перед вимірюванням лінію розгортки поєднують із центральною горизонтальною віссю приладу. При проведенні вимірювань осцилограф підключають до мережі, що досліджується, і спостерігають на екрані графік.

Для більшої зручності, використовуючи ручки горизонтального налаштування, поєднують точку початку періоду з однією з вертикальних ліній на екрані осцилографа. Успішно порахувавши кількість поділів, що становить період, слід помножити на величину швидкості розгортки.

Розглянемо на конкретному прикладі докладніше. Наприклад, період становить 2,6 поділів, розгортка - 100 мікросекунд/поділ. Помножуючи їх, отримуємо величину періоду, що дорівнює 260 мікросекунд (260*10-6 секунд).
Знаючи період, розраховуємо частоту за формулою f=1/T, у разі частота приблизно дорівнює 3,8 кГц.

Вимірювання зсуву фаз

Зрушення фаз - це величина, що вказує взаємне положення двох коливальних процесів протягом часу.
Вимірювання його роблять над секундах, а частках періоду (Т) сигналу. Досягти максимальної точності вимірювань цього показника можливо, якщо період розтягнутий масштабуванням на весь екран.
У сучасному цифровому осцилографі абсолютно кожен сигнал має свій колір, що дуже зручно при вимірюваннях. У старих аналогових варіантах їх яскравість і колір, на жаль, однакові, тому для більшої зручності слід зробити їх амплітуду різною. Підготовка виміру зсуву фаз потребує точних підготовчих операцій.
Перше, що потрібно зробити — не підключаючи прилад до ланцюга, що вимірюється, встановити ручками вертикального налаштування лінії розгортки обох каналів на центральну вісь екрана. Потім ручками налаштування посилення каналів вертикального відхилення (плавно і східчасто) 1-й сигнал встановлюється з більшою амплітудою, а другий з меншою. Ручками регулювання швидкості розгортки її величина встановлюється такою, щоб сигнали на екрані мали приблизно однаковий період. Після цього, регулюючи рівень синхронізації, поєднують початок графіка напруги з віссю часу. Ручкою горизонтальної установки встановлюють початок графіка напруги в крайній ліворуч вертикальної лінії. Потім ручками регулювання швидкості розгортки домагаються того, щоб кінець періоду графіка напруги збігався з крайньою праворуч вертикальною лінією сітки монітора.
Всі ці підготовчі операції виробляють по порядку, поки графік періоду напруги не розтягнеться на екран повністю. При цьому він повинен починатися та закінчуватися в лініях розгортки (див. рисунок).

Після завершення підготовчого етапу слід з'ясувати, який параметр випереджає інший — сила струму чи напруга. Величина, початкова точка періоду якої починається раніше у часі, є випереджальною, і навпаки. Якщо випереджаючим є напруга, параметр кута зсуву фаз буде позитивним, якщо сила струму — негативним. Кутом зсуву фаз (по модулю) є дистанція між початками та кінцями періодів сигналів у величині сітки поділів монітора. Він розраховується за такою формулою:

У ній величина N - це кількість клітин сітки, які займає один період, а - кількість поділів між початками періодів.
Якщо графіки періодів сили струму та напруги мають загальні початкову та кінцеву точки, то кут зсуву фаз дорівнює нулю.
При ремонті радіоапаратури пошук несправностей ведуть, вимірюючи осцилографом зазначені вище параметри окремих ділянках електронної ланцюга або в конкретних електронних компонентів (наприклад, мікросхем). Потім їх порівнюють із зазначеними в технологічних каталогах величинах, стандартних для цих компонентів, після чого роблять висновки про безпомилкову роботу або несправність того чи іншого елемента ланцюга.

Цифровий осцилограф, звичайно, набагато досконаліший за звичайний електронний, дозволяє запам'ятовувати осцилограми, може підключатися до персонального комп'ютера, має математичну обробку результатів, екранні маркери та багато іншого. Але за всіх переваг ці прилади нового покоління мають один істотний недолік, - це висока ціна.

Саме вона робить цифровий осцилограф недоступним для аматорських цілей, хоча існують «кишенькові» осцилографи вартістю всього кілька тисяч рублів, які продаються на Аліекспрес, але користуватися ними не особливо зручно. Ну просто цікава іграшка. Тому поки що йтиметься про вимірювання за допомогою електронного осцилографа.

На тему вибору осцилографа для використання у домашній лабораторії в інтернеті можна знайти достатню кількість форумів. Не заперечуючи переваг цифрових осцилографів, на багатьох форумах радять зупинити вибір на простих малогабаритних та надійних осцилографах вітчизняної розробки С1-73 та С1-101 та подібних, з якими ми раніше познайомилися у .

За досить демократичної ціни ці прилади дозволять виконати більшість радіоаматорських завдань. А поки що познайомимося із загальними принципами вимірювань за допомогою осцилографа.

Малюнок 1. Осцилограф С1-73

Що вимірює осцилограф

Вимірюваний сигнал подається на вхід каналу вертикального відхилення Y, який має великий вхідний опір, як правило, 1MΩ, і малу вхідну ємність, не більше 40pF, що дозволяє вносити мінімальні спотворення вимірюваний сигнал. Ці параметри часто вказуються поруч із входом каналу вертикального відхилення.

Малюнок 2. Осцилограф С1-101

Високий вхідний опір властивий вольтметрам, тому можна з упевненістю сказати, що осцилограф вимірює напругу. Застосування зовнішніх дільників дозволяє знизити вхідну ємність і збільшити вхідний опір. Це також знижує вплив осцилографа на досліджуваний сигнал.

Смуга пропускання каналу Y

Осцилограф вимірює напруги в дуже широких межах: від напруги постійного струму, до напруги досить високої частоти. Розмах напруги може бути досить різноманітним - від десятків мілівольт до десятків вольт, а при використанні зовнішніх дільників аж до декількох сотень вольт.

У цьому слід пам'ятати, що смуга пропускання каналу вертикального відхилення Y д.б. не менше, ніж у 5 разів вище за частоту сигналу, який буде вимірюватися. Тобто підсилювач вертикального відхилення повинен пропускати не нижче п'ятої гармоніки сигналу, що досліджується. Особливо це потрібно для дослідження прямокутних імпульсів, які містять безліч гармонік, як показано на малюнку 3. Тільки в цьому випадку на екрані виходить зображення з мінімальними спотвореннями.

Рисунок 3. Синтез прямокутного сигналу із гармонійних складових

Крім основної частоти малюнку 3 показані третя і сьома гармоніки. Зі збільшенням номера гармоніки зростає її частота: частота третьої гармоніки втричі вища за основну, п'яту гармоніку в п'ять разів, сьому в сім і т.д. Відповідно амплітуда вищих гармонік падає: що вищий номер гармоніки, то нижчий її амплітуда. Тільки якщо підсилювач вертикального каналу без особливого послаблення зможе пропустити вищі гармоніки, зображення імпульсу вийде прямокутним.

На малюнку 4 показано осцилограму меандру при недостатній смузі пропускання каналу Y.

Малюнок 4.

Приблизно так виглядає меандр частотою 500 КГц на екрані осцилографа ЗМШ-3М зі смугою пропускання 0…25 КГц. Начебто прямокутні імпульси пропущені через інтегруючу RC ланцюжок. Такий осцилограф випускався радянською промисловістю для лабораторних робіт під час уроків фізики у школах. Навіть напруга живлення цього приладу з метою безпеки було не 220, а лише 42В. Очевидно, що осцилограф з такою смугою пропускання дозволить майже без спотворень спостерігати сигнал із частотами трохи більше 5КГц.

У звичайного універсального осцилографа смуга пропускання найчастіше становить 5 МГц. Навіть за такої смуги можна побачити сигнал до 10 МГц і вище, але отримане на екрані зображення дозволяє судити лише про наявність або відсутність цього сигналу. Про його форму щось сказати буде важко, але в деяких ситуаціях форма не така вже й важлива: наприклад є генератор синусоїди, і досить просто переконатися, є ця синусоїда чи її немає. Саме така ситуація показана малюнку 4.

Сучасні обчислювальні системи та лінії зв'язку працюють на дуже високих частотах, близько сотень мегагерц. Щоб побачити такі високочастотні сигнали смуга пропускання осцилографа повинна бути не менше 500 МГц. Така широка смуга дуже розширює ціну осцилографа.

Як приклад можна навести цифровий осцилограф U1610A показаний на малюнку 5. Його смуга пропускання 100МГц, причому ціна становить майже 200 000 рублів. Погодьтеся, не кожен може дозволити собі купити такий дорогий прилад.

Малюнок 5.

Нехай читач не визнає цей малюнок за рекламу, оскільки всі координати продавця не зафарбовані: на місці цього малюнка міг виявитися будь-який подібний скріншот.

Види досліджуваних сигналів та їх параметри

Найбільш поширеним видом коливань у природі та техніці є синусоїда. Це та багатостраждальна функція Y=sinX, яку проходили в школі на уроках тригонометрії. Достатньо багато електричних та механічних процесів мають синусоїдальну форму, хоча досить часто в електронній техніці застосовуються інші форми сигналів. Деякі їх показано малюнку 6.

