Компания "Прибортех" http://priborteh.ru

Тeл. (499) 112-З4-З9, (499) 6З8-84-17,
факс (499) 112-З4-З9 доб. 9,
техподдержка (499) 112-З4-З9 доб. 0

E-mail: npc@рribоrtеh.ru или [email protected]
SKYPE: pribоrtеh
ICQ: З12-171-294

Наш Адрес: 127247 Россия, г. Москва, Пяловская ул. 5А

ВНИМАНИЕ! Сводный прайс-лист не является публичной офертой. В связи с изменениями курса валют, и изменением отпускных цен производителями конечная цена может оличаться от указанной. Уточняйте цену на интересующие позиции.

Поиск по прайсу - клавиши Ctrl+F

Радиоизмерительные приборы > Осциллографы аналоговые > С1-97

С1-97 высокочастотный осциллограф предназначен для исследования быстропротекающих процессов в диапазоне частот от 0 до 350 МГц. Данная модель - осциллограф С1-97 позволяет наблюдать сигналы частотой до 1000 МГц. При этом происходят значительные искажения амплитуды сигнала -"завал". (Длительное применение на запредельных частотах не рекомендуется.) С1-97 имеет два канала, входное сопротивление которых 50ом, в комплект прибора входят два активных пробника 100ком. Экран 80Х100, габаритные размеры корпуса 360Х200Х420, массу 18 кг.

Заменяет: С1-75 С1-104

Характеристики прибора С1-97:

ШИРОКИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Малое время нарастания (1нс) и ЭЛТ с большой скоростью записи позволяют успешно применять осциллограф в электронно-счетной технике, ядерной физике высоких энергий для исследования коротких импульсов с малым временем нарастания идущих с малой частотой или однократно. Согласованный входной импеданс 50 Ом позволяет производить снятие высокочастотных сигналов без искажения их форм из-за емкостной нагрузки. Более высокоомное входное сопротивление обеспечивается активными выносными пробниками и делителями, входящими в состав прибора.
Активный выносной пробник преобразует входной импеданс 50 Ом в 100 кОм; 4 пФ, а с делителем 1:10 1 МОм, 2,5 пФ и имеет полосу пропускания 350 МГц при коэффициенте передачи 1:1.
Полоса пропускания тракта синхронизации 500 МГц, позволяет наблюдать сигналы с полосой пропускания до 500 МГц.
Осциллограф С1-97 прост в управлении, так как каждая рабочая функция выполняется при помощи отдельной кнопки.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ C1-97

Тип ЭЛТ 16ЛО101А, однолучевая с коротким послесвечением;
Цвет свечения синий, ускоряющее напряжение 22,5 кВ.
Рабочая часть экрана 80х100 мм.
Ширина линии луча не более 0,8 мм.
Скорость фотозаписи однократных сигналов не менее 1300 км/с при использовании объектива с относительным отверстием 1:2 и не менее 2000 км/с при использовании объектива с относительным отверстием 1:1,5.
Виды изображения по вертикали: Канал А; Канал Б; поочередно изображение каналов А и Б; алгебраическое суммирование (канал А плюс Б).
Коэффициент отклонения: диапазон значений коэффициента отклонения каждого канала устанавливается ступенями от 5мВ/см до 0,5 В/см соответственно ряду чисел 1, 2, 5.
Основная погрешность коэффициентов отклонения при непосредственном входе и с активным пробником не более 3 %.

