Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Лекция



Привет, Вы узнаете о том , что такое исследование формы сигнала, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое исследование формы сигнала, форма сигнала , настоятельно рекомендую прочитать все из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ.

1 Формы и характеристики электрических сигналов

Часто в электронных схемах требуется сгенерировать разные типы сигналов, имеющих различные частоты и формы, такие как меандры, прямоугольные, треугольные, пилообразные сигналы и различные импульсы.

Эти сигналы различной формы могут использоваться в качестве сигналов синхронизации, тактирующих сигналов или в качестве запускающих синхроимпульсов. В первую очередь необходимо понять основные характеристики, описывающие электрические сигналы.

С технической точки зрения, электрические сигналы являются визуальным представлением изменения напряжения или тока с течением времени. То есть, фактически — это график изменения напряжения и тока, где по горизонтальной оси мы откладываем время, а по вертикальной оси — значения напряжения или тока в этот момент времени. Существует множество различных типов электрических сигналов, но в целом, все они могут быть разбиты на две основные группы.

  • Однополярные сигналы - это электрические сигналы, которые всегда положительные или всегда отрицательные, не пересекающие горизонтальную ось. К однонаправленным сигналам относятся меандр, тактовые импульсы и запускающие импульсы.
  • Двухполярные сигналы - эти электрические сигналы также называют чередующимися сигналами, так как они чередуют положительные значения с отрицательными, постоянно пересекая нулевое значение. Двухполярные сигналы имеют периодическое изменение знака своей амплитуды. Наиболее распространенным из двунаправленных сигналов, является синусоидальный.

Будучи однонаправленными, двунаправленными, симметричными, несимметричными, простыми или сложными, все электрические сигналы имеют три общие характеристики:

  • Период — это отрезок времени, через который сигнал начинает повторяться. Это временное значение также называют временем периода для синусоид или шириной импульса для меандров и обозначают буквой T.
  • Частота - это число раз, которое сигнал повторяет сам себя за период времени равный 1 секунде. Частота является величиной, обратной периоду времени, (4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала). Единицей измерения частоты является Герц (Гц). Частотой в 1Гц, обладает сигнал, повторяющий 1 раз за 1 cекунду.
  • Амплитуда — это величина изменения сигнала. Измеряется в Вольтах (В) или Амперах (А), в зависимости от того, какую временную зависимость (напряжения или тока) мы используем.

1.1 Периодические сигналы

Периодические сигналы являются самыми распространенными, поскольку включают в себя синусоиды. Переменный ток в розетке дома представляет из себя синусоиду, плавно изменяющуюся с течением времени с частотой 50Гц.

Время, которое проходит между отдельными повторениями цикла синусоиды называется ее периодом. Другими словами, это время, необходимое для того, чтобы сигнал начал повторяться.

Период может изменяться от долей секунды до тысяч секунд, так как он связан с его частотой. Например, синусоидальный сигнал, которому требуется 1 секунда для совершения полного цикла, имеет период равный одной секунде. Аналогично, для синусоидального сигнала, которому требуется 5 секунд для совершения полного цикла, имеет период равный 5 секундам, и так далее.

Итак, отрезок времени, который требуется для сигнала, чтобы завершить полный цикл своего изменения, прежде чем он вновь повторится, называется периодом сигнала и измеряется в секундах. Мы можем выразить сигнал в виде числа периодов T в секунду, как показано на рисунке ниже.

1.2 Синусоидальный сигнал

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Время периода часто измеряется в секундах ( с ), миллисекундах (мс) и микросекундах (мкс).

Для синусоидальной формы волны, время периода сигнала также можно выражать в градусах, либо в радианах, учитывая, что один полный цикл равен 360° (Т = 360°), или, если в радианах, то 4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала (T = 4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала).

Период и частота математически являются обратными друг другу величинами. С уменьшением времени периода сигнала, его частота увеличивается и наоборот.