Малюнок 6. Форми електричних коливань

Періодичні сигнали Характеристики сигналів

Універсальний електронний осцилограф дозволяє досить дослідити періодичні сигнали. Якщо ж на вхід Y подати реальний звуковий сигнал, наприклад, музичну фонограму, то на екрані будуть видні сплески, що хаотично миготять. Звичайно, що детально досліджувати такий сигнал неможливо. У цьому випадку допоможе застосування цифрового осцилографа, що дозволяє зберегти осцилограму.

Коливання, показані малюнку 6, є періодичними, повторюються, через певний період T. Докладніше це можна розглянути малюнку 7.

Малюнок 7. Періодичні коливання

Коливання зображені у двомірній системі координат: по осі ординат відраховується напруга, а по осі абсцис час. Напруга вимірюється у вольтах, час у секундах. Для електричних коливань час частіше вимірюється у мілісекундах чи мікросекундах.

Крім компонентів X і Y осцилограма містить ще компонент Z - інтенсивність, або просто (рисунок 8). Саме вона включає промінь на час прямого ходу променя і гасить під час зворотного ходу. Деякі осцилографи мають вхід для управління яскравістю, який так і називається вхід Z. Якщо на цей вхід подати імпульсну напругу зразкового генератора, то на екрані можна побачити частотні мітки. Це дозволяє точніше відраховувати тривалість сигналу осі X.

Рисунок 8. Три компоненти досліджуваного сигналу

Сучасні осцилографи мають, як правило, калібровані за часом розгортки, що дозволяють точно відраховувати час. Тому користуватися зовнішнім генератором для створення міток практично не доводиться.

У верхній частині малюнка 7 розташовується синусоїда. Неважко бачити, що починається вона на початку координатної системи. Під час T (період) виконується одне повне коливання. Далі все повторюється, йде наступний період. Такі сигнали називаються періодичними.

Нижче синусоїди показані прямокутні сигнали: меандр та прямокутний імпульс. Вони також періодичні з періодом T. Тривалість імпульсу позначена як (тау). У разі меандру тривалість імпульсу дорівнює тривалості паузи між імпульсами, якраз половина періоду T. Тому меандр є окремим випадком прямокутного сигналу.

Добре і коефіцієнт заповнення

Для характеристики прямокутних імпульсів використовується параметр, який називається шпаруватістю. Це є відношення періоду проходження імпульсів T до тривалості імпульсу τ. Для меандру шпаруватість дорівнює двом - величина безрозмірна: S = T/τ.

В англомовній термінології якраз усе навпаки. Там імпульси характеризуються коефіцієнтом заповнення, співвідношенням тривалості імпульсу періоду слідування Duty cycle: D=τ/T. Коефіцієнт заповнення виявляється у %%. Таким чином, для меандр D=50%. Виходить, що D=1/S, коефіцієнт заповнення і шпару величини взаємно зворотні, хоча характеризують один і той же параметр імпульсу. Осцилограма меандру показано малюнку 9.

Малюнок 9. Осцилограма меандру D=50%

Тут вхід осцилографа підключений до виходу функціонального генератора, показаного відразу в нижньому куті малюнка. І ось тут уважний читач може запитати: «Амплітуда вихідного сигналу з генератора 1В, чутливість входу осцилографа 1В/дел., але в екрані прямокутні імпульси з розмахом 2В. Чому?

Справа в тому, що функціональний генератор видає двополярні прямокутні імпульси щодо рівня 0В, приблизно так само, як синусоїда, з позитивною та негативною амплітудою. Тому на екрані осцилографа спостерігаються імпульси з розмахом ±1В. На наступному малюнку змінимо коефіцієнт заповнення Duty cycle, наприклад до 10%.

Малюнок 10. Прямокутний імпульс D=10%

Неважко бачити, що період прямування імпульсів становить 10 клітин, тоді як тривалість імпульсу всього одна клітина. Тому D=1/10=0,1 чи 10 %, що по налаштуванням генератора. Якщо скористатися формулою для підрахунку шпаруватості, то вийде S = T/τ = 10/1 = 1 – величина безрозмірна. Ось тут можна дійти невтішного висновку, що Duty cycle набагато наочніше характеризує імпульс, ніж шпаруватість.

Власне сам сигнал залишився такий, як на малюнку 9: прямокутний імпульс амплітудою 1В і частотою 100Гц. Змінюється тільки коефіцієнт заповнення або шпаруватість, це вже як кому звичніше і зручніше. Але для зручності спостереження малюнку 10 тривалість розгортки знижена вдвічі проти малюнком 9 і як 1мс/дел. Тому період сигналу займає на екрані 10 клітин, що дозволяє легко переконатися, що Duty cycle становить 10%. При використанні реального осцилографа тривалість розгортки вибирається приблизно також.

Вимірювання напруги прямокутного імпульсу

Як було зазначено на початку статті, осцилограф вимірює напругу, тобто. різницю потенціалів між двома точками. Зазвичай виміри проводяться щодо загального дроту, землі (нуль вольт), хоча це необов'язково. В принципі можливий вимір від мінімального до максимального значення сигналу (пікове значення, розмах). У будь-якому випадку дії з виміру досить прості.

Прямокутні імпульси найчастіше бувають однополярними, що притаманно цифрової техніки. Як виміряти напругу прямокутного імпульсу, показано малюнку 11.

Рисунок 11. Вимірювання амплітуди прямокутного імпульсу

Якщо чутливість каналу вертикального відхилення обрана 1В/справ, то виходить, що малюнку показаний імпульс з напругою 5,5В. При чутливості 0,1В/поділ. Напруга буде всього 0,5В, хоча на екрані обидва імпульси виглядають однаково.

Що ще можна побачити у прямокутному імпульсі

Прямокутні імпульси, показані на рисунках 9, 10, просто ідеальні, оскільки синтезовані програмою Electronics WorkBench. Та й частота імпульсів всього 100Гц, тому проблем із прямокутністю зображення виникнути не може. У реальному пристрої при високій частоті проходження імпульси дещо спотворюються, насамперед, з'являються різні викиди та сплески, зумовлені індуктивністю монтажу, як показано на малюнку 12.

Рисунок 12. Реальний прямокутний імпульс

Якщо не зважати на такі «дрібниці», то прямокутний імпульс виглядає так, як показано на малюнку 13.

Рисунок 13. Параметри прямокутного імпульсу

На малюнку показано, що передній та задній фронти імпульсу виникають не відразу, а мають якийсь час наростання та спаду, дещо нахилені щодо вертикальної лінії. Цей нахил обумовлений частотними властивостями мікросхем і транзисторів: що більш високочастотний транзистор, то менш «завалені» фронти імпульсів. Тому тривалість імпульсу визначається за рівнем 50% повного розмаху.

З цієї причини амплітуда імпульсу визначається за рівнем 10…90%. Тривалість імпульсу, як і, як і напруга, визначається множенням числа поділів горизонтальної шкали значення розподілу, як показано малюнку 14.

Малюнок 14.

На малюнку показаний один період прямокутного імпульсу, трохи відмінного від меандру: тривалість позитивного імпульсу становить 3,5 розподілу горизонтальної шкали, а тривалість паузи 3,8 розподілу. Період проходження імпульсу становить 7,3 поділу. Така картинка може належати кільком різним імпульсам з різною частотою. Все залежатиме від тривалості розгортки.

Припустимо, що тривалість розгортки 1мс/поділ. Тоді період прямування імпульсу 7,3 * 1 = 7,3 мс, що відповідає частоті F = 1 / T = 1 / 7.3 = 0,1428 КГц або 143 ГЦ. Якщо тривалість розгортки буде 1мкс/діл, то частота вийде у тисячу разів вище, а саме 143КГЦ.

Користуючись даними малюнка 14 неважко підрахувати шпаруватість імпульсу: S=T/τ=7,3/3,5=2,0857, виходить майже як у меандра. Коефіцієнт заповнення Duty cycle D=τ/T=3,5/7,3=0,479 чи 47.9%. При цьому слід звернути увагу, що ці параметри в жодному разі не залежать від частоти: шпаруватість та коефіцієнт заповнення були підраховані просто по діленням на осцилограмі.

З прямокутними імпульсами все начебто зрозуміло й просто. Але ми зовсім забули про синусоїд. По суті, там те саме: можна виміряти напруги і часові параметри. Один період синусоїди показаний малюнку 15.

Рисунок 15. Параметри синусоїди

Вочевидь, що з показаної малюнку синусоїди чутливість каналу вертикального відхилення становить 0,5В/дел. Інші параметри неважко визначити, помноживши число поділів на 0,5В/діл.

Синусоїда може бути іншою, яку доведеться вимірювати при чутливості, наприклад, 5В/справ. Тоді замість 1В вийде 10В. Однак, на екрані зображення обох синусоїд виглядає абсолютно однаково.

Тимчасові параметри синусоїди невідомі. Якщо припустити, що тривалість розгортки 5мс/діл. період складе 20мс, що відповідає частоті 50ГЦ. Цифри в градусах на осі часу показують фазу синусоїди, хоча для одиночної синусоїди це не дуже важливо. Найчастіше доводиться визначати зсув по фазі (безпосередньо в мілісекундах чи мікросекундах) хоча б між двома сигналами. Найкраще це робити за допомогою двопроменевого осцилографа. Як це робиться, буде показано трохи нижче.

