Осциллографические измерения

     После  этого, не меняя положения органов  регулировки усиления обоих каналов ЭЛО, включают исследуемое сопротивление Z, вычисляют площадь фигуры 5 и определяют искомую мощность Р.

Например, при  известной величине резистора  R мощность Р0 = 700 мВт, площадь Sn= 14 см², а коэффициент k =700:14= =50 мВт/см²; при S=11,2 см² мощность, выделяющаяся на сопротивлении Z, будет равна:

                                         P=k*S=50*11,2 = 560 мВт.           

        Этот способ следует применять в том случае, когда цепочку питают напряжением синусоидальной формы, при высоких частотах питающего сигнала и маломощных источниках напряжения. Погрешность измерения мощности зависит от точности определения коэффициента k, -правильности подсчета площади осциллограммы и различия фазовых характеристик усилителей каналов ЭЛО, достигая ±(10-15)%. 

                                        ИЗМЕРЕНИЕ АМПЛИТУД СИГНАЛОВ

  Смещение светящегося пятна на экране ЭЛТ пропорционально ее чувствительности, величине напряжения измеряемого сигнала и коэффициенту усиления в канале осциллографа. Сказанное справедливо для обоих каналов прибора, но поскольку исследуемый сигнал подается в канал Y, в дальнейшем речь будет идти только об этом канале. Между вертикальными размерами осциллограммы, величиной входного сигнала и чувствительностью ЭЛО существует зависимость:

                                                           l=uhy

где  l — размер осциллограммы по вертикали, мм; u —мгновенное значение напряжения входного сигнала, В; hy — чувствительность канала, мм/В. 

Чтобы измерить напряжение входного синусоидального  сигнала (рис.7), надо определить l =2U_макс по масштабной сетке и вычислить величину входного сигнала U_макс по указанному в технических характеристиках осциллографа  значению h_y или заменить исследуемый сигнал калиброванным напряжением, отклоняющим электронный луч на ту же высоту l, т. е. сравнить измеряемое напряжение с образцовым. Рассмотрим пример измерения напряжения гармонического сигнала с помощью ЭЛО типа С1-1, который имеет чувствительность канала hy = 2,5 мм/мВ, а аттенюатор входного устройства  установлен  на  ослабление входного сигнала в 10 раз; положим, что размер осциллограммы при этом l=50 мм. Из вышеприведенного соотношения имеем:

                                       u= l/hy =50/2,5 = 20 мВ.

Поскольку входной  сигнал был ослаблен в 10 раз, то результат  нужно увеличить в 10 раз, т. е. u=2Uмакс=200 мВ.

Амплитуда исследуемого напряжения будет Uмакс= 100 мВ, а его действующее значение U=Uмакс/=70,7 мВ.

С учетом сказанного выражения для вычисления амплитудного и действующего значений примут вид:

                     Uмакс= l /2 hyK;               U= l /(2hyK);

где К — коэффициент ослабления аттенюатора ЭЛО.

Необходимо обращать внимание на размерность величины hy так как она в разных описаниях указывается в сантиметрах на вольт, миллиметрах на вольт, вольтах на миллиметр, миллиметрах на милливольт. Этот метод измерения применим и для определения мгновенного значения напряжения. При этом исследуемую осциллограмму нужно разместить симметрично относительно оси абсцисс и отсчитывать от нее мгновенное значение сигнала; уменьшать отсчет в два раза нет необходимости.

Рассмотрим измерение  напряжения при подаче исследуемого сигнала на отклоняющие пластины ЭЛТ помимо усилителя канала ЭЛО. Подача сигнала должна осуществляться через разделительные конденсаторы большой емкости, чтобы избежать подключения одной из пластин ЭЛТ к корпусу через источник исследуемого сигнала. 

Поскольку чувствительность ЭЛТ невелика (около нескольких десятых  долей миллиметра на вольт), то измеряемый сигнал должен быть достаточно большим  — сотни вольт.

Максимальное  напряжение, которое можно измерить в этом случае, используя ЭЛО типа С1-5 (или ЭЛО ЭО-6М), в котором  установлена ЭЛТ типа 8Л029 (рабочий  диаметр d=70 мм, чувствительность вертикально отклоняющих пластин hy=0,23 мм/В), будет равно:

                                           Uмакс=

                   ПОГРЕШНОСТИ ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 

При непосредственном определении мгновенных значений и  локальных параметров сигналов по калибрационной сетке на экране осциллографа важное значение имеют погрешности калибровки амплитудной и временной шкал (погрешности коэффициентов отклонения и развертки). Обеспечить стабильность этих коэффициентов во времени, тем более с учетом внешних влияющих факторов (температуры, влажности, давления и т.п.), достаточно

сложно. Поэтому  в осциллограф часто встраивают калибраторы амплитуды и длительности, которые служат для калибровки коэффициента отклонения каналов вертикального отклонения и калибровки длительности развертки. Калибратор, как правило, представляет собой генератор прямоугольных импульсов.

Погрешность измерения  амплитуд импульсов методом совмещения с калиброванной шкалой определяется выражением:

                                                         dU = 

Где δк  — погрешность выбранного коэффициента отклонения, δн — неравномерность переходной характеристики канала вертикального отклонения, δв — погрешность сравнения или визуальная погрешность. А погрешность измерения длительности импульса определяется с

помощью выражения:

                                                        dT = 

где δкр — погрешность коэффициента развертки, — погрешность вызванная неточностью определения уровня 0,5 от амплитуды (или любого другого заданного уровня) на котором определяется длительность, δв — погрешность сравнения или визуальная погрешность.

Вычислим погрешности  измерений, выполняемых с помощью осциллографа С1-77. Погрешность коэффициента отклонения для этого типа прибора при размере изображения сигнала от 2 до 6 делений составляет % и в рабочем диапазоне влияющего фактора, неравномерность переходной характеристики каждого канала вертикального отклонения не превышает 2,5%, а визуальная погрешность не превышает 1%, однако, при наличии шумов,

увеличивающих эффективную ширину линии луча, визуальная погрешность увеличивается до 4%. Таким образом, общие погрешности измерения амплитуды сигнала имеют следующие значения:

                                           dU ==

                                      dT === 9.28 

Значения такого порядка имеют погрешности и  при временных измерениях.

                                                                 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

Электро- и радиоизмерительные приборы являются технической основой научно исследовательской, опытно-конструкторской и производственной базы современной радиоэлектроники, вычислительной техники и средств автоматики. Почти половина всех затрат человеческого труда в отмеченных областях техники приходится на операции, связанные с регулировкой, настройкой и контролем. Достижения в измерительной технике во многом определяют не только экономию трудовых затрат, но одновременно экономию энергетических, и материальных ресурсов. Дальнейшее повышение технического уровня радиоэлектронной аппаратуры  невозможно без совершенствования средств измерений.

Расширение функциональных возможностей и улучшение метрологических характеристик приборов неразрывно связаны с разработкой новых и совершенствованием известных методов измерений, улучшением  характеристик элементной базы, совершенствованием схемотехнических решений, улучшением конструкции и технологии изготовления. 

                                 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 

1. Соловов В.Я. Осциллографические измерения/ В.Я. Соловов - 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергия, 1975.
2. Винокур В.И. Электрорадиоизмерения: Учеб. пособие для радиотехнич. спец. вузов/Под ред. В.И. Винокурова. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. школа., 1986.- 351 с.: ил.