Электротехника \ Электроника

Электронные измерительные системы. Цифровые вольтметры. Осциллографы. Системы сбора данных, страница 5


4.4 Осциллографы   289




Нарастающий и спадающий фронты импульса содержат информацию о поведении системы на высоких частотах; оно характеризуется конечным временем нарастания и спада. Время нарастания и спада определяется как время, необходимое для изменения выходного напряжения между значени­ями, составляющими 10% и 90% от полной величины скачка. Существует связь между верхней граничной частотой fy по уровню — 3 дБ и значениями времени нарастания  и времени спада . В линейной системе   и  равны:  . Связь между fh и  выглядит так:

У динамической системы первого порядка (то есть у RС-цепи) коэффи­циент пропорциональности с равен 0,35. (Это можно доказать с помощью рассуждений, приведенных в разделе 2.3.3.2.) Почти у всех осциллографов с хорошей переходной характеристикой и небольшими выбросами или зво­ном коэффициент пропорциональности с выбран в пределах:

0,32<с<0,4.

Если с помощью осциллографа с собственным временем нарастания или спада  наблюдается импульс, у которого время нарастания и спада равно , и , то величина

является хорошей аппроксимацией для времени нарастания  на осцил­лограмме. Отсюда следует, что время нарастания во входном сигнале равно:


290   Электронные измерительные системы

Это выражение справедливо для частного вида частотной характеристи­ки (для гауссовой частотной характеристики), но с хорошей точностью его можно применить и к другим частотным характеристикам. Если не пользо­ваться приведенным выше выражением для коррекции наблюдаемого вре­мени , то при   ошибка составит 2%, а при  ошибка равна 1%. Однако, если  меньше, чем , то, даже после корректировки наблюдаемого времени  с помощью приведенного выражения, ошибка останется большая. В таком случае коррекция невозможна. Это становится ясным из следующего примера. Предположим, что наблюдаемое время на­растания  имеет относительную погрешность , тогда при  результирующая относительная погрешность вычисленного зна­чения  равна ! Этот результат получен с использованием соот­ношения:

Измерительные пробники

Обычно не удается расположить источник сигнала настолько близко к (боль­шому) осциллографу, чтобы непосредственно подать сигнал на его вход; необходим пробник. Существуют пробники напряжения и пробники тока. Токовый пробник состоит из кольцеобразного ферритового сердечника, через который пропущен проводник с текущим по нему измеряемым током. Этот проводник действует как первичная обмотка трансформатора. Вторичная обмотка содержит несколько витков, намотанных на ферритовом сердечни­ке. Если мы хотим измерять также постоянные токи, то можно воспользо­ваться способом, показанным на рис. 3.22.

Кроме пассивных пробников, особенно при выполнении высокочастот­ных измерений, применяются активные пробники, имеющие встроенный усилитель с единичным коэффициентом усиления (чтобы не нагружать ис­точник сигнала). Усилитель действует как буфер между импедансом источ­ника в измеряемом объекте, с одной стороны, и импедансом кабеля проб­ника и входным импедансом осциллографа с другой стороны. В частности, из раздела 3.3.1 нам известно, что входной импеданс системы, измеряющей напряжение, можно увеличить, ослабляя входной сигнал, путем включения на входе системы последовательного импеданса (ZS на рис. 3.23(а)).

Если осциллограф имеет входной импеданс Zi = 1 Мом || 18 пФ и мы ослабляем входное напряжение в 10 раз, то в пробнике должен находиться последовательный импеданс ZS = 9 Мом || 2 пФ. Таким образом, входной импеданс всей системы становится равным Zi = 10 Мом || 1,8 пФ, что значи­тельно больше первоначального 1 Мом || 18 пФ за счет 10-кратного уменьше­ния чувствительности.

Импеданс пробника следует подстроить так, чтобы получить ослабление, не зависящее от частоты Это можно сделать подавая на вход пробника прямо-


Скачать файл