Соотношения между периодом сигнала и его частотой:

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала Гц

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала c

Один герц в точности равен одному циклу в секунду, но один герц является очень маленькой величиной, поэтому часто можно встретить префиксы, обозначающие порядок величины сигнала, такие как кГц, МГц, ГГц и даже ТГц

Префикс Определение Запись Период
Кило тысяча кГц 1 мс
Мега миллион МГц 1 мкс
Гига миллиард ГГц 1 нс
Тера триллион ТГц 1 пс

1.3 Сигнал типа Меандр

Меандры широко используются в электронных схемах для тактирования и сигналов синхронизации, так как они имеют симметричную прямоугольную форму волны с равной продолжительностью полупериодов. Практически все цифровые логические схемы используют сигналы в виде меандра на своих входах и выходах.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Так как форма меандра симметрична, и каждая половина цикла одинакова, то длительность положительной части импульса равна промежутку времени, когда импульс отрицателен (нулевой). Для меандров, используемых в качестве тактирующих сигналов в цифровых схемах, длительность положительного импульса называется временем заполнения периода.

Для меандра, время заполнения 4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала равно половине периода сигнала. Так как частота равна обратной величине периода, (1/T), то частота меандра:

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Например, для сигнала с временем заполнения равным 10 мс, его частота равна:

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала Гц

Меандры используются в цифровых системах для представления уровня логической «1» большими значениями его амплитуды и уровня логического «0» маленькими значениями амплитуды.

Если время заполнения, не равно 50% от длительности его периода, то такой сигнал уже представялет более общий случай и называется прямоугольным сигналом. В случае, или если время положительной части периода сигнала мало, то такой сигнал, является импульсом.

1.4 Прямоугольный сигнал

Прямоугольные сигналы отличаются от меандров тем, что длительности положительной и отрицательной частей периода не равны между собой. Прямоугольные сигналы поэтому классифицируются как несимметричные сигналы.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

В данном случае я изобразил сигнал, принимающий только положительные значения, хотя, в общем случае, отрицательные значения сигнала могут быть значительно ниже нулевой отметки.

На изображенном примере, длительность положительного импульса больше, чем длительность отрицательного, хотя, это и не обязательно. Главное, чтобы форма сигнала была прямоугольной.

Отношение периода повторения сигнала 4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала, к длительности положительного импульса 4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала, называют скважностью:

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Величину обратную скважности называют коэффициентом заполнения (duty cycle):

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Пример расчета

Пусть имеется прямоугольный сигнал с импульсом длительностью 10мс и коэффициентом заполнения 25%. Необходимо найти частоту этого сигнала.

Коэффициент заполнения равен 25% или ¼, и совпадает с шириной импульса, которая составляет 10мс. Таким образом, период сигнала должен быть равен: 10мс (25%) + 30мс (75%) = 40мс (100%).

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала Гц

Прямоугольные сигналы могут использоваться для регулирования количества энергии, отдаваемой в нагрузку, такую, например, как лампа или двигатель, изменением скважности сигнала. Чем выше коэффициент заполнения, тем больше среднее количество энергии должно быть отдано в нагрузку, и, соответственно, меньший коэффициент заполнения, означает меньшее среднее количество энергии, отдаваемое в нагрузку. Отличным примером этого является использование широтно-импульсной модуляции в регуляторах скорости. Термин широтно-импульсная модуляция (ШИМ) буквально и означает «изменение ширины импульса».

1.5 Треугольные сигналы

Треугольные сигналы, как правило, это двунаправленные несинусоидальные сигналы, которые колеблются между положительным и отрицательным пиковыми значениями. Треугольный сигнал представляет собой относительно медленно линейно растущее и падающее напряжение с постоянной частотой. Скорость, с которой напряжение изменяет свое направление равна для обоих половинок периода, как показано ниже.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Как правило, для треугольных сигналов, продолжительность роста сигнала, равна продолжительности его спада, давая тем самым 50% коэффициент заполнения. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Задав амплитуду и частоту сигнала, мы можем определить среднее значение его амплитуды.

В случае несимметричной треугольной формы сигнала, которую мы можем получить изменением скорости роста и спада на различные величины, мы имеем еще один тип сигнала известный под названием пилообразный сигнал.