Параметры переходной характеристики (ПХ):
время нарастания каждого канала не более 1нс - при непосредственном входе;
не более 1,4 нс с активным пробником;
выброс ПХ и неравномерность на участке времени установления при непосредственном входе и с активным пробником не более 5 %.
Время установления ПХ при непосредственном входе и с активным пробником не более 5нс.
Неравномерность ПХ при непосредственном входе и с активным пробником не более 3 %.
Дрейф: кратковременный не более 2 мм, долговременный не более 5 мм.
Искажения по постоянному току в каждом канале не более 3 %.
Смещение луча: из-за входного тока в каналах А и Б, а также при изменении напряжения питающей сети на 10 % - не более 5 мм;
В канале Б при нажатии кнопки НОРМ-ИНВЕСТ, когда луч совпадает с центральной горизонтальной осью шкалы - не более 10 мм.
Пределы перемещения луча по вертикали не менее 80 мм.
Параметры входов обоих каналов:
а) согласованного входа:
входное активное сопротивление 50 Ом;
коэффициент отражения не более 0,1;
б) несогласованного входа:
входное активное сопротивление с активным пробником -100 кОм;
входная емкость с активным пробником - не более 4 пФ;
входное активное сопротивление с активным пробником и делителем 1:10 - (1)МОм;
входная емкость с активным пробником и делителем 1:10 не более 2,5 пФ.
Диапазон напряжений исследуемого сигнала не менее: от 1мВ до 4 В при непосредственном входе, от минус 0,4 до 0,4 В для пробника, от минус 4 до 4 В для пробника с делителем 1:10.
Допустимое постоянное напряжение на входе каждого канала:
При непосредственном входе не более 3 В;
С активным пробником не более 15 В;
С активным пробником и делителем 1:10 не более 40 В.
Коэффициент развязки между каналами не менее 1500 при подаче гармонического напряжения частотой 100 МГц и не менее 1000 при подаче гармонического напряжения частотой 350 МГц.
Задержка изображения сигнала в тракте вертикального отклонения обеспечивает наблюдение импульса длительностью 10 нс на рабочем участке развертки.
Осциллограф С1-97 обеспечивает следующие режимы работы развертки:
автоколебательный;
ждущий;
однократный.
Диапазон значения коэффициентов развертки устанавливается ступенями от 10 нс/см до 0,1 с/см соответственно ряду чисел 1,2, 5, имеется 10-кратная растяжка развертки.
Основная погрешность коэффициента развертки в диапазоне от 5 нс/см до 0,1с/см не более 4 %, основная погрешность коэффициентов развертки
1,2 нс/см - не более 6 %.
Пределы перемещения луча по горизонтали обеспечивают совмещение начала и конца рабочего участка развертки с центральной вертикальной осью шкалы экрана прибора.
Параметры внутренней синхронизации:

минимальный уровень 8 мм в диапазоне частот от 20 Гц до 100 МГц и при импульсном сигнале длительностью 4 нс и более;
максимальный уровень 80 мм в диапазоне частот от 20 Гц до 100 МГц и при импульсном сигнале длительностью 4нс и более;
0,1нс) см,
Кр номин

Параметры внешней синхронизации:
диапазон частот от не более 20 Гц до не менее 500 МГц;
минимальный уровень 40 мВ в диапазоне частот от 20 Гц до 100 МГц и при импульсном сигнале длительностью 4 нс и более, максимальный уровень 3 В в диапазоне частот от 20 Гц до 100 МГц и при импульсном сигнале длительностью 4 нс и более
0,1нс) см,
Кр номин
где Кр номин номинальное значение установленного коэффициента развертки нс/см.
Калибратор амплитуды и времени имеет на выходе импульсы прямоугольной формы частотой следования 200 кГц, амплитудой 0,6 В на нагрузке 50 Ом.
Основная погрешность выходного напряжения калибратора во всей рабочей области влияющих величин не более 1,5 %, частоты следования не более 0,2 %.
Геометрические искажения на горизонтальных и вертикальных границах шкалы экрана прибора не более 3 %.
Погрешность ортогональности не более 1 .
Питание осциллографа от сети переменного тока напряжением (220) В, частотой (50) Гц и содержанием гармоник до 5 % и (220) В частотой
(400) Гц.
Мощность, потребляемая прибором от сети при номинальном напряжении, не превышает 140 ВА.
Прибор допускает непрерывную работу в рабочих условиях в течение не менее 8 ч при сохранении технических характеристик в пределах норм, установленных ТУ.
Габаритные размеры прибора 475х410х220 мм. Масса не более 18 кг.
Рабочие условия эксплуатации: температура окружающей среды от 5
до 40 С, Относительная влажность воздуха до 95 % при температуре 30 С.

Рис. 1 Двухканальный осциллограф, внешнее исполнение

Рынок коммерческих измерительных изделий в нашей стране сегодня довольно велик. Это является положительным фактором для производства соответствующих товаров промышленного назначения.