Як осцилографом виміряти струм

У деяких випадках потрібен вимір величини та форми струму. Наприклад, змінний струм, що протікає через конденсатор, випереджає напругу на період ¼. Тоді розрив ланцюга включають резистор з невеликим опором (десяті частки Ома). На роботу схеми такий опір не впливає. Падіння напруги на цьому резистори покаже форму і величину струму, що протікає через конденсатор.

Приблизно так само влаштований звичайний стрілочний амперметр, який вмикається в розрив електричного ланцюга. При цьому вимірювальний резистор знаходиться усередині самого амперметра.

Схема вимірювання струму через конденсатор показано малюнку 16.

Рисунок 16. Вимірювання струму через конденсатор

Синусоїдна напруга частотою 50 Гц амплітудою 220 В з генератора XFG1 (червоний промінь на екрані осцилографа) подається на послідовний ланцюг з конденсатора C1 та вимірювального резистора R1. Падіння напруги на цьому резистори покаже форму, фазу і величину струму через конденсатор (синій промінь). Як це виглядатиме на екрані осцилографа, показано на малюнку 17.

Рисунок 17. Струм через конденсатор випереджає напругу на ¼ періоду

При частоті синусоїди 50 Гц та розгортці 5 ms/Div один період синусоїди займає 4 поділки по осі X, що дуже зручно для спостереження. Неважко бачити, що синій промінь випереджає червоний рівно на 1 поділ по осі X, що відповідає періоду ¼. Тобто струм через конденсатор випереджає по фазі напруга, що цілком відповідає теорії.

Щоб розрахувати струм через конденсатор, достатньо скористатися законом Ома: I = U/R. При опорі вимірювального резистора 0,1 Ом падіння напруги у ньому 7мВ. Це амплітудне значення. Тоді максимальний струм через конденсатор становитиме 7/0,1 = 70мА.

Вимірювання форми струму через конденсатор перестав бути якийсь дуже актуальною завданням, тут усе зрозуміло і вимірювань. Замість конденсатора може бути будь-яке навантаження: обмотка електродвигуна, транзисторний підсилювальний каскад і багато іншого. Важливо, що саме таким методом можна дослідити струм, який у деяких випадках значно відрізняється формою від напруги.

На монітор нанесені поділки. Ділення дозволяють візуально оцінити параметри сигналу. Поділки, нанесені горизонтальною осі, дозволяють вимірювати часові параметри. Розподіли, нанесені по вертикальній осі, дозволяють вимірювати напругу.

Графіки на моніторі називають осцилограмами. Найпростіший осцилограф відображає лише осцилограми напруги. Ця форма відображення показує залежність напруги часу. Існують прилади, що відображають залежність амплітуди від частоти – спектроаналізатори. Такі прилади використовуються при вимірах рівнів шуму/вібрації, а також для аналізу спектрального складу сигналу. Графіки, які відображаються такими приладами, називаються спектрограмами.

Шляхом перегляду осцилограм напруги і спектрограми можна виявити несправності в електричних ланцюгах у робочому режимі без їх розбирання. За осцилограмами напруги можна виявити несправності датчиків, виконавчих механізмів та електропроводки в електронних системах автомобілів.

Нульова лінія.

Якщо до входу осцилографа не підключати жодного джерела напруги, осцилограма буде виглядати як рівна горизонтальна лінія. Таку лінію називають "нульова лінія", оскільки вона відображає рівень, що відповідає напрузі, що дорівнює 0 Вольт на вході осцилографа.

A:- Значення напруги в момент часу вказаний маркером. В даному випадку відповідає напрузі нульової лінії, що становить 0 Вольт.

Якщо вхід осцилографа підключити до джерела постійної напруги, наприклад до автомобільної акумуляторної батареї, то отримана осцилограма так само мати форму рівної горизонтальної лінії, але її положення по вертикалі на екрані буде відрізнятися від положення нульової лінії.

A:- Значення напруги в момент часу вказаний маркером. У цьому випадку відповідає напрузі автомобільної акумуляторної батареї і дорівнює ~12,3 Вольт.

Різниця між положеннями отриманої осцилограми та нульовою лінією прямо пропорційна значенню напруги.

Більшість осцилограм напруги сигналів мають форму відмінну від рівної горизонтальної лінії. Положення нульової лінії на екрані осцилографа можна змінювати по вертикалі - підняти вище або опустити нижче. Необхідність зміни положення нульової лінії (вище або нижче) залежить від форми досліджуваного сигналу, а також виникає у разі використання багатоканального осцилографа.

Приклад виведення на екран багатоканального осцилографа кількох сигналів одночасно з індивідуальним налаштуванням положення нульової лінії для кожного каналу.

Посилення.

Графік на екрані осцилографа відображає залежність значення напруги часу. Чим більша амплітуда досліджуваного сигналу, тим більше на екрані осцилографа вертикальне відхилення сигналу. Залежно від амплітуди, для наочності відображення сигналу вибирають відповідне посилення. Значення посилення вимірюється у Вольтах на поділ

Можливість зміни значення посилення дозволяє на екрані осцилографа відображати сигнали з дуже малою амплітудою напруги, так і сигнали з дуже великою амплітудою напруги. Необхідне значення посилення залежить від параметрів амплітудних досліджуваного сигналу.

Один і той же сигнал буде відображатися по-різному, залежно від вибраного посилення. Більше значення Вольт/розподіл вибирають тоді, коли на екрані потрібно відобразити весь сигнал по амплітуді.

Найменше значення Вольт/розподіл вибирають тоді, коли потрібно детально дослідити форму та амплітудні параметри окремих ділянок сигналу. У такому випадку на екрані відображається лише частина сигналу амплітуди.

Наведені приклади демонструють, як змінюється відображення осцилограми одного сигналу на екрані осцилографа при зміні значення посилення.

Розгортка.

Осцилограф промальовує графік напруги зліва направо, починаючи з лівого боку екрану. Швидкість, промальовування графіка називається розгорткою. Розгортка вимірюється у Секундах на поділ. Значення розгортки можна змінювати за допомогою перемикача час/поділ.

Один і той же сигнал відображатиметься по-різному, залежно від вибраного значення розгортки. Менший час/розподіл вибирають тоді, коли потрібно детально досліджувати форму та часові параметри окремих ділянок сигналу. У такому випадку на екрані відображається короткий за часом фрагмент сигналу.

Осцилограма напруги сигналу керування форсункою при меншому значенні розгортки. У цьому випадку вибрано розгортку 0,2 мілі Секунди/поділ.

Якщо на екрані потрібно відобразити більший за часом фрагмент осцилограми, наприклад для виявлення окремих імпульсів з неправильною формою сигналу або пропуски імпульсів, вибирають більший час/розподіл.

Осцилограма напруги сигналу керування форсункою при більшому значенні розгортки. У цьому випадку вибрано розгортку 1 мілі Секунда/поділ.

Наведені приклади демонструють, як змінюється відображення осцилограми одного сигналу на екрані осцилографа при зміні значення розгортки.

Синхронізація.

Для зручного та наочного відображення періодичних (циклічно повторюваних) сигналів застосовується синхронізація. Синхронізація забезпечує промальовування окремих імпульсів, починаючи завжди з однієї і тієї ж точки екрану, завдяки чому створюється ефект нерухомого або стабільного зображення. У разі вимкненої синхронізації, осцилограф промальовує графік напруги зліва направо, починаючи з крайньої лівої сторони екрана доти, поки екран не заповниться на всю ширину, після чого промальовування знову починається з крайньої лівої сторони екрана, що незручно для відображення швидких періодичних сигналів.

Для налаштування синхронізації необхідно вибрати рівень синхронізації (значення напруги, після досягнення якого осцилограф починає промальовувати осцилограму) і фронт сигналу (спадаюча або зростаюча напруга).

Якщо використовується багатоканальний осцилограф, необхідно також вказати, за сигналом якого каналу здійснювати синхронізацію.

Аналоговий сигнал

Значення напруги більшості аналогових сигналів змінюється у часі. Якщо зміни циклічно повторюються, такий сигнал називають періодичним, наприклад сигнал управління форсункою. Якщо осцилограма напруги періодичного сигналу перетинає нульову лінію, такий сигнал називають змінним. Якщо осцилограма напруги періодичного сигналу не перетинає нульової лінії, такий сигнал називають постійним. Як приклад складного аналогового сигналу постійного струму можна навести сигнал лямбда-зонда.

Осцилограма вихідної напруги лямбда-зонда BOSCH
(На основі оксиду цирконію).
A:- Значення напруги в момент часу вказаний маркером. В даному випадку відповідає максимальній напрузі вихідного сигналу лямбда-зонда і ~840 мілі Вольт;
A-B:– значення різниці напруги між двома зазначеними маркерами моментами часу. В даному випадку відповідає розмаху вихідної напруги сигналу зонда і становить ~740 Вольт.

Синусоїдальний сигнал.

Найпростішим прикладом змінної аналогової напруги є синусоїда. Такий сигнал характеризується лише двома параметрами – амплітуда та частота. Нульова лінія синусоїдальної змінної напруги розташовується посередині сигналу.