1.6 Пилообразный сигнал

Пилообразный сигнал — это еще один тип периодического сигнала. Как следует из названия, форма такого сигнала напоминает зубья пилы. Пилообразный сигнал может иметь зеркальное отражение самого себя, имея либо медленный рост, но очень крутой спад, или чрезвычайно крутой, почти вертикальный рост и медленный спад.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Пилообразный сигнал с медленным ростом является более распространенным из двух типов сигналов, являющийся, практически, идеально линейным. Пилообразный сигнал генерируется большинством функциональных генераторов и состоит из основной частоты (f) и четных гармоник. Это означает, с практической точки зрения, что он богат гармониками, и в случае, например, с музыкальными синтезаторами, для музыкантов дает качественный звук без искажений.

1.7 Импульсы и запускающие сигналы (триггеры)

Хотя, технически, запускающие сигналы и импульсы два отдельных типа сигналов, но отличия между ними незначительны. Запускающий сигнал — это всего лишь очень узкий импульс. Разница в том, что триггер может быть как положительной, так и отрицательной полярности, тогда как импульс только положительным.

Форма импульса, или серии импульсов, как их чаще называют, является одним из видов несинусоидальной формы сигналов, похожей на прямоугольный сигнал. Разница в том, что импульсный сигнал определяется часто только коэффициентом заполнения. Для запускающего сигнала положительная часть сигнала очень короткая с резкими ростом и спадом и ее длительностью, по сравнению с периодом, можно пренебречь.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Очень короткие импульсы и запускающие сигналы предназначены для управления моментами времени, в которые происходят, например, запуск таймера, счетчика, переключение логических триггеров а также для управления тиристорами, симисторами и другими силовыми полупроводниковыми приборами.

Я рассмотрел здесь только основные виды электрических сигналов. Остальные типы сигналов, обычно, получают их комбинацией или модуляцией (изменением параметров, используя другой сигнал), например:

  • Амплитудно-модулированный сигнал
  • Частотно-модулированный сигнал
  • Фазо-модулированный сигнал
  • Фазо-частотно-модулированный сигнал
  • Фазо-кодо-манипулированный сигнал

1.8 Основные параметрами переменного напряжения

Основными измеряемыми параметрами переменного напряжения являются:

- пиковое (амплитудное для гармонических сигналов) значение;

- среднее (постоянная составляющая сигнала) значение;

- среднеквадратическое (действующее, эффективное) значение;

- средневыпрямленное значение.

Пиковое значение Um (рис. 1.2, а) – наибольшее абсолютное мгновенное значение напряжения за время измер

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Рис. 1.2. К определению пикового значения однополярного (а) и разнополярного несимметричного (б) напряжений

Мгновенное значение u(t) – значение напряжения в произвольный момент времени t (не измеряется, наблюдается на экране осциллографа). При разнополярных несимметричных кривых различают положительное (максимальное значение) и отрицательное (минимальное значение) пиковые значения (рис. 1.2, б).

Разность пиковых значений напряжения называют размахом напряжения Uраз.

Среднеквадратичное значение UСКЗ – корень квадратный из среднего значения квадрата напряжения:

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

где T – период периодического напряжения или время наблюдения.

Среднеквадратичные значения (СКЗ) наиболее широко используются в измерительной практике, т. к. они характеризуют энергию сигнала и наиболее удобны для практических расчетов. В СКЗ проградуированы показывающие устройства практически всех вольтметров и амперметров переменного тока, однако большинство приборов дает правильные показания для этих значений только при форме тока, близкой к синусоидальной, некритичны к форме напряжения только приборы с термоэлектрическим преобразователем, или квадратичным аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Квадрат среднеквадратичного значения напряжения численно равен средней мощности, рассеиваемой на сопротивлении 1 Ом.

Среднее значение U0 (Uср) – постоянная составляющая переменного напряжения или силы тока

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

где T – также период периодического напряжения или время наблюдения. На практике значение U0 (Uср) используется реже, чем UСКЗ. Геометрически среднее значение переменного напряжения – разность площадей фигур, ограниченных сигналом над и под осью времени.

