Изучение устройства электронного осциллографа (Лабораторная работа № 1), страница 6

2.5. Применение электронных осциллографов

Измерение напряжения. Для этой цели достаточно знать чувст­вительность канала Y осциллографа (Sy) при каждом положении .переключателя,  изменяющего коэффициент передачи канала Y, т.е. изменяющего коэффициент усиления усилителя вертикального отк­лонения и коэффициент деления входного делителя. Измерив по координатной сетке координату изображения сигнала на экране при желаемой координате Y, получим значение входного напряжения : 

Uy= y / Sy= y * Cy

          где  Cy – цена  деления  по  оси  y  координатной  сетки ( величина ,          обратная  чувствительности). Переключатель  коэффициента  передачи канала Y у  современных осциллографов имеет оцифрованную шкалу, на корой нанесены значения цены деления для каждого положения переключателя. Эти значения соответствуют действительности , если канал предварительно откалиброван , как описано в     разделе 2.4.  

             Погрешность измерения напряжения определяется погрешностью  калибровки осциллографа, нелинейностью амплитудной характеристи­ки осциллографа, т.е. нелинейностью преобразования “ напряжение - отклонение луча “ и погрешностью измерения линейных размеров изображения (влияют конечность диаметра светящегося пятна и не­точность отсчета из-за кривизны экрана). В погрешность калибров­ки входит погрешность калибрующего напряжения и погрешность измерения  ординаты его  изображения на экране. Общая погрешность измерения напряжения для универсальных осциллографов составля­ет от 2 до 20%  и приводится в техническом описании осциллографа.

Для уменьшения погрешности применяется метод разновременно­го сравнения. Измерение проводится в два этапа. Сначала на вход канала подается исследуемый сигнал и считывается размер его изображения. Затем на тот же вход подается образцовый сигнал, который изменяют до тех пор, пока размер его изображения на  эк­ране не сравняется с размером  измеряемого. Метод исключает погрешность нелинейности амплитудной характеристики и погрешность калибровки.          

Измерение временных  интервалов. Для этой цели достаточно знать скорость V движения луча по оси Х экрана и измерить по координатной сетке интересующий отрезок на оси X. Измеряемый интервал t=x / V= x * Cx , где Сх - цена деления по координате Х координатной сетки. Современные осциллографы имеют калиброванную развертку,  переключатель скорости  развертки имеет оцифрованную шкалу и для каждого положения переключателя указана цена деле­ния. 

Погрешность измерения временных интервалов состоит из погр­ешности, с которой задана скорость развертки и погрешности из­мерения линейных размеров на экране.

Общая погрешность приводится в техническом описании и сос­тавляет       около 5%.  

Измерение частоты.  При измерении частоты используют два метода. Один из них заключается в измерении периода Т и  последую­щем вычислении частоты   f= 1 / T. Точность этого метода невысо­ка и определяется точностью измерения временного интервала.

 Для точного измерения используют метод сравнения с образцовой частотой. Для этого, генератор развертки осциллографа отключа­ют и на входы "Y" и "X" подают напряжение измеряемой частоты и образцовой. Затем изменяют образцовую частоту до получения неподвижной фигуры  Лиссажу, чаще всего эллипса. Эллипс на экра­не получается при равенстве частот измеряемой ( f_и ) и образ­цовой ( f_o ), как это было показано в разделе 2.3. Погрешность измерения при неподвижной фигуре Лиссажу определяется погреш­ностью установки образцовой частоты. Если f_и  не равна  f_o , но кратна ей,  получается более сложная фигура. Чтобы определить по ним f_и надо  определить  число выпуклостей фигуры по верти­кальной N_В и горизонтальной N_Г оси. fи = fо*Nг / Nв. Недостаток этого метода - неподвижная фигура получается при высокостабильной  f₀ .Это не всегда удается получить.           

Измерение разности фаз обычно проводят методом линейной развёртки. Опорным напряжением U₁ ,относительно которого  из­меряется фазовый сдвиг  j, выполняют внешнюю синхронизацию развертки. Одновременно это же напряжение U₁ подают на вход канала Y и отмечают на экране положение некоторой опорной точки периода (например, точка 1 на рис.10).