Необхідно відзначити, що більшість сигналів змінної напруги значно відрізняються від чистої синусоїдальної. В автомобільній електроніці близькими до синусоїдального є сигнали, що згенеровані магнітними датчиками положення зубчастих коліс.

A:- Значення напруги в момент часу вказаний маркером;
A-B:– значення різниці напруги між двома зазначеними маркерами моментами часу.

Подібні сигнали генерують деякі датчики швидкості обертання колінчастого валу, розподільчого валу, швидкості обертання коліс.

Цифровий сигнал.

Цифрові сигнали від аналогових відрізняються наявністю лише двох рівнів напруги - "високий"/"низький", "ввімкнено"/"вимкнено", "1"/"0". Такі рівні напруги цифрового сигналу називаються "логічними рівнями". У більшості випадків логічні рівні цифрового сигналу мають точні значення напруги, наприклад +5 Вольт і 0 Вольт.

A:- Значення напруги в момент часу вказаний маркером. У цьому випадку відповідає напрузі високого рівня цифрового сигналу і становить +5 Вольт.

Цифрові сигнали генеруються ключами (вимикачами). Роль ключів виконують транзистори, що перемикаються між станами "відкритий"/"закритий". Іноді цифрові сигнали генеруються механічними ключами – механічними вимикачами, перемикачами, електромеханічними реле...

Але переважно, цифрові сигнали використовуються у обчислювальній техніці, у тому числі й у цифрових блоках керування електронними системами автомобілів.

Частота.

Частота - це кількість циклів періодичного сигналу, що повторюється за певний період часу. Якщо за такий період часу прийняти одну секунду, кількість циклів періодичного сигналу повторилося за цей період часу називають Герц (Гц). В автомобільній електроніці кількість оборотів двигуна прийнято розраховувати за період часу, що дорівнює одній хвилині (Об/хв).

По осцилограмі напруги періодичного сигналу можна легко виміряти частоту проходження імпульсів. І тому необхідно виміряти тривалість повного циклу сигналу – період. Далі отримане значення часового проміжку можна перерахувати частоту, скориставшись відповідною формулою.

Розрахуємо частоту проходження імпульсів сигналу датчика положення колінчастого валу.

Датчик, осцилограма напруги вихідного сигналу якого наведена вище, генерує один імпульс напруги за один оберт колінчастого валу. Тимчасовий проміжок між двома найближчими такими імпульсами називається періодом. В даному випадку, два наступних один за одним імпульси віддалені один від одного на 7,4 поділу на екрані осцилографа по горизонталі. Для відображення даного сигналу на екрані вибрано розгорнення (тимчасовий проміжок між кожним розподілом на екрані осцилографа по горизонталі) 10 мілі Секунд/поділ, тобто 0,01 Секунди. Помноживши кількість поділів відповідного періоду на значення розгортки можна отримати чисельне значення періоду повторення сигналу в секундах:

0,01 * 7,4 = 0,074 Секунд.

Знаючи значення тривалості періоду повторення сигналу, можна розрахувати, скільки таких періодів пройде за секунду, тобто частоту сигналу в Герцах. Для перерахунку періоду в частоту, необхідно розділити вибраний часовий проміжок (у даному випадку 1 Секунда) на період повторення сигналу (для цього сигналу 0,074 Секунд):

1/0,074 = 13,5 Гц.

Якщо в даному випадку розрахувати скільки таких періодів пройде за одну хвилину, то отримане значення буде відповідати частоті обертання колінчастого валу в оборотах за хвилину. Для перерахунку періоду в частоту, необхідно розділити вибраний часовий проміжок (у даному випадку 60 секунд) на період повторення сигналу (для цього сигналу 0,074 секунд):

60/0,074 = 810 Про/хв.

Подібний розрахунок можна здійснити, маючи в своєму розпорядженні будь-який осцилограф, але деякі осцилографи здатні розраховувати і відображати частоту сигналу в Герцах або в Оборотах за хвилину в автоматичному або напівавтоматичному режимі.

RPM:– поточна частота обертання колінчастого валу двигуна в Оборотах за хвилину.

Тривалість імпульсу.

Тривалість імпульсу – це часовий проміжок, протягом якого сигнал перебуває у активному стані. Активний стан – це рівень напруги, який включає виконавчий механізм (наводить механізм на дію). Залежно від схеми включення виконавчого механізму, активний стан може мати різні рівні напруги, наприклад 0 Вольт, +5 Вольт, +12 Вольт… Наприклад, напруга активного стану сигналу керування електромагнітною форсункою в більшості систем керування двигуном теоретично дорівнює 0 Вольт, а практично може коливатися в діапазоні 0…+2,5 Вольт та більше.

Impuls width:- тривалість імпульсу.

Для наведеного вище сигналу, тривалість імпульсу відкриття форсунки становить 4,4 розподілу на екрані осцилографа по горизонталі, що при розгорненні 1 мілі Секунда/розподіл відповідає 4,4 мілі Секунди.

Добре.

Добре - це відсоток часу від періоду повторення, коли сигнал знаходиться в активному стані. Добре – один із параметрів сигналів ШІМ (Широтно-Імпульсна Модуляція).

Duty cycle:- Свердловина сигналу. Сигнал 67% часу знаходиться в активному стані (у даному випадку значення напруги активного стану сигналу становить 1 Вольт);
Frequency:- Частота проходження імпульсів. У разі становить ~100 Герц.

Сигнали ШІМ застосовуються для керування деякими виконавчими механізмами. Наприклад, у деяких системах керування двигуном сигналом ШІМ приводиться в дію електромагнітний клапан холостого ходу. Крім того, сигнал ШІМ генерують деякі датчики, перетворюючи величину вимірюваного фізичного параметра в шпаруватість.

ЕРС самоіндукції.

ЕРС (Електро-Руха Сила) самоіндукції – це напруга, що виникає внаслідок зміни значення величини магнітного поля та/або його напряму навколо електричного провідника. У разі високої швидкості зміни величини магнітного поля всередині соленоїда (обмотка електромагнітного реле, електромагнітної форсунки, котушки запалювання, електромагнітного датчика частоти обертання) напруга ЕРС самоіндукції може досягати десятків/тисяч Вольт. Величина напруги ЕРС самоіндукції залежить в основному від індуктивності обмотки та швидкості зміни величини магнітного поля. Для електромагнітних виконавчих механізмів величина магнітного поля найбільш швидко змінюється при його руйнуванні, тобто при швидкому відключенні напруги живлення соленоїда.

У деяких випадках ефект ЕРС самоіндукції небажаний, і вживаються заходи для його зменшення/усунення. Але деякі електричні ланцюги спроектовані так, щоб отримати максимальний сплеск ЕРС самоіндукції, наприклад система запалювання бензинового двигуна.

A:- Значення напруги в момент часу вказаний маркером. В даному випадку відповідає напрузі ЕРС самоіндукції вторинної обмотки котушки запалення обмеженою напругою пробою свічки запалювання і відповідає 8,3 кіло Вольт.

Деякі системи запалення при напрузі живлення 12 Вольт здатні розвивати напругу ЕРС самоіндукції до 40-50 тисяч Вольт.

Ця замітка поступово поповнюватиметься простими, але корисними прийомами роботи з осцилографом.

Вступ

Головне питання, на яке слід відповісти: "що можна виміряти за допомогою осцилографа?"Як ти вже знаєш, цей пристрій потрібний для вивчення сигналів в електричних ланцюгах. Їхні форми, амплітуди, частоти. За отриманими даними можна зробити висновок і про інші параметри ланцюга, що вивчається. Значить за допомогою осцилографа в основному можна (я не говорю про супер функції суперсучасних приладів):

• Визначити форму сигналу
• Визначити частоту та період сигналу
• Виміряти амплітуду сигналу
• Чи не безпосередньо, але виміряти струм теж можна (закон Ома в руки)
• Визначити кут зсуву фази сигналу
• Порівнювати сигнали між собою (якщо пристрій дозволяє)
• Визначати АЧХ
• Забув щось згадати? Нагадайте у коментарях!

Усі подальші приклади слід робилися з розрахунком на аналоговий осцилограф. Для цифрового все те саме, але більше вміє, ніж аналогове і в певних питаннях знімає необхідність думати там, де можна просто показати цифру. Хороший інструмент таким і має бути.

Отже, перед роботою слід підготувати прилад: поставити на стіл, підключити до мережі =) Та гаразд, жартую. Але якщо є можливість, слід його заземлити. Якщо вбудований калібратор, то за інструкцією до приладу треба його відкалібрувати. (Підказка: інструкції є в мережі).

Підключати свій осцилограф до досліджуваного ланцюга ти будеш за допомогою щупа. Це такий коаксильний провід, на одному кінці якого роз'єм для підключення до осцилографа, а на другому щуп і заземлення для підключення до ланцюга, що досліджується. Який потрапив провід як щуп використовувати не можна. Тільки спеціальні щупи. Інакше замість реальної картини справ побачиш нісенітницю.

Я не розглядатиму кожен регулятор осцилографа докладно. У мережі є море таких оглядів. Давай краще вчитися як проводити аматорські виміри: визначатимемо амплітуду, частоту та період сигналу, форму, смугу пропускання підсилювача, частоту зрізу фільтра, рівень пульсацій джерела живлення тощо. Інші хитрощі та прийоми прийдуть із практикою. Тобі знадобиться осцилограф та генератор сигналу.

