Электронным осциллографом называется устройство для визуального наблюдения и измерения параметров электрических сигналов с помощью электронно-лучевой трубки

Электронный осциллограф

4.1.Принцип действия и обобщенная структура

Строго говоря, это определение справедливо для аналоговых осциллографов, так как индикатором осциллографа может служить не только электронно-лучевая трубка.

Если смысл «измерение» понятен, то «наблюдение» следует определить применительно к осциллографу. «Наблюдение» в данном случае можно определить как представление сигнала в декартовых координатах, где по оси «Х» отложено время, а по оси «У» интенсивность (напряжение) сигнала.

Сначала упрощенно рассмотрим устройство электронно-лучевой трубки. Трубка представляет собой что-то подобное закрытой колбе, в которой обеспечен вакуум. Внутри трубки (на рис.4.1) помещены элементы электронной оптики, которые генерируют свободные электроны и формируют из них тонкий электронный луч.

Первый анод

Второй анод

Отклоняющие пластины Х

Электронная оптика

Модулятор яркости

Отклоняющие пластины Y

Люминофор

Рис.4.1

За ними помещены аноды, которые разгоняют луч и он с большой скоростью достигает дна трубки, на которое нанесен люминофор – вещество, которое излучает световую энергию в месте, куда попали электроны луча. Яркость свечения тем выше, чем большую энергию «приносит» электронный луч. Поэтому либо электроны должны быть разогнаны до большой скорости, либо луч должен дольше «стоять» в месте свечения – поэтому быстрые процессы, как правило, на экране бледнее, чем медленные. Между анодами и электронной оптикой находится модулятор яркости, напряжение на котором может ускорять или замелять электронный луч, вплоть до того, что он не достигает люминофора – в этом месте не будет свечения. Разогнанный луч попадает в поле двух пар пластин, которые позволяют осуществлять электростатическое отклонение луча. Пластины «Х»

расположенные в плоскости рисунка, и могут отклонять луч горизонтально под действием поданного на них напряжения, и пластины «Y», расположенные перпендикулярно плоскости рисунка, и отклоняют луч вертикально. Таким образом, под действием напряжений, поданных на пластины Х и Y можно перемещать луч по всей площади экрана, который образован дном трубки.

Для управления трубкой, таким образом, используются три напряжения, подаваемые на две пары пластин и модулятор. Поэтому в наиболее общем виде структуру осциллографа можно представить в виде трех каналов – Х, Y, Z (канал управления яркостью), которые масштабируют напряжения до уровня эффективного управления изображением на экране трубки, калибратора («хранителя меры», так как осциллограф измерительный прибор, а измерение – сравнение с мерой) и источника питания (рис.4.2)

Канал Y

Канал Х

Канал Z

Электронно-лучевая трубка

Калибратор

Источник питания

Рис.4.2

Так как ось Х отображает время, необходимо подать такое напряжение на пластины Х, которое заставит луч двигаться слева направо с постоянной скоростью – как обычно изображают время на графиках. Это напряжение называется разверткой. Напряжение развертки имеет вид представленный на рисунке 4.3.

На правую (если смотреть на экран трубки) пластину Х подаётся линейно возрастающее напряжение – чем оно больше, тем отрицательные электроны сильнее притягиваются и отклоняются вправо. Аналогично действует напряжение на левой пластине, «отталкивая» электроны луча. Минимальное напряжение соответствует положению луча у правого обреза экрана, максимальное – у правого. Абсолютные значения этих напряжений определяется конструкцией трубки и другими факторами. Обычно рисуют только одно – линейно-возрастающее – напряжение развертки; это же относится к напряжениям, подаваемым на пластины Y.

Напряжение, подаваемое на правую пластину Х

Напряжение, подаваемое На левую пластину Х

U(t)

t

Рис.4.3

Люминофор, который наносится на экран трубки, обладает свойством послесвечения – то есть даже после того, как электроны луча перестали ударяться о люминофор, он продолжает некоторое время светиться. Именно поэтому мы видим на экране изображение сигнала, а не бегущую точку. Это послесвечение может быть разным по длительности.