Средневыпрямленное значение (СВЗ) UСВЗ – среднее значение модуля переменного напряжения

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

На практике значение UСВЗ используется редко, однако в большинстве измерительных приборов переменного тока сигнал перед измерением выпрямляется и фактически измеряется именно эта величина, хотя шкала приборов проградуирована по среднеквадратичным значениям. Геометрически UСВЗ – это сумма площадей, ограниченная кривой сигнала над и под осью времени за период или время измерения. При однополярном измеряемом напряжении среднее и средневыпрямленное значения равны между собой.

2 Спектральный и временно анализ сигнала

Существует два способа представления электрических сигналов: временной и спектральный. При временном способе электрический сигнал изображается графиком в прямоугольной системе координат, по ординате которой указывается мгновенное значение напряжения или тока изображаемого сигнала, а по абсциссе — текущее время. Этот график называют обычно кривой напряжения (или тока). Временное представление сигнала обеспечивает хорошую наглядность при исследовании различных электротехнических и электронных устройств, их наладке и регулировке и контроле электрических процессов.

При спектральном способе представления электрический сигнал рассматривается как сумма простых (гармонических) колебаний, каждое из которых имеет свое максимальное значение, частоту и фазу. Эта сумма гармонических составляющих однозначно определяет сигнал (его свойства, форму кривой и т. п.). При спектральном способе гармонические составляющие графически представляют в прямоугольной системе координат в виде вертикальных линий, абсциссы которых определяют частоту гармоник, а высота (ордината) соответствует максимальным значениям их.

Для получения графиков (иначе, формы кривой) напряжений или токов по первому способу используются самопишущие приборы и осциллографы, а для получения амплитудного спектра напряжений и токов — анализаторы гармоник и анализаторы спектров.

2.1 САМОПИШУЩИЕ ПРИБОРЫ

Самопишущие приборы предназначаются для измерения напряжений и токов медленно меняющихся электрических процессов и одновременной автоматической записи результатов этих измерений на бумагу. Самопишущий прибор (рис) состоит из

измерительного механизма 1,

устройства записи 2 и

лентопротяжного механизма 3.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Измерительные механизмы могут быть различными. Обычно это измерительное устройство магнитоэлектрической или ферродинамической системы. Наиболее часто в самопишущих приборах применяют непрерывную и точечную запись. Непрерывная запись обычно ведется пером, расположенным на конце стрелки. Время непрерывной записи определяется скоростью протяжки и запасом бумаги и может достигать нескольких суток. При точечной записи возможна многоканальная работа, т. е. измерение и запись напряжений или токов в нескольких цепях. При этом прибор имеет автоматический переключатель (коммутатор), который переключает измерительный механизм из одной цепи в другую и одновременно заменяет красящую ленту или вращает печатающее колесо, на котором имеются точки и цифры номеров каналов.

Так как на бумагу метки времени не наносятся, к лентопротяжному механизму предъявляется повышенное требование к равномерности протяжки. Поэтому в качестве движителя лентопротяжного механизма используются синхронные электродвигатели, включаемые в сеть, или часовые механизмы большой мощности. Наряду с самописцами, использующими измерительные механизмы магнитоэлектрической или ферромагнитной систем, широко применяются самопишущие приборы компенсационного типа, обеспечивающие более высокую точность измерений.

2.2 ЭЛЕКТРОННЫЕ АНАЛИЗАТОРЫ СПЕКТРОВ

Наибольший интерес для практических целей представляет спектр амплитуд или заменяющий его спектр мощности гармонических составляющих. Знание спектра амплитуд или мощности гармоник позволяет судить о распределении мощности сигнала по частоте, определять необходимые полосы пропускания электронных устройств, которые должны работать со сложными по форме сигналами, находить частоты и ускорения наиболее опасных составляющих вибраций конструкций и т. д. Устройства, предназначенные для аппаратурного нахождения спектра амплитуд или мощности, называют анализаторами спектров или анализаторами гармоник.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

В качестве примера на рис. б изображен спектр амплитуд периодической последовательности прямоугольных импульсов (рис. а). Положение линий на оси частот определяется частотой каждой гармонической составляющей, а их высоты — максимумами (амплитудами) или мощностью этих составляющих. Для спектрального анализа применяют два основных метода, причем оба используют частотно-избирательные фильтры.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Рисунок а иллюстрирует метод последовательного анализа. Выделение каждой гармонической составляющей спектра производится путем последовательной перестройки узкополосного фильтра, имеющего амплитудно-частотную характеристику, изображенную на рис. б, а измерение их максимумов — путем подключения к выходу фильтра пикового вольтметра. Частоты гармонических составляющих определяются по шкале настройки фильтра.