Высокочастотные встраиваемые модули для осциллографов от ЗАО «Руднев-Шиляев» занимают устойчивые позиции в сфере офисных и промышленных применений. Многоканальные осциллографы нужны для решения многих задач: от исследовательских до эксплуатационных. При этом, в последнем случае, возможно полностью автоматизировать процесс работы оборудования. ЗАО «Руднев-Шиляев» одно из первых стало производить целый ряд измерительных модулей, которые встраивались в пятидюймовые отсеки обычного офисного компьютера. Тем самым, обеспечивалась модульная наращиваемость, гибкость, приемлемая цена и кратчайшее время вывода новых изделий на рынок. С ориентировкой на решение конкретных измерительных задач был создан набор модулей, позволяющий максимально охватить спектр возможных применений. Самым простым является внешний модуль с USB-интерфейсом в формате корпуса 5,25 дюйма для дисковода персонально компьютера (см. рис. 1). Это высокочастотный двухканальный осциллограф с частотой дискретизации 1 ГГц.

Рис. 2 Шестиканальный осциллограф на базе офисного компьютера

На рис. 2 показан пример недорогого офисного шестиканального осциллографа с теми же модулями. Также существуют и модули, поддерживающие интерфейс PCI, и позволяющие создавать удобные офисные и промышленные измерительные системы для 19 дюймовых стоек (см. рис. 3). Высокочастотные встраиваемые модули ЗАО «Руднев-Шиляев» используются не только в составе офисного компьютера. Для осциллографов с числом каналов более восьми применяются корпуса промышленных компьютеров. При этом интерфейс модулей может быть либо PCI, либо USB. Пример построения 32-канального осциллографа показан на рис. 4. Встраиваемые измерительные модули работают синхронно или независимо и имеют необходимый для различных применений входной диапазон напряжений - от 42 дБ (8 разрядов) до 65 дБ (12 разрядов) (см. рис. 5), где КГИ - коэффициент гармонических искажений, определяемый по пяти параметрам, РДД - реальный динамический диапазон, С/Ш - отношение мощности сигнала к мощности шума.

Максимальная частота дискретизации - 2 ГГц. Такую многоканальную встраиваемую систему можно использовать как синхронный анализатор сигналов для самых разных целей. Сбор, обработка и анализ поступающей информации, и даже принятие решения и его выполнение, может осуществляться без участия оператора. Сама задача построения прибора из отдельных модулей не проста. Добиваясь технологичности и надежности всей системы в целом, приходится решать ряд серьезных проблем. Прежде всего, необходимо обеспечить качественное межмодульное соединение. Это, пожалуй, наиболее сложная задача, так как тип соединения зависит от сложности конкретного модуля. Например, в высокочастотных осциллографах ЗАО «Руднев-Шиляев» период частоты дискретизации может быть меньше наносекунды, и для обеспечения синхронной работы всех каналов требуется предпринимать дополнительные меры.

>
Рис. 3 Промышленный осциллограф в составе измерительного комплекса

Даже, если каждый модуль в отдельности функционирует превосходно, при работе в системе может наблюдаться значительное ухудшение как статических, так и динамических характеристик. Цифровая часть одного модуля может создавать помеху для чувствительного аналогового канала соседнего модуля. Для синхронной работы всех модулей у них должен быть один задающий тактовый генератор. При передаче тактового сигнала от одного модуля к другому возникает разность потенциалов межу общими шинами на разных между общими шинами на разных модулях, создаются «земляные» контуры, которые порождают помехи на входе приемника тактовой частоты, увеличивается фазовый шум, что приводит к ухудшению динамических пара- метров измерительных модулей в составе системы. Решается эта задача с использованием специального модуля синхронизации, который обеспечивает качественный запуск всей системы встраиваемых модулей. Также для надежной работы системы необходима продуманная система охлаждения. Суммарная мощность потребления встраиваемых модулей может превышать 1 кВт. Здесь необходимо не только правильно выбрать мощность используемого блока питания, но и обеспечить необходимую скорость потока и равномерность распределения охлаждающего воздуха. Площадь радиаторов, установленных на каждом модуле, наличие воздушных фильтров на заборных окнах, сопротивление потоку воздуха вносимое жгутами проложенных кабелей, - все это влияет на работу системы охлаждения. Отдельно хотелось бы остановиться на возможности взаимозаменяемости встраиваемых модулей. На этапе проектирования отдельного модуля в конструкцию закладывается некоторая избыточность, позволяющая каждому модулю работать как автономно, так и в составе измерительной системы. Каждый модуль имеет «на борту» встроенную систему диагностики, которая тестирует его наиболее важные узлы. Диагностическая информация запрашивается компьютером с каждого модуля при инициализации системы. При возникновении неполадок, код неисправности и номер модуля, где обнаружена ошибка, отображается на экране компьютера. Это позволяет значительно снизить затраты на обслуживание всего устройства.