Длительность развертки - это время, за которое луч проходит от правого образа до левого. Если за время действия развертки на пластины Y подаётся сигнал, то этот сигнал «разворачивается» во времени. Если подавать сигнал на пластины Y и не подавать развертку, то сигнал не разворачивается и на экране будет, независимо от формы подаваемого сигнала, вертикальная линия по центру экрана, высота которой определяется размахом сигнала; если подаётся только напряжение развертки – то горизонтальная линия.

Подан только Подана только

сигнал на пластины развертка Y

Рис.4.4

Длительность развертки (рис.4.5) можно рассматривать как ширину временного окна, через котороё наблюдается сигнал – чем шире окно (длиннее развертка), тем большая длительность реализации сигнала наблюдается на экране, но так как размеры экрана постоянны, то масштаб будет мельче.

u(t)

Рис.4.5

Важным для работы с осциллографом является режим развертки – то есть когда она «появляется» во времени. Именно это определяет будет ли изображение на экране неподвижным.

Пусть изображение на экране получилось за время первой развертки. В силу послесвечения это изображение будет видно на экране некоторое время после окончания первой развертки. Если вторая развертка появится во время, когда за счет послесвечения на экране присутствует изображение от первой развертки, то на экране появятся два изображения – от первой и второй. То же будет повторяться и для последующих разверток и, если получающиеся изображения сдвинуты, будет казаться, что изображение движется (это справедливо, если наблюдаются сигналы одинаковой формы). Таким образом, неподвижным будет казаться такое изображение, которое «нарисовалось» «след в след», то есть изображение от последующей развертки точно «укладывается» в след изображения от предыдущей, которое будет оставаться на экране из-за послесвечения люминофора. Ясно, что «след в след» могут попадать только одинаковые сигналы, следовательно, не может быть единого условия неподвижного изображения.

Для определения условий неподвижного изображения разобьём все сигналы, встречающиеся на практике, на три группы:

1. Периодические сигналы, то есть сигналы, для которых выполняется условие:

u(t) = u(t+kT),

где Т – период, k- целое число, которое может принимать любые целочисленное значения от 1,2 и далее.

2. Сигналы одинаковой формы, но не имеющие периода.

3. Все остальные сигналы.

Такое разбиение (классификация) сигналов не претендует на универсальность, но для рассматриваемых вопросов – удобно.

4.2.Условие неподвижного изображения для периодических сигналов

На рис.4.6а изображен периодический сигнал, который наблюдается с периодической разверткой. В первом случае развертка с периодом, во втором

На рис.4.6б показана осциллограмма при развертке длительности – на экране изобразился сигнал не соответствующий наблюдаемому; в случае 12в) – при развертке длительности (Рис.12в) соответствует.

Тс

Т1

Т2

U(t)

t

a)

б) в)

Рис.4.6

Дело в том, что по окончании первой развертки, луч моментально (считаем, что длительность обратного хода равна нулю) перемещается к правому обрезу экрана, и луч начинает «рисовать» сигнал в случае б) не в той фазе, при которой «нарисовал» луч за первую развертку. В случае развертки оба изображения начинаются с одинаковой фазы.

Если сдвиг фаз не,как на рис.б) а меньше, то изображение будет «двигаться», с постоянной скоростью так как изображения от каждой следующей развертки будет сдвигаться на линейно растущую фазу. Таким образом, можно сделать вывод, что если каждое последующее изображение начинается с той же фазы, что и предыдущее и развертка периодическая, то на экране будет неподвижное изображение.

Следовательно, условием неподвижного изображения при наблюдении периодического сигнала будет кратность длительности (периода) развертки и наблюдаемого периодического сигнала:, где k- целое число и на экране будет k периодов сигнала. Чем больше k, тем больше периодов будет на экране, а так как размеры экрана постоянны, то в k раз уменьшится масштаб по оси Х.

4.3.Условие неподвижного изображения для непериодических сигналов одинаковой формы.