Види сигналів

Говоритиму без панських штучок, по-мужицьки. На екрані осцилографа ти бачитимеш або синусоїдальний сигнал, або пилку, або прямокутнички, або трикутний сигнал, або просто якийсь безіменний графік.

Усі види сигналів не перерахувати. Та й самі сигнали не знають, що належать до якогось там виду. Так що твоя задача не назви запам'ятовувати, а дивитися на екран і швидко розуміти, що означає побачене на ньому який процес йде в ланцюзі.

Амплітуда, частота, період

Осцилограф вміє вимірювати як постійну, так і змінну напругу. У всіх приладів для цього є два режими: вимірювання лише змінного сигналу, вимірювання постійного та змінного одночасно.

Це означає, що якщо ви виберете вимірювання змінного сигналу і підключите щуп до батареї, то на екрані приладу нічого не зміниться. А якщо вибереш другий режим і проробиш те саме, то лінія на екрані приладу зміститься приблизно на 1.6В вгору (величина ЕРС пальчикової батарейки). Навіщо це потрібно? Для розділення постійної та змінної складової сигналу!

приклад. Вирішив ти виміряти пульсації в щойно зібраному джерелі постійної напруги на 30В. Підключаєш до осцилографа, а промінь втік далеко вгору. Для того, щоб зручно спостерігати сигнал, доведеться вибрати максимальне значення В/справ на клітину. Але тоді ти пульсацій точно не побачиш. Вони надто малі. Що робити? Перемикаєш режим входу на вимірювання змінної напруги і крутиш ручку В/Справ на масштаб у рази менше. Постійна складова сигналу не пройде і на екрані будуть відображатися тільки пульсації джерела живлення.

Амплітуду змінної напруги легко визначити знаючи ціну поділу В/справ і просто порахувати число клітин по осі ординат, які займає цей сигнал від нульового значення (середнього) до максимального.

Якщо подивитися на екран осцилографа на зображенні вище і припустити, що В/справ = 1В, тоді амплітуда синусоїди буде 1.3В.

А якщо припустити, що Час/справи (розгортка) встановлено в 1 мілісекунду, тоді період цієї синусоїди займатиме 4 клітини, а зачитає період T = 4 мс. Чи легко? Давай тепер обчислимо частоту цієї синусоїди. Частота та період пов'язані формулою: F = 1/T (Т за секунди). Отже F = 1/ (4*10 -3) і дорівнює 250 Гц.

Звичайно, це дуже груба прикидка, яка годиться тільки для таких чистеньких і красивих сигналів. А якщо подати замість чистої синусоїди якусь музичну композицію, то в ній буде безліч різних частот і на око вже не прикинеш. Щоб визначити, які частоти входять до цієї композиції, буде потрібно аналізатор спектру. А це вже інший прилад.

Вимірювання частоти

Як я вже писав вище, за допомогою осцилографа можна вимірювати частоту. А ще можна не просто виміряти частоту якогось синусоїдального сигналу, а навіть порівняти частоти двох сигналів, наприклад, за допомогою фігур Ліссажу.

Це дуже зручно, коли хочеться, наприклад, відкалібрувати зібраний своїми руками генератор сигналів, а частотоміра під руками немає. Тоді й приходять на допомогу фігури Лісаж. Жаль не всі аналогові осцилографи можуть їх показувати.

Зсув фаз

Часто буває так, що фаза струму та фаза напруги розходяться. Наприклад, після проходження через конденсатор, індуктивність або цілий ланцюг. І якщо у тебе є двоканальний осцилограф, то легко можна подивитися як сильно відрізняються фази струму та напруги (А якщо є сучасний цифровий, то там є навіть спеціальна функція для вимірювання зсуву фаз. Круто!). Для цього слід підключити осцилограф таким чином:

«ГРАФО» ЗНАЧИТЬ «МАЛЮЮ»

ПРИЛАДИ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ФОРМИ 3 РАДІОТЕХНІЧНИХ СИГНАЛІВ

Ми живемо у технологічній цивілізації. Люди створили другу природу – світ механізмів, найскладніших машин, радіоелектронних пристроїв, які використовують майже весь відомий спектр електромагнітних випромінювань. Але людські органи зору здатні сприймати лише видиме світло. Ми не можемо побачити електричний струм, радіохвилі, не можемо без допомоги приладів виміряти навіть найпростіші параметри електричного сигналу. Працюючи зі складною радіоелектронною апаратурою часто виникає завдання відтворення форми сигналів, тобто. залежності миттєвого значення напруги від часу. Її рішення дозволяє відразу оцінити багато параметрів коливань, наприклад, спотворення їх форми, наявність перешкод та багато іншого. Відтворення форми сигналів відіграє важливу роль при перевірці та налаштуванні аудіо- та відеотрактів апаратури.

Для візуалізації сигналів використовуються прилади, які називаються осцилографами, проте визначення форми сигналів можливе не тільки в часовій області, але і частотної. Завдання відтворення сигналу в частотній області вирішують аналізатори спектру та вимірювачі амплітудно-частотних характеристик, про які буде розказано у заключній частині цієї брошури.

ЕЛЕКТРОННІ ОСЦИЛОГРАФИ

В даний час одним з найбільш поширених радіовимірювальних приладів є електронний осцилограф, і це не дивно, адже він має виняткову наочність уявлення досліджуваних сигналів, зручністю та універсальністю. Осцилограф дозволяє розглянути будь-які електричні процеси, навіть якщо сигнал з'являється у випадковий момент часу і триває мільярдні частки секунди. За зображенням на екрані осцилографа можна визначити амплітуду сигналу і тривалість будь-якої його ділянки. За допомогою осцилографа можна вимірювати частоту, фазу та коефіцієнт модуляції сигналу, а також проводити інші комплексні вимірювання.

Осцилографічні вимірювання відрізняються широким діапазоном досліджуваних частот (від постійного струму до НВЧ), можливістю запам'ятовування та подальшого відтворення сигналів, високою чутливістю та можливістю відокремлення сигналів від перешкод.

КЛАСИФІКАЦІЯ ОСЦИЛОГРАФІВ

За призначенням та принципом дії осцилографи поділяються на:
Універсальні, швидкісні, стробоскопічні, запам'ятовуючі та спеціальні.

За кількістю одночасно спостерігаються сигналів їх ділять на одно-, дво- та багатоканальні осцилографи.

По відображаючому пристрої осцилографи ділять на електронно-променеві та матричні (газорозрядні, плазмові, рідкокристалічні тощо).

За принципом опрацювання інформації осцилографи ділять на аналогові та цифрові.

Універсальні осцилографи – прилади загального призначення, призначені для спостереження гармонійних та імпульсних сигналів. З їхньою допомогою можна досліджувати одиночні імпульси та пачки імпульсів, отримувати одночасно зображення двох сигналів на одній розгортці, детально досліджувати будь-яку частину складного сигналу та багато іншого. Вони дозволяють досліджувати сигнали з тривалістю від одиниць наносекунд до кількох секунд в діапазоні амплітуд від часток мілівольт до сотень вольт, а також вимірювати параметри таких сигналів з прийнятною для практики похибкою 5-7%. Смуга пропускання універсальних осцилографів становить 300...500 МГц і більше.

Універсальні осцилографи поділяють на дві групи: прилади моноблочної конструкції та прилади зі змінними блоками.

Моноблочні осцилографи загального призначення – найпоширеніший тип осцилографів.

Осцилографи зі змінними блоками відрізняються багатофункціональністю, що досягається за рахунок застосування змінних блоків різного призначення.

Швидкісні та стробоскопічні осцилографи застосовуються для дослідження перехідних процесів у швидкодіючих напівпровідникових приладах, інтегральних мікросхемах та перемикаючих елементах.

Осцилографи, що запам'ятовують можуть зберігати та відтворювати зображення сигналу протягом тривалого часу після зникнення його на вході. Основне призначення цих приладів – дослідження одноразових процесів, що рідко повторюються.

Осцилографи спеціального призначення призначені для дослідження телевізійних сигналів, вони дозволяють не лише дослідити будь-яку частину телевізійного сигналу з високою тимчасовою стабільністю, але й передавати його в цифровому вигляді на комп'ютер для подальшої обробки.

ОСНОВНІ БЛОКИ УНІВЕРСАЛЬНОГО ОСЦИЛОГРАФУ

Мал. 1. Осцилограф С1-107 Загальний вигляд

На рис. 1 показаний зовнішній вигляд універсального аналогового осцилографа С1-107, а на рис. 2 показано його функціональну схему. Незважаючи на різноманітність універсальних осцилографів, їх функціональні схеми загалом однакові.

Осцилограф складається з:

• Електронно-променевої трубки (ЕЛТ);
• Канали вертикального відхилення Y;
• Каналу горизонтального відхилення X;
• каналу Z;
• Мультиметр;
• Блок живлення.