На рис. показана схема прибора, работающего по методу параллельного анализа. Такой прибор должен состоять из большого числа узкополосных фильтров, настроенных на разные достаточно близкие частоты f1, ..., fn. Максимум каждой гармонической составляющей измеряется собственным пиковым вольтметром. Приборы, работающие по методу параллельного анализа, более громоздки, но позволяют исследовать нестационарные процессы, поэтому они применяются в основном в специальной аппаратуре.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Наибольшее распространение получили анализаторы последовательного анализа. Однако вместо перестраиваемого фильтра они строятся на основе одного узкополосного фильтра с фиксированной настройкой и гетеродинного метода преобразования частоты Если исследуемое напряжение и (t) содержит гармоники f1 ,2f1 ,3f1 и т.д., а частота гетеродина( маломощный генератор электрических колебаний, применяемый для преобразования частот сигнала) ,плавно перестраиваясь, последовательно принимает значения fг = fф + nf1 то на вход фильтра в эти моменты будет поступать напряжение с частотой f ф = f г - nf1 и амплитудой, пропорциональной амплитуде соответствующей гармоники исследуемого напряжения.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Для графического представления результатов анализа очень часто используется электронно-лучевая трубка. В этом случае представляется возможным автоматизировать процесс гармонического анализа, если частоту гетеродина перестраивать пилообразным напряжением, которое одновременно отклоняет луч ЭЛТ по горизонтали. Анализаторы спектров могут быть использованы также и для измерения частоты гармонических колебаний. При этом точность определения значения частоты зависит от разрешающей способности примененного анализатора спектров и точности градуировки его шкалы (оси) частот.

2.3 Исследование сигнала с помощью электронно лучевых осциллографов

Наглядное, или визуальное воспроизведение формы колебаний является важной задачей радиотехнических измерений, поскольку форма позволяет сразу оценить многие параметры колебаний. Одним из основных приборов, служащих для визуального Наблюдения и исследования формы электрических сигналов, является осциллограф (от лат. «осциллум» - колебание и греч. «графо» - пишу). Большинство современных осциллографов, находящихся в эксплуатации, оснащены электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) и их называют электронно-лучевыми осциллографами. Вместе с тем, в последних разработках осциллографов в качестве отображающих устройств применяют матричные индикаторные панели - газоразрядные, плазменные, жидкокристаллические, твердотельные и т.д.

Электронно-лучевым осциллографом называется электронный прибор, предназначенный для визуального наблюдения формы кривой электрических сигналов и измерения их параметров с помощью электронно-лучевой трубки. Электронно-лучевые осциллографы — наиболее распространенные измерительные приборы. Их широкое распространение объясняется рядом достоинств: широкой полосой рабочих частот, высокой чувствительностью, большим входным сопротивлением и универсальностью (по видам измерений).

В электронно-лучевой осциллограф - измерительный прибор для визуального наблюдения в прямоугольной системе координат электрических сигналов и измерения их параметров. С помощью осциллографа наблюдают периодические непрерывные и импульсные сигналы, непериодические и случайные сигналы, одиночные импульсы и оценивают их параметры. Чаще всего с помощью осциллографа наблюдают, зависимость напряжения от Времени, причем, как правило, осью времени является ось абсцисс, а ось ординат отражает уровень сигнала. По изображениям, получаемым на экране осциллографа, можно измерить амплитуду, частоту и фазовый сдвиг, параметры модулированных сигналов и ряд других показателей. На базе осциллографа созданы приборы для исследования переходных, частотных и амплитудных характеристик различных радиотехнических устройств.