Пусть наблюдаются сигналы в виде одинаковых прямоугольных импульсов, но появляющихся в произвольные моменты времени (рис. 4.7):

t

U(t)

Рис.4.7

Неподвижное изображение таких импульсов должно быть как показано на рисунке – импульс в центре экрана и занимает значительную часть экрана (рис.4.8).

  t    

Рис.4.8

Чтобы импульс был расположен на экране таким образом, как показано на рис.4.8, и был неподвижен, необходимо чтобы для всех импульсов развертка длительностью начиналась опережая наблюдаемый импульс на время t. Если для периодических сигналов режим развертки периодический, то в данном случае режим развертки ждущий – она начинается «дождавшись» синхронизирующего сигнала. Условием неподвижного изображения будет постоянство t и то есть:

t=const

const

Не выполнение любого из этих условий приводит к тому, что сигнал не будет неподвижным и на экране в случае наблюдения прямоугольного импульса будет что-то

подобное рисунку 4.9.

1 Рис.4.9

4.4.Условие неподвижного изображения для сигналов третьей группы.

Примером таких сигналов может служить следующая последовательность (рис.4.10):

U(t)

t

Рис.4.10

Так как неподвижность изображения, как было рассмотрено раньше, получается если сигналы от разных разверток идут «след в след», то в данном случае очевидно, что разные сигналы наложить так невозможно так как они различны. В данном случае наблюдать можно только один из сигналов, для чего используется так называемая «однократная развертка».

Таким образом, можно сделать вывод, что необходимы три режима развертки:

1) Периодическая (непрерывная) развертка – для периодических сигналов;

2) Ждущая развертка – для сигналов одинаковой формы, но непериодических;

3) Однократная – для всех остальных сигналов.

Исключением из этого правила является сигналы с большой скважностью (скважность, где Т – период, t - длительность сигнала). Хотя эти сигналы периодические, для их наблюдения используют ждущую развертку. Если установить режим периодической развертки и взять коэффициент k =1, то для изображения сигнала на экране будет использоваться только 1/Q

часть экрана (рис.4.11)

«Сжатый» по времени исследуемый сигнал   Неиспользуемая («пустая») линия развертки

Рис.4.11

4.5.Синхронизация

Этот термин переводится с греческого как «вместе и время» и буквально означает одновременность чего-то с чем-то – в данном случае исследуемого сигнала и развертки.

Рассмотрим сначала синхронизацию для ждущей развертки. Здесь всё ясно: развертка начнётся, как только на генератор развертки приходит синхросигнал. Встаёт

    t

Рис.4.12

вопрос – откуда возьмется этот сигнал? Тем более что он должен во времени опережать исследуемый сигнал, чтобы можно было наблюдать фронт сигнала (рис.4.12).

Существуют два режима синхронизации развертки: внешний и внутренний.

В режиме внешней синхронизации необходимо, чтобы перед исследуемым сигналом приходил синхросигнал (рис.4.13):

Синхронизирующий сигнал (синхросигнал)

Наблюдаемый сигнал

t

Рис.4.13

На первый взгляд такая ситуация маловероятно, но на практике существуют условия, когда это возможно. Например, если необходимо наблюдать импульсный сигнал на выходе исследуемого устройства. В этом случае входной сигнал на устройство подаётся от импульсного генератора, у которого, как правило, существуют выходы основного и синхросигнала (генератор сначала генерирует синхросигнал, а затем с некоторой, часто регулируемой, задержкой – основной). Тогда на вход Y осциллографа подаётся выходной сигнал от исследуемого устройства, на вход синхронизации – сигнал с выхода синхросигнала генератора (рис.4.14):

Исследуемое устройство   · •

Импульсный генератор Основной выход • Синхросигнал ·

Осциллограф     · Вход YВход синхронизации ·

Рис.4.14

Но в случае, если, например, необходимо наблюдать сигнал на выходе системы связи, ожидать предшествующего этому сигналу импульса маловероятно. В таких ситуациях используется режим внутренней синхронизации. В этом случае для создания сигнала синхронизации используется фронт исследуемого сигнала. Сложность здесь заключается в том, что напряжение развертки в силу разных причин будет «отставать» от фронта на (рис.4.15):

u(t)