Канал вертикального відхилення посилює або послаблює досліджуваний сигнал значення, зручного вивчення на індикаторі. Положення ручки управління V/справвстановлює посилення каналу Y. Канал складається з вхідного дільника, до якого входять роз'єми, атенюатори та перемикачі; підсилювача, що підсилює сигнал і розщеплює полярність сигналу для симетричної подачі на пластини ЕЛТ, лінії затримки та вихідного підсилювача. Лінія затримки затримує сигнал на час, необхідний для спрацьовування каналу горизонтального відхилення, тобто генератора розгортки та підсилювача по осі Xщоб рух променя по горизонталі почалося раніше, ніж посилений сигнал надійде на пластини ЕПТ. Це дозволяє спостерігати передній фронт сигналу.

Мал. 2. Функціональна схема осцилографа С1-107

Канал горизонтального відхилення формує синхронне з досліджуваним сигналом пилкоподібну напругу для створення осі часу на екрані ЕЛТ. Формувач імпульсів запуску виробляє короткі імпульси, що запускають. Генератор розгортки створює лінійно-наростаючу напругу. Швидкість наростання регулюється ручкою Час/справ. Ця напруга надходить на вихідний підсилювач X) який розщеплює полярність сигналу та посилює напругу розгортки до значення, необхідного для необхідного масштабу зображення. Позитивно наростаюча пилкоподібна напруга подається на праву пластину, що відхиляє ЕЛТ, а негативне - на ліву. В результаті промінь по екрану трубки проходить зліва направо встановлену кількість поділів шкали за одиницю часу. При перемиканні синхронізатора на режим безперервних коливань забезпечується автоколивальний режим роботи розгортки.

Підсилювач внутрішньої синхронізації посилює частину досліджуваного сигналу та передає його для запуску розгортки.

Осцилографи мають калібровані розгортки і забезпечуються для зручності відліку сітчастими шкалами, які наносяться з внутрішньої сторони екрана трубки. Це позбавляє оператора помилки через явища паралаксу.

До складу осцилографа входять також калібратори амплітуди та часу, призначені для калібрування масштабів каналів вертикального та горизонтального відхилення, та джерела живлення зі стабілізацією.

Багато сучасних осцилографів мають вбудовані мультиметри, які дозволяють з високою точністю вимірювати значення постійної і змінної напруги, струмів і опорів. Мультиметр осцилографа С1-107 працює в такий спосіб. Вимірювані змінні струми та опори перетворюються на змінну напругу. Потім змінні напруги перетворюються на постійну напругу, пропорційне величині вимірюваних параметрів. Потім аналоговий сигнал перетворюється на цифровий за допомогою АЦП і надходить у знакогенератор, призначений для формування та написання знаків на екрані ЕЛТ.

Осцилограф може працювати або в режимі осцилографування, або в режимі мультиметра. Поєднання цих режимів у цій моделі неможливе.

ЦИФРОВІ ОСЦИЛОГРАФИ

Мал. 3. Цифровий осцилограф

Цифровий осцилограф дозволяє одночасно спостерігати на екрані сигнал і отримувати чисельні значення ряду його параметрів з більшою точністю, ніж це можливо, шляхом зчитування кількісних величин безпосередньо з екрана звичайного осцилографа. Це можливо тому, що параметри сигналу вимірюються безпосередньо на вході цифрового осцилографа, тоді як сигнал, що пройшов через вертикальний канал відхилення, може бути виміряний з істотними помилками. Ці помилки можуть досягати 10%.

Параметрами, що вимірюються сучасними цифровими осцилографами, є: амплітуда сигналу, його частота або тривалість. На екрані осцилографа, крім власне осцилограм, відображається стан органів керування (чутливість, тривалість розгортки тощо). Передбачено виведення інформації з осцилографа на друк та інші функціональні можливості. Однак цим не обмежуються можливості цифрових осцилографів. Поєднання цифрових осцилографів з мікропроцесорами дозволяє визначати діюче значення напруги сигналу і навіть обчислювати та відображати на екрані перетворення Фур'є для будь-якого виду сигналу.

У пристроях цифрових осцилографів здійснюється повна цифрова обробка сигналу, у яких, зазвичай, використовується відображення новітніх індикаторних панелях.

У сучасних цифрових осцилографах автоматично встановлюються оптимальні розміри зображення на екрані трубки.

Функціональна схема цифрового осцилографа містить аттенюатор вхідного сигналу; підсилювачі вертикального та горизонтального відхилення; вимірювачі амплітуди та тимчасових інтервалів; інтерфейси сигналу та вимірювачів; мікропроцесорний контролер; генератор розгортки; схему синхронізації та електронно-променеву трубку.

Цифрові осцилографи забезпечують автоматичну установку розмірів зображення, автоматичну синхронізацію, різницеві вимірювання між двома мітками, автоматичний вимір розмаху, максимуму та мінімуму амплітуди сигналів, періоду, тривалості, паузи, фронту та спаду імпульсів та ін.

Амплітудні та часові параметри досліджуваного сигналу визначаються за допомогою вбудованих у прилад вимірювачів. На підставі даних вимірювань мікропроцесорний контролер здійснює обчислення необхідних коефіцієнтів відхилення та розгортки та через інтерфейс встановлює ці коефіцієнти в апаратній частині каналів вертикального та горизонтального відхилення. Це забезпечує незмінні розміри зображення по вертикалі та горизонталі, а також автоматичну синхронізацію сигналу.

Мікропроцесорний контролер також опитує положення органів управління на передній панелі, і дані опитування після кодування знову надходять до контролера, який через інтерфейс включає відповідний режим автоматичного виміру. Результати вимірювань індикуються на екрані трубки, причому амплітудні та часові параметри сигналу відображаються одночасно.

Мал. 4. Функціональна схема цифрового осцилографа

ПОРТАТИВНІ МУЛЬТИМЕТРИ-ОСЦИЛОГРАФИ

Останнім часом на ринку контрольно-вимірювальних приладів з'явився новий і досить оригінальний їх різновид: портативні цифрові мультиметри-осцилографи.

Ці малогабаритні та порівняно недорогі прилади поєднують у собі функцію мультиметра, що дозволяє вимірювати параметри напруг, струмів та опорів, вимірювати ємності, індуктивності, параметри транзисторів та діодів та простого осцилографа.

Найбільш поширені на російському ринку мультиметри-осцилографи фірм BEETECH (рис. 5), Velleman, METEX та Tektronix.

Мал. 5. Мультиметр-осцилограф BEETECH 70

Мал. 6. Портативний персональний осцилограф Velleman HPS10

Осцилограф Velleman HPS10 (рис. 6) не має функцій мультиметра, зате це повноцінний осцилограф зі смугою пропускання 2 МГц і частотою квантування АЦП 10 МГЦ. Прилад має високу чутливість - від 5 мВ на 12 поділів, а діапазон розгорток знаходиться в межах від 200 нс до 1 години (!) на 32 поділки. Прилад може працювати від мережі через адаптер або вбудованих акумуляторів, яких вистачає на 20 годин роботи. Прилад має РК-дисплей з роздільною здатністю 128 х 64 крапки. Такий осцилограф дозволяє переглядати навіть телевізійний сигнал (щоправда, досить грубо).

Портативні осцилографи часто поставляються у пластикових валізках, в яких крім самого приладу знаходяться перехідники, щупи, адаптер живлення та посібник з експлуатації.

Найчастіше такого приладу цілком достатньо проведення вимірювань сигналів і під час інсталяцій.

РОБОТА З ОСЦИЛОГРАФОМ

Сучасні осцилографи надають багатий набір інструментів для дослідження форми сигналів та вимірювання їх параметрів.

Найпростіше працювати з низькочастотними сигналами, наприклад, із сигналами звукового діапазону частот (рис. 7), дослідження високочастотних сигналів та сигналів складної форми (рис. 8) потребує додаткових навичок.

Мал. 7. Сигнал звукової частоти на екрані цифрового осцилографа

Спеціалізовані телевізійні осцилографи мають схеми розгортки, що дозволяють виділити з телевізійного сигналу будь-який кадр і будь-який рядок, а при роботі з осцилографами загального призначення потрібно вибирати, якими імпульсами синхронізації запускати розгортку - кадровими або малими. Деякі осцилографи мають на перемикачі режиму розгорнення позиції TV-V і TV-H (запуск кадровими та малими синхроімпульсами відповідно). Якщо таких режимів немає, то для перегляду одного кадру потрібно встановити швидкість розгортки у положення 2 мс/діл, а для перегляду одного рядка – 10 мкс/діл. Зазвичай запуск розгортки телевізійним сигналом здійснюється за негативної полярності імпульсів запуску.

При роботі з осцилографом важливо правильно вибрати режим запуску синхронізації розгортки. Найчастіше вибирають режим запуску досліджуваним сигналом, т.зв. внутрішню синхронізацію (у двоканальних осцилографах ці режими називаються CH1 та CH2). Якщо апаратура, що досліджується, використовує зовнішні сигнали синхронізації, то логічно використовувати їх для запуску розгортки осцилографа. Цей вид синхронізації називається зовнішнім і зазвичай позначається EXT. Якщо досліджуються електротехнічні пристрої, корисною може бути синхронізація від мережі – LINE.

Зручний масштаб зображення встановлюється перемикачем V/справ.

Мал. 8. Телевізійні сигнали на екрані цифрового осцилографа

Двоканальний осцилограф дозволяє, як показано на рис. 8 одночасно переглядати різні компоненти телевізійного сигналу.