Для многих целей разработаны и используют различные типы электронно-лучевых осциллографов: универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие, специальные и т.д. Отличаясь техническими характеристиками, схемными и конструктивными решениями, в этих осциллографах используется общий принцип получения осциллограмм. Возможность наблюдения формы исследуемого сигнала и одновременное измерение его параметров и характеристик выдвигают электронно-лучевой осциллограф в разряд универсальных приборов.

Классификация осциллографов по количеству одновременно исследуемых сигналов (однолучевые, двухлучевые, многолучевые); по характеру исследуемого процесса (непрерывного, импульсного многократного и однократного процесса); по ширине полосы пропускания канала сигнала; по точности измерения параметров сигнала; по условиям эксплуатации и т. д.

Наибольшее распространение получили универсальные осциллографы, позволяющие исследовать электрические сигналы с длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд в диапазоне амплитуд от долей милливольт до сотен вольт, а также измерять параметры таких сигналов с приемлемой для практики погрешностью (5...7%). Полоса пропускания лучших универсальных осциллографов составляет 300...500 МГц и более.

Повторяющиеся кратковременные процессы исследуют с помощью стробоскопических осциллографов. По принципу действия стробоскопические осциллографы относят к приборам с преобразованием временного масштаба и отличаются высокой чувствительностью и широкой (до 10 ГГц) рабочей полосой.

Запоминающие осциллографы, имеющие специальные ЭЛТ, обладают способностью сохранять и воспроизводить изображение сигнала в течение длительного времени после исчезновения его на входе. Основное назначение запоминающих осциллографов - исследование однократных и редко повторяющихся процессов. Запоминающие осциллографы обладают почти такими же характеристиками, что и универсальные, однако отличаются расширенными функциональными возможностями.

Специальные осциллографы оснащены дополнительными блоками целевого назначения. К ним относятся и телевизионные осциллографы, позволяющие наблюдать видеосигнал заданной строки изображения, и цифровые, дающие возможность не только наблюдать сигнал, но и передать его в цифровом виде на компьютер для дальнейшей обработки. Специальные осциллографы снабжают мультиметрами, позволяющими измерять напряжения, силу токов и сопротивления, а также устройствами для исследования вольтамперных характеристик полупроводниковых приборов.

По числу одновременно наблюдаемых на экране ЭЛТ сигналов различают одноканальные и многоканальные осциллографы. Совмещение на экране изображений нескольких входных сигналов реализуют или использованием специальной многолучевой рубки, или путем периодического переключения сигналов на разные входы с помощью электронного коммутатора.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), канала вертикального отклонения, канала горизонтального отклонения, источников питания и вспомогательных узлов (калибраторов напряжения и длительности). Многие осциллографы имеют также и канал управления яркостью электронно-лучевой трубки.

Электронно-лучевая трубка определяет принцип действия прибора, и от ее характеристики в значительной мере зависят параметры осциллографа и области его применения. В осциллографах в основном применяют ЭЛТ с электростатическим управлением луча, так как такие трубки позволяют исследовать более высокочастотные процессы и потреблять меньше энергии от источников питания по сравнению с трубками с электромагнитным управлением лучом.

2.4 Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО)

ЭЛО – прибор для визуального наблюдения электрических сигналов, а также измерения их параметров и характеристик. Доминирующее положение в науке и на производстве пока занимают ЭЛО на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Хотя они активно вытесняются современными ЭЛО на основе плоских матричных экранов. Обобщенная структурная схема универсального ЭЛО на основе ЭЛТ приведена на рис. 4.1. Наблюдаемое на экране ЭЛО изображение формы сигнала называют осциллограммо.

4 Формы и характеристики электрических сигналов, Исследование формы сигнала

Рис. 4.1. Обобщенная структурная схема универсального ЭЛО на основе ЭЛТ

КАНАЛ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ (Y) (канал Y, канал сигнала).

Предназначен для передачи напряжения источника исследуемого сигнала на вход вертикально отклоняющих пластин ЭЛТ.