Исследуемый сигнал

t

u(t)

Напряжение развертки

T

Рис.4.15

В результате этой задержки на экране не будет наблюдаться фронт исследуемого сигнала (рис.4.16):

Рис.4.16

Для того, чтобы фронт был виден, в канал Y осциллографа вводят задержку, которая задерживает наблюдаемый сигнал, а из не задержанного сигнала формируется синхросигнал; задержка этой линии > (рис.4.17):

t

t

t

τлз

Наблюдаемый сигнал

Наблюдаемый сигнал после задержки

после задержки в канале Y

Напряжение развертки,

синхронизированное задержанным сигналом

Рис.4.17

Введение линии задержки может нарушить равномерность амплитудно-частотной характеристики канала Y, поэтому в режиме внешней синхронизации она шунтируется.

Мы рассмотрели синхронизацию для ждущего режима.

В ждущим режиме развертка начинается после прихода синхросигнала, а в режиме непрерывной развертка появляется периодически – зачем же синхронизация? Дело в том, что в режиме непрерывной развертки генератор развертки работает в режиме автогенератора и синхросигнал выполняет задачу синхронизации автогенератора, то есть в небольших пределах (в пределах полосы синхронизации) «навязывает» частоту синхросигнала частоте генератора развертки, для того чтобы выполнялось условие кратности частоты развертки частоте исследуемого сигнала.

Кроме рассмотренных режимов синхронизации – внешнего и внутреннего – существует режим синхронизации от сети. Этот режим оправдан в том случае, если источник наблюдаемого сигнала синхронизируется частотой питающей сети, как это показано на рисунке 4.18:

Источник исследуемого сигнала   Синхронизация · · ·

Осциллограф   Y Синхронизация ·

Сеть

Рис. 4.18

4.6 Структурная схема универсального осциллографа

Входное устройство Х

Входное устройство Z

Усилитель Z

Устройство гашения обратного хода луча

Входное устройство Y

Повтори- тель

Линия задержки

Усилитель Y

Усилитель Х

Электронно-лучевая трубка

Калибратор

Источник питания

Y

Усилитель синхронизации

Внутр.синхр.

Синхронизатор

Генератор развертки

. 1

Cеть

Внешн.синхр.

X

Z

Рис.4.19

Рассмотрим назначение и функции элементов структурной схемы (рис.4.19).

Все сигналы на осциллограф подаются через входные устройства. Основная задача входного устройства – развязка осциллографа от цепи, в которую он включается. Кроме того, во входном устройстве должен находится частотно независимый аттенюатор, коэффициенты деления которого переключаются и точно известны. Во входном устройстве канала Y бо’льший набор фиксированных коэффициентов деления. Значения коэффициентов деления между фиксированными значениями перекрываются плавным регулятором, но если он используется, то величина коэффициента неизвестна (то есть не определен масштаб по оси Х).

За входным устройством канала Y стоит повторитель – каскад, у которого большое входное, чтобы не шунтировать аттенюатор, и малое выходное сопротивление для согласования с малым сопротивлением линии задержки.

Усилитель Y должен обеспечивать неискаженную передачу исследуемого сигнала, иметь регулируемый коэффициент усиления. Вместе с аттенюатором, усилитель масштабирует исследуемый сигнал по интенсивности до значений, которые необходимы для эффективного отклонения луча по оси Y.

Усилитель синхронизации ответвляет часть исследуемого сигнала в режиме внутренней синхронизации. Кроме того, он должен обеспечивать развязку канала Y от канала Х. Выход усилителя соединен с переключателем режима синхронизации.