Мал. 9. імпульс, що гасить

Мал. 10. Сигнал колірної синхронізації

Змінюючи швидкість розгортки і значення V/справ можна дослідити загальний вигляд складного сигналу або розтягнути окремий його фрагмент. На рис. 9 показано один рядок телевізійного сигналу, а на рис. 10 – «розтягнутий» сигнал синхронізації кольорів.

Мал. 11. Вимірювання тривалості

Найчастіше під час роботи з осцилографами виникає у вимірі параметрів досліджуваних сигналів. Аналогові осцилографи менш зручні. Для того щоб визначити амплітуду або тривалість сигналу, потрібно підрахувати, скільки клітин по вертикалі або горизонталі займає досліджуваний сигнал, а потім помножити кількість клітин на ціну поділу перемикача В/діл або Час/справ. Наприклад, якщо сигнал по вертикалі займає 3,5 клітини, а перемикач В/справ встановлений у положення 100 мВ, амплітуда сигналу складе 350 мВ. Точність такого методу невелика.

Цифрові осцилографи набагато зручніші. Наприклад, щоб виміряти амплітуду імпульсу на осцилограмі рис. 9, потрібно включити режим вимірювання напруги, потім підвести курсор 1 до вершини імпульсу, а курсор 2 - до його основи. Осцилограф автоматично виміряє напругу, і у правій частині екрана з'явиться напис: Delta – 296 mV.

Аналогічно проводиться вимірювання тривалостей, лише цьому режимі курсори мають вигляд вертикальних ліній (рис. 11).

На периферії екранів цифрових осцилографів (рис. 7-11) виводиться різноманітна службова інформація, що дозволяє, не дивлячись на органи управління приладом, визначити, в якому положенні перемикачі В/справ, Час/справ, режими синхронізації, ознайомитися з відліками напруг, тривалостей та ін.

Інтерфейси сучасних цифрових осцилографів у різних виробників різняться, тому перед початком роботи слід уважно вивчити Посібник користувача.

• Основним режимом вимірювань має бути режим із закритим входом (див. мал. 2). Це захистить кола приладу від пошкодження несподівано високою напругою;
• Перед початком вимірювань поставте перемикач В/справ на саму «грубу» межу, послідовно збільшуючи посилення, досягайте потрібного розміру зображення на екрані;
• Користуйтеся штатними щупами та пробниками осцилографа, це підвищує точність вимірювань та знижує ризик пошкодження приладу;
• Якщо зображення на екрані осцилографа має достатню амплітуду, але розглянути його не вдається, швидше за все, неправильно вибрано положення перемикача Час/справ. Змінюючи його положення, досягайте найбільш стійкого зображення, потім виберіть елемент сигналу, яким буде здійснюватися синхронізація за допомогою ручки Амплітуда синхронізації. У разі потреби змініть полярність сигналу синхронізації та вид синхронізації.

ЯК ВИБРАТИ ОСЦИЛОГРАФ?

Осцилограф - це складний і дорогий прилад, на ринку присутні сотні моделей - від найпростіших і найбюджетніших до надзвичайно дорогих, спеціалізованих та прецизійних приладів. Як зробити правильний вибір і придбати саме той осцилограф, який виявиться вам корисним при налаштуванні аудіо-відеообладнання? У цьому розділі ми дамо вам кілька порад.

Перш ніж розпочати вибір осцилографа, потрібно чітко зрозуміти, які завдання належить вирішувати з його допомогою. При цьому необхідно пам'ятати і про перспективи, оскільки осцилограф купується не на один рік і не для виконання однієї роботи.

1. Який осцилограф вибрати: аналоговий чи цифровий?

Аналогові осцилографи дають можливість безперервно спостерігати аналоговий сигнал у реальному масштабі часу, мають прості, зрозумілі органи управління та невисоку вартість. Разом про те аналогові осцилографи мають низьку точність проти цифровими, на малих швидкостях розгортки їм характерне мерехтіння.

Цифрові осцилографи дозволяють «заморожувати» картинку на екрані, мають високу точність вимірів, яскраве, добре сфокусоване зображення сигналу на будь-якій швидкості розгортки, проте вони коштують значно дорожче, складніші в управлінні та в окремих випадках неправильно відображають сигнал.

Безперечними перевагами цифрових осцилографів також є можливості вимірювання напруги та тривалостей сигналу «на льоту», а також можливість підключення до зовнішніх реєструючих пристроїв, наявність засобів автодіагностики та автокалібрування.

2. Визначте необхідну смугу пропускання

Однією з основних характеристик осцилографа, що впливають на вибір приладу, є смуга пропускання, яка залежить від того, які сигнали та з якою точністю необхідно вимірювати.

Майте на увазі, що цифрові осцилографи мають два принципово різних значення смуги пропускання: смуга для сигналів, що повторюються (або аналогова) і смуга для одноразових сигналів. Більшість реальних сигналів містить безліч високочастотних гармонік, тому широкосмугові осцилографи відображають такі сигнали більш точно.

При проведенні точних вимірювань часових характеристик величина смуги пропускання осцилографа повинна як мінімум втричі перевищувати значення першої гармоніки найбільш високочастотного вимірюваних сигналів. А для точних вимірювань амплітуди бажано, щоб смуга пропускання осцилографа була в десять разів більша, ніж частота сигналу, що вимірюється.

Смуга пропускання аналогових осцилографів рідко перевищує 400 МГц, тоді як цифрові осцилографи можуть мати смугу до 50 ГГц.

3. Визначте необхідну кількість каналів

Найбільшою популярністю користуються двоканальні осцилографи, однак останнім часом все більшого поширення набувають чотириканальні моделі, оскільки питома вартість каналу у них менша, ніж у двоканальних моделей, а можливості суттєво ширші. Проте керувати таким приладом може бути непросто.

Деякі осцилографи мають 2 повні канали та 2 додаткові канали з обмеженим діапазоном чутливості. В цьому випадку в осцилографі є тільки 2 аналого-цифрових перетворювача (АЦП), входи яких комутуються на 4 канали.

4. Визначте необхідну частоту дискретизації (для цифрових осцилографів)

Для завдань, пов'язаних із зміною одноразових чи перехідних процесів, частота дискретизації має першорядне значення. Параметр «частота дискретизації» означає швидкість, з якою осцилограф може оцифровувати вхідний сигнал. Більш висока частота дискретизації визначає більш широку смугу пропускання для одноразових сигналів і дає більший часовий дозвіл.

Більшість виробників цифрових осцилографів використовують відношення між частотою дискретизації та смугою для одноразових сигналів на рівні 4:1 (якщо є засоби інтерполяції) або 10:1 (без засобів вбудованої інтерполяції) для запобігання спотворенню сигналу.

5. Визначте необхідний обсяг пам'яті (для цифрових осцилографів)

Необхідний обсяг пам'яті залежить від загальної тривалості сигналу, параметри якого необхідно дослідити, та бажаного дозволу часу. Якщо досліджуються сигнали у великому проміжку часу з великою роздільною здатністю, знадобиться велика пам'ять. Великий обсяг пам'яті дозволить використовувати більш високу частоту дискретизації на повільних швидкостях розгортки, зменшуючи ймовірність отримання спотвореного сигналу та забезпечуючи більший обсяг інформації про сигнал.

Слід мати на увазі, що збільшення обсягу пам'яті може призвести до сильного уповільнення осцилографа роботи, оскільки йому потрібно обробляти більший масив даних.

6. Визначте необхідні можливості для запуску приладу

Для більшості користувачів осцилографів загального призначення просто запуску по фронту (перепаду) сигналу часто недостатньо. Для вирішення багатьох завдань буває корисно мати додаткові можливості по запуску, що дозволяють виявити події, які інакше дуже важко відстежити. Можливість запуску телевізійного сигналу дозволяє налаштувати прилад на певне поле або рядок.

7. Визначте необхідні можливості виявлення імпульсних перешкод

В принципі, будь-який аналоговий осцилограф завжди здатний відобразити імпульсні перешкоди та джиттер. Питання полягає в тому, чи достатньо швидкості наростання в каналі вертикального відхилення (зрештою – смуги пропускання) та яскравості осцилограми для дослідження цих процесів. Осцилографи з можливостями запуску по імпульсній перешкоді дозволяють виділяти імпульсні перешкоди, що важко виявляються, і проводити за ними запуск осцилографа. Ця додаткова можливість дуже корисна під час пошуку причини ненормальної роботи досліджуваної схеми.

8. Додаткові можливості

Багато сучасних цифрових осцилографів можуть виконувати функцію аналізатора спектру, проте в області звукових частот вона реалізована, як правило, погано.

Більшість цифрових та аналого-цифрових осцилографів можуть взаємодіяти з персональним комп'ютером, принтером або плотером через інтерфейси GPIB, RS-232 або Centronics. В останні роки все частіше використовується USB-інтерфейс.

Багато сучасних цифрових осцилографів оснащені дисководами або роз'ємами для флеш-пам'яті, які дозволяють зберігати зображення екрана з осцилограмами (у різних форматах) та результати вимірювань у числовому вигляді, а потім швидко перенести їх у комп'ютер для подальшої обробки. Ці можливості дозволяють заощадити час, коли, наприклад, потрібно вставити зображення з екрана осцилографа звіт або скопіювати дані сигналів електронну таблицю.