Входной блок содержит: дискретный аттенюатор, позволяющий ослабить исследуемый сигнал большой амплитуды в определенное число раз и согласовать входное сопротивление канала сигнала с волновым сопротивлением кабеля, по которому поступает исследуемый сигнал; эмиттерный повторитель, уменьшающий влияние канала вертикального отклонения на источник исследуемого сигнала и позволяющий получить высокое входное сопротивление.

Линия задержки (в импульсных ЭЛО) обеспечивает небольшую времен-ную задержку исследуемого импульса относительно начала горизонтально отклоняющего напряжения, что дает возможность наблюдать фронт исследу-емого импульса.

Усилитель вертикального отклонения (Y) усиливает исследуемый сигнал малой амплитуды до значения, достаточного для вертикального отклонения луча в пределах экрана ЭЛТ.

КАНАЛ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ (X) (канал X, канал развертки). Служит для создания напряжения, вызывающего горизонтальное перемещение луча, пропорциональное времени. Вторая функция этого канала – усиление (ослабление) сигнала, передаваемого от входа X на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ.

Схема синхронизации и запуска развертки предназначена для управле-ния генератором развертки и обеспечивает кратность периодов исследуемого сигнала и развертки для получения неподвижного изображения на экране ЭЛТ. Процесс привязки начала развертки к характерным точкам сигнала (фронту, срезу, максимуму и пр.) называют синхронизацией (в автоколебательном режиме) и запуском (в ждущем режиме).

Различают три режима синхронизации:

  • • внутреннюю;
  • • внешнюю;
  • • от питающей сети.

При внутренней синхронизации синхроимпульсы вырабатываются из усиленного входного (исследуемого) сигнала до его задержки. Такую синхронизацию целесообразно применять при наблюдении периодических
процессов.
Синхронизация от питающей сети удобна при осциллографировании напряжений, частоты которых равны или кратны частоте
напряжения питающей сети (например, выходных напряжений трансформаторов, питаемых от сети, и т. п.).
При внешней синхронизации синхроимпульсы подают на специальный вход ЭЛО от внешнего источника, обеспечивая запуск
генератора развертки с опережением относительно момента появления фронта исследуемого сигнала на вертикально отклоняющих пластинах ЭЛТ. При регулировании времени опережения (задержки) возможно осуществлять перемещение изображения сигнала по горизонтальной координате в удобное для наблюдения место.
Генератор развертывающего напряжения (генератор развертки) вырабатывает линейно-изменяющееся (пилообразное) напряжение,
обеспечивающее горизонтальное отклонение луча с постоянной скоростью.
Для получения какой-либо другой развертки (например, синусоидальной) соответствующее напряжение подается на вход X канала от
внешнего источника. На входе X имеется дискретный аттенюатор для ослабления сигналов большой амплитуды. Назначение усилителя
горизонтального отклонения (X) то же, что и усилителя Y.


КАНАЛ УПРАВЛЕНИЯ ЯРКОСТЬЮ (Z) (канал Z, канал модуляции луча по яркости).
Предназначен, в основном, для подсветки прямого хода луча развертки. Для формирования необходимой амплитуды импульса напряжения подсвета, поступающего с генератора развертки на модулятор ЭЛТ, служит усилитель Z.
Возможна также модуляция изображения по яркости внешним сигналом, поступающим со входа Z через аттенюатор и схему изменения полярности модулирующего напряжения.

Измерение амплитуды напряжения и временных интервалов – основные процессы, выполняемые с помощью ЭЛО.

Для отсчета значений этих величин применяют:

  • метод калиброванных шкал;
  • компенсационный метод;
  • метод сравнения.
  • Метод интерференционных фигур (фигур Лисажу)
  • Метод круговой развертки с модуляцией яркости

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

  • Электрический сигнал
  • Вольтметр
  • Амперметр
  • Частотометр
  • Спектрометр
  • фигуры Лисажу
  • метод калиброванных шкал;
  • компенсационный метод;
  • метод сравнения.
  • Метод интерференционных фигур (фигур Лисажу)
  • Метод круговой развертки с модуляцией яркости

Информация, изложенная в данной статье про исследование формы сигнала , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое исследование формы сигнала, форма сигнала и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

создано: 2017-07-02
обновлено: 2021-01-11
132316



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

Термины: МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