Синхронизатор – нелинейное устройство с управляемым порогом, которое из сигнала любой формы формирует нормированный импульс, запускающий генератор развертки (рис.4.20):

u(t)

t

Регулируемый порог

t

Нормированный импульс

Рис.4.20

Генератор развертки состоит, как правило, из двух частей (рис.4.21):

Генератор прямоугольных импульсов с регулируемой длительностью и постоянной амплитудой

  Интегратор

Рис.4.21

При такой схеме построения длительность развертки регулируется генератором, и интегратор формирует из прямоугольного импульса с постоянной амплитудой пилообразное напряжение, так как напряжение на выходе интегратора

, если i(t)=I=const

С выхода генератора напряжение развертки попадает на контакт 1 переключателя. Если усилитель Х подключен к этому контакту, то развертка осуществляется пилообразным напряжением генератора развертки, если к контакту 2, то напряжением внешнего источника, подаваемым на вход канала Х.

Устройство гашения обратного хода запирает луч на это время. До сих пор мы считали, что после того, как пилообразное напряжение достигнет своего максимального значения, оно мгновенно принимает минимальное значение. Реально у пилообразного напряжения это изменение не происходит мгновенно и напряжение развертки имеет вид (рис.4.22):

u(t)

t

Рис.4.22

Причина появления обратного хода объясняется тем, что аналоговое интегрирование так или иначе происходит с помощью ёмкости, те есть формирование пилообразного напряжения связано с перезарядом ёмкости. Когда ёмкость заряжена до напряжения U, то на ней накапливается заряд Q=UC, где U – напряжение до которого заряжен конденсатор. Чтобы ёмкость разрядилась мгновенно, нужно чтобы мгновенно уменьшился до нуля накопленный заряд Q, за время но, где i(t) – ток разряда конденсатора. В силу физических ограничений ток не может быть бесконечным, а значит. При длинных развертках значением можно пренебречь, но на коротких его величина сравнима с и за время обратного хода при напряжении на пластинах Y луч будет «рисовать» это напряжение справо налево, искажая наблюдаемый сигнал. Именно поэтому на время обратного хода луч гасится.

Калибратор является источником точно известного по амплитуде и периоду напряжения. По этому напряжению проверяют масштаб по оси Y (напряжение) и Х (время). Так как измерения на экране осуществляется сравнением изображения с линиями, нанесенными на прозрачную маску, необходимо знать цену делений этих линий. Если на экране (рис 4.23) показан калибровочный сигнал с периодом 4 мкс и размахом 8 В, то цена

Рис.4.23

деления по горизонтали 1 мкс, а по вертикали 4 В. В случае несовпадения калибровочного сигнала с сеткой, при калибровке регулируют коэффициент усиления канала Y (ось Y) и длительность развертки (масштаб Х).

Таким образом, погрешность меры будет определяться погрешностью градуировки масштабов.

Для уменьшения погрешности измерения напряжения и времени в осциллографах и приборах, использующих принцип работы осциллографа (например, рефлектометрах) используют курсоры.

На рисунке 24 а, б курсоры показаны тонкими линиями; на рис а) курсоры по напряжению, по б) – по времени.

а) б)

Рис. 4.24

Для получения курсоров по напряжению, на пластины У подаются постоянные напряжения. Меняя их величину, совмещают линии с участками сигнала, напряжения которых необходимо измерить (на картинке а) измеряется амплитуда сигнала). После того, как курсоры совмещены с интересующими участками, измеряют, как правило, цифровым вольтметром разность напряжений, образовавших линии курсоров.

Для создания курсоров по времени, на пластины У подают прямоугольный импульс с амплитудой, превышающий динамический диапазон канала Х (чтобы верхняя и нижняя части импульса были за обрезом трубки). Меняя длительность импульса и его положение на экране, совмещают курсоры с точками сигнала, временной интервал между которыми нужно измерить – в данном случае измеряется длительность импульса. После этого цифровым частотомером измеряют длительность импульса, которая и равна измеряемому интервалу.

Современные аналоговые осциллографы анализируют сигнала в полосе от 0 до нескольких сот Мгц.

4.7. Многоканальные осциллографы

Во многих практических задачах удобно на экране наблюдать два или более сигналов одновременно. Например, при регулировке усилителя для оценки искажений входного импульса удобно на экране наблюдать и входной (исходный) сигнал и выходной сигнал, подвергшийся искажениям (рис.4.25):

Генератор измерительного сигнала

Исследуемый объект (усилитель)

Осциллограф      

Входной

сигнал Выходной

сигнал

Рис.4.25

Двухканальный осциллограф можно построить, если есть двухканальная трубка.