рис. 4. 32-канальный осциллограф
на базе промышленного компьютера

Наиболее ответственные системы, рассчитанные на длительную эксплуатацию, комплектуются запасными модулями. Операция замены модуля не требует высокой квалификации обслуживающего персонала. Наличие на рынке встраиваемых систем широкого спектра коммерческих продуктов на базе вышеописанных измерительных встраиваемых модулей - эффективная возможность для решения нестандартных измерительных задач, например, вычисления скоростей движущихся объектов. Для этого необходимо иметь два канала - прямой и квадратурный. Имеющийся офисный или промышленный компьютер произведет необходимые вычисления и представит результат. Незаменимы высокочастотные модули и в задачах прямого преобразования промежуточных частот различных источников сигналов в диапазоне до 1 ГГц. Применение встраиваемых модулей позволяет преобразовывать сигналы, передавать данные в компьютер и определять спектральные характеристики источников сигналов. Описанные измерительные системы на базе компьютера удобны для моделирования при решении нестандартных и несерийных задач. В этом случае можно легко менять начальные условия задач, параметры сбора и обработки информации. Для решения серийных задач система из встраиваемых модулей обеспечит необходимую автоматизацию процедур измерения и, при необходимости, проконтролирует процесс управления объектами, параметры которых анализируются. При этом, программная часть встраиваемой системы может быть быстро адаптирована под особенности решаемой задачи, соответствуя требованиям удобства и простоты использования.

рис. 5 Динамические характеристики 12-разрядного измерительного модуля

Указанные на схеме номиналы частотоопределяющих элементов соответствуют частоте гетеродина 25 МГц. что позволяет. например, наблюдать на экране осциллографа с полосой пропускания до 5 МГц форму высокочастотных колебаний сигналов с частотой 20...30 МГц. Смеситель Ul - обычный диодный кольцевой смеситель, его схема приведена на рис. 2.

Исследуемый сигнал через высокочастотный широкополосный трансформатор Т1 н через дополнительный резистивный аттенюатор подается на вход смесителя.

При налаживании устройства следует снять его амплитудную характеристику по входному сигналу и найти тем самым максимальное значение исследуемого сигнала, которое можно подавать на приставку. Со смесителем Ul типа SRA1 этот уровень (на выводе /) достигал -3 дБм, т. е. 160 мВ (входное сопротивление смесителя 50 Ом).

Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом кольце FT-37-75 с внешним диаметром 9,6 мм. Первичная обмотка представляет собой центральную жилу коаксиального кабеля, пропущенную через кольцо, а вторичная содержит 31 виток и выполнена проводом диаметром 0,3 мм. Она равномерно размещена по периметру кольца. Такой трансформатор ослабляет исследуемый сигнал примерно на 30 дБ.

Полное ослабление исследуемого сигнала (с учетом резистивного аттенюатора) составляет 50 дБ, что позволяет, например, анализировать сигнал передатчиков любительских станций с мощностью до 50 Вт. Полоса пропускания трансформатора - от 0,5 до 100 МГц.

Потерн в смесителе составляют около 10 дБ, поэтому максимальный уровень сигнала, поступающего на осциллограф, будет составлять (в зависимости от параметров конкретного экземпляра смесителя) 20... 50 мВ. поэтому осциллограф должен иметь соответствующую чувствительность.

Примечание. В устройстве можно применить отечественные полупроводниковые приборы: КП303В {VI}. КД503Б (V2 на рис. 1), КТ325, КТ355, КТ368 (V3. V4) и КД503Б (VI-V4 на рис. 2). Трансформаторы Т1. Т"2 (рис. 2) кольцевого смесителя можно выполнить на ферритовых кольцах типоразмера К10х х5х3 с магнитной проницаемостью 50...100. Данные обмоток можно заимствовать из