Спробуйте попрацювати з приладом, оцініть, наскільки він простий у роботі, чи можливе інтуїтивне керування приладом у той час, коли основна увага приділяється схемі, що досліджується? Оцініть швидкість реакції екрана, а також час, який витрачає осцилограф виконання команд. Чи прилад має пам'ять команд?

ВИМІР АМПЛІТУДНО-ЧАСТОТНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

При контролі технічного стану радіоелектронної апаратури важливе місце займає вимірювання амплітудно-частотних характеристик її різних вузлів.

При знятті амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) приладів або їх вузлів зручно представляти їх у вигляді чотириполюсника. Тоді АЧХ - це залежність модуля (абсолютного значення) коефіцієнта передачі чотириполюсника від частоти сигналу.

Коефіцієнт передачі - це відношення потужності або напруги на виході чотириполюсника до потужності або напруги на його вході.

Якщо вихідна напруга менша за вхідну, при проходженні сигналу через чотириполюсник відбувається ослаблення сигналу. Такий чотириполюсник називається пасивним (приклад - пасивний електричний фільтр), а коефіцієнт передачі є коефіцієнтом ослаблення.

При вихідному напрузі більше вхідного відбувається посилення сигналу, коефіцієнт передачі є коефіцієнтом посилення. Чотирьохполюсник у разі називається активним (приклад – підсилювач сигналів звукових частот).

Значення коефіцієнта передачі четырехполюсника і значення частоти сигналу, де проводилося його визначення, утворюють точку системі координат, а сукупність таких точок утворюють криву АЧХ в необхідному діапазоні частот. На рис. 12 як приклад наведена АЧХ антенного підсилювача, що працює в діапазоні телевізійного мовлення.

Мал. 12. АЧХ антенного підсилювача

МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ АМПЛІТУДНО-ЧАСТОТНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Вимірювання параметрів амплітудно-частотних характеристик чотириполюсників проводиться за допомогою генератора частоти, що коливається (ГКЧ) і індикаторного пристрою.

Частота генератора плавно змінюється за певним законом у потрібній смузі частот, а на індикаторі осцилографічного типу відтворюється крива АЧХ.

Структурну схему найпростішого автоматичного вимірювача АЧХ наведено на рис. 13.

Мал. 13. Структурна схема автоматичного вимірника АЧХ

Сигнал із ГКЧ подається на вхід досліджуваного чотириполюсника. Через наявність у цього четырехполюсника залежності модуля коефіцієнта передачі від частоти сигналу з його виході сигнал модулирован по амплітуді. Огинає цього сигналу, виділена на детекторній головці, що входить до складу індикаторного пристрою, керує відхиленням променя індикатора вертикалі, малюючи криву АЧХ.

Управління частотою ГКЧ та відхиленням променя індикатора по горизонталі здійснюється блоком модулюючої напруги, що одночасно синхронізує роботу цих двох вузлів.

У вимірнику АЧХ, побудованому за такою структурною схемою, горизонтальне положення променя на екрані індикатора відповідає частоті на вході чотириполюсника, що досліджується, а вертикальне - значенню модуля коефіцієнта передачі на цій частоті. Таким чином, на екрані автоматично викреслюється крива АЧХ досліджуваного чотириполюсника.

Блок автоматичного регулювання амплітуди служить для забезпечення сталості рівня вихідного сигналу в усьому діапазоні коливання частоти.

Частина сигналу з ГКЧ подається на блок частотних міток, в якому виробляється цілий спектр калібрувальних частот у межах робочого діапазону ГКЧ. У момент збігу частоти ГКЧ з будь-якої з цих частот утворюються сигнали, які подаються в індикаторний блок і спостерігаються на екрані як амплітудних міток.

Для каліброваної зміни вихідної напруги ГКЧ служить атенюатор.

Залежно від ширини смуги гойдання прилади поділяються на вузькосмугові, середньосмугові, широкосмугові та комбіновані. Вузькосмугові вимірювачі АЧХ забезпечують смугу гойдання, що становить частки та одиниці відсотка центральної частоти, а широкосмугові – смугу гойдання, що становить повний діапазон частот приладу. Комбіновані поєднують у собі функції як вузькосмугових, і широкосмугових приладів.

Вимірники АЧХ можуть мати лінійний та логарифмічний масштаб за амплітудою.

Найбільш широке застосування знаходять універсальні вимірювачі АЧХ, що дозволяють вирішувати широке коло вимірювальних завдань. На рис. 14 показаний вимірник АЧХ Х1-50 вітчизняного виробництва, який застосовується при налаштуванні та випробуванні телевізійної техніки. Наявність у його складі вбудованого генератора сітківки дозволяє здійснювати перевірку лінійності телевізійного зображення, а за допомогою зовнішнього вимірювального моста – перевірку узгодження антенних висновків.

Мал. 14. Вимірювач АЧХ Х1-50

• Важливу роль грає узгодження виходу приладу з опором навантаження. Якщо на частотах до десятків мегагерц неузгодженість призводить лише до зменшення рівня вихідного сигналу, то більш високих частотах – до збільшення нерівномірності вихідного сигналу смузі гойдання. Узгодження входу досліджуваного пристрою можливе шляхом підключення на кінці кабелю, що з'єднує їх з виходом АЧХ вимірювача, опору, близького до хвильового. Якщо досліджуваний чотириполюсник має низькоомний вхід з хвильовим опором, відмінним від вихідного опору вимірювача АЧХ, його необхідно з'єднувати з приладом через узгоджувальне пристрій.
• При низькоомному виході досліджуваного пристрою, наприклад фільтра, телевізійного антенного підсилювача, коаксіальної лінії передачі, його слід підключати до входу індикаторного пристрою через узгоджену детекторну головку, а при відмінності вихідного опору чотириполюсника від опору навантаження детекторної головки між ними необхідно встановлювати погоду.
• При дослідженні АЧХ підсилювачів можливі спотворення, спричинені їх перевантаженням, внаслідок чого вершина кривої АЧХ виглядатиме більш плоскою, ніж насправді. У цьому випадку на вхід підсилювача потрібно подавати сигнал із мінімальним рівнем.
• При налаштуванні багатокаскадних пристроїв, наприклад, підсилювачів проміжної частоти, відеопідсилювачів, коли необхідно переглянути АЧХ кожного каскаду окремо, використовуйте високоомну детекторну головку з комплекту приладу.
• Якщо вимірник АЧХ має двоканальний індикатор, можна налаштовувати АЧХ пристроїв, порівнюючи їх з еталонними. Для цього сигнал з виходу вимірювача АЧХ подається одночасно на входи і еталонного пристроїв, що налаштовується, а їх виходи підключаються до окремих каналів індикатора, посилення яких встановлюється однаковим. Змінюючи налаштування пристрою, домагаються поєднання його АЧХ із еталонною.
• Поряд із дослідженням АЧХ чотириполюсників вимірювачі АЧХ дозволяють вирішувати ряд інших вимірювальних завдань, таких як вимірювання добротності коливального контуру, крутості АЧХ, повних опорів та КСВ навантаження, дослідження кабелів.

ВИМІР ПАРАМЕТРІВ СПЕКТРА РАДІОСИГНАЛІВ

У практиці роботи зі складною сучасною радіоелектронною апаратурою візуальне спостереження форми сигналу за допомогою осцилографа іноді виявляється недостатнім. Більш чутливим та інформативним є аналіз спектральних характеристик сигналів . Особливо важливим є знання спектрального складу сигналів у час, коли гостро постає проблема електромагнітної сумісності радіоелектронної апаратури, коли потрібно визначити параметри сигналу на вході та виході лінії його передачі.

В даний час відомі два основні методи вимірювання характеристик спектра сигналів: обчислення перетворень Фур'є та за допомогою цифрових фільтрів.

Перетворення Фур'є дозволяє уявити складний сигнал як сукупність гармонійних синусоїдальних коливань з різними частотами та амплітудами.

Насправді це означає, що будь-який сигнал можна розкласти на кінцеве число гармонік з частотами , амплітудою та фазою – , де:

k = 1, 2, 3 ...;
f 0 - Частота першої гармоніки;
T- Час;
a k і b k- Коефіцієнти перетворення.

Графік залежності величин залежно від kназивають лінійним спектром Фур'є. Приклад такого спектра, отриманого аналітично, показано на рис. 15, а фото екрану аналізатора спектра – на рис. 16.

Мал. 15. Лінійчастий спектр Фур'є

Мал. 16. Спектр сигналу, що випромінюється АС

Таким чином, спектр сигналу характеризується частотою, амплітудою та фазою його складових, які і вимірюються при створенні та експлуатації радіоелектронної апаратури та електронних компонентів.

Крім цих основних характеристик спектр сигналів характеризується формою та шириною.

Бурхливий розвиток обчислювальної техніки вже зараз дозволяє створювати аналізатори спектру на цифровому фільтрі, що ефективно працюють у низькочастотному (звуковому) діапазоні, що для аналізаторів старих типів було майже нерозв'язним завданням. Цифрові фільтри універсальні, стабільні, не потребують підстроювання, мають широкий робочий діапазон. Можна з упевненістю припустити, що аналізатори спектра цього в найближчому майбутньому домінуватимуть у цьому сегменті ринку контрольно-вимірювальних приладів.