Можно построить одноканальный осциллограф и на однолучевой трубке, используя коммутатор:

Канал

Канал

Коммутатор    

  Однолучевая трубка Y

Генератор развертки

Рис.4.26

Коммутатор на первую развертку подключает первый канал, на вторую – второй, на третью – первый и.д. На самом деле, на экране наблюдается к -тый входной сигнал и к+1 выходной, но при периодическом измерительном сигнала это допустимо.

4.8. Стробоскопический осциллограф.

Рассмотренная классическая схема осциллографа не обеспечивает наблюдение высокочастотных сигналов из-за следующих факторов:

1. «Завал» амплитудно-частотной характеристики канала «У» на высоких частотах. Коррекция характеристики позволяет расширить диапазн частот, но часто приводит к другим нежелательным последствиям.

2. Низкая скорость развертки, которая не обеспечивает нужного масштаба изображения по оси «Х» при исследовании быстротекущих процессов.

3. При «коротких» развертках малая яркость свечения люминофора.

4.Паразитные резонансы, возникающие в цепях, образованных ёмкостью отклоняющих пластин и индуктивностью подводящих проводов.

5. Ёмкость пластин влияет на крутизну фронта наблюдаемых сигналов.

6. Влияние конечного времени пролёта электрона от катода до люминофора трубки. Порядок времени пролёта ≈1-10 нс.

Для преодоления этих факторов существует много рецептов, но наиболее универсальным является идея стробоскопического осциллографа, который использует трансформацию временного масштаба.

t

t

t

а

б

в

U(t)

Рассмотрим суть стробоскопического преобразования.

Tc

Δ

Рис.4.27

На рисунке 4.27а показаны периодические сигналы с длительностью меньшей, чем можно исследовать на классическом осциллографе.

На 4.27б показаны стробирующие импульсы, которые прогрессивно «отстают» от начала периода, т.е первый импульс на Δ, второй на 2Δ, третий на 3Δ и т.д. Дальше эти импульсы модулируются по высоте той частью исследуемого сигнала, под которой оказался стробирующий импульс. Если провести огибающую через концы промодулированных стробоскопических импульсов, то получим сигнал по форме совпадающим с исследуемым (4.26а), но в N раз растянутым во времени (4.27в), где - коэффициент трансформации временного масштаба.

Медленная пила

Быстрые пилы

t

t

t

а

u(t)

Для создания стробоскопического осциллографа, как видно из рисунка, необходимо, необходимо получить стробирующие импульсы.

Рисунок 4.28 поясняет применяемый метод получения стробирующих импульсов.

в

б

Рис.4.28

На рис.4.28а) показаны импульсы, соответствующие началу периода исследуемого сигнала. Эти импульсы запускают генератор «быстрой пилы» (4.28б), которая сравнивается с «медленной пилой» и в моменты равенства напряжений двух пил, вырабатывается импульс 4.28в), сдвинутый относительно импульсов рис.4.28а). В качестве медленной пилы используется напряжение развертки осциллографа.

Рассмотрим, как получается изображение на стробоскопическом осциллогафе.

t

t

t

t

а

б

в

г

Рис.4.29

Стробимпульсы 4.29а модулируются по амплитуде исследуемым сигналом 4.29б, потом расширяются до величины немного меньшей периода 4.29в, сохраняя при этом высоту промодулированного по амплитуде стробимпульса, и расширенные импульсы поступают в канал «У» осциллографа. В канале «У» эти импульсы искажаются, как показано пунктиром 4.29в, но информация о высоте сохраняется некоторую часть импульса – на рисунке 4.29в показано жирными линиями. Именно на это время формируются импульсы подсвета (в отсутствии этих импульсов луч не достигает люминофора – трубка заперта по яркости). В моменты появления импульсов подсвета на экране появляются точки (эллипсы), которые обозначают сигнал – так как точек много, то они сливаются и на экране видна сплошная картинка.

Часто стробоскопический осциллограф получают из классического добавлением стробоскопического блока, структурная схема которого показана на рисунке 4.30.

Формирователь стробимпульсов

Усилитель импульсов

Расширитель импульсов

Амплитулный модулятор

Формирователь импульсов подсвета

Схема сдвига импульсов

Генератор быстрой пилы

Формирователь

Вход синхроимпульсов

Медленная пила (развертка)

К усилителю «У»

Исследуемый сигнал

Рис. 4.30

4.9. Цифровые осциллографы.

Появление элементной базы современных цифровых устройств позволило строить цифровые осциллографы высокого качества при приемлемой стоимости. Кроме того, современные цифровые осциллографы имеют ряд преимуществ, обусловленных тем, что информация в них хранится в цифровом виде, что позволяет её обрабатывать аналогично тому, как это делается в компьютерах. Современный цифровой осциллограф становится прибором не только для наблюдения и измерения электрических сигналов, но и мощным средством анализа и синтеза сигналов, что позволяет называть анализатором сигналов.

Структуру цифрового осциллографа можно представить в следующем виде,

показанном на рисунке 4.30.

СХ

ВИ

ВУ

УВХ

ВИ

КлВ

ПЗУ

ОЗУ

К

ПР

Внешний интерфейс

Дш.Y

ЭК

Дш.Х

ЭК

Цифровой дисплей

АЦП

Рис.4.30

На схеме рисунка 4.30 обозначено:

КлВ - клавиатура

ВУ – входное устройство;

СХ – система синхронизации;

ВИ – внутренний интерфейс;

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство, в котором хранятся стандартные программы (например, дискретного преобразования Фурье);

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство, в котором хранятся данные, полученные из АЦП, сменяемые программы и.т.п.;

К, ПР – контроллер и процессор, соответственно;

Дш. Y, Дш. Х, ЭК – дешифраторы Y и Х, электронный коммутатор, соответственно.

УВХ – устройство выборки (дискретизации) и хранения отсчета на время цикла АЦП.

Не вдаваясь в подробности устройства цифрового дисплея, отметим, что главным в отличие от электронно-лучевой трубки является управление изображением с помощью дискретных сигналов, которые через дешифратор поступают на электронные коммутаторы и управляют «рисованием» изображения.

Исследуемый сигнал через входное устройство, УВХ, осуществляющее его дискретизацию, подаётся на АЦП с максимальной частотой дискретизации. С выхода АЦП массив кодов мгновенных значений сигнала пересылается в ОЗУ, где этот массив может храниться сколь угодно долго, то есть осциллограф автоматически становится запоминающим. Далее коды сигнала можно вызывать на дисплей – целиком или отдельными фрагментами сигнала. Более того, так как сигнал храниться в виде массива чисел и есть все возможности совершать любые действия с этим массивом, можно получать любые преобразования сигнала: преобразование Фурье, исследовать влияние различных характеристик устройств на сигнал и т.п. Результаты этих преобразований отдельно или вместе с сигналом можно выводить на дисплей, причем не одного, а многих сигналов, если в ОЗУ хватает памяти для их хранения. Программы обработки могут храниться в ПЗУ (стандартные), либо вводиться с пульта (клавиатуры). Современные осциллографы, кроме этого, могут выполнять все функции компьютера.

Результаты исследований и/или сигналы управления осциллографом в дистанционном режиме могут транслироваться через внешний интерфейс.

Обобщая, можно сказать, что цифровые осциллографы позволяют:

1) Осциллографирование периодических и однократных сигналов.

2) Автоматическое измерение параметров сигналов.

3) Представление сигналов в виде спектра и других преобразований.

4) Осциллографирование с накоплением.

5) Воспроизведение инфронизких частот.

6) Генерирование эталонных сигналов.

7) Вывод информации в ЭВМ для дальнейшей обработки.

Современный цифровой осциллограф часто может выполнять функции персонального компьютера, т.е в одном корпусе соседствуют как измерительный прибор, так и персональный компьютер, что открывает новые возможности исследования сигналов.

Дата добавления: 2014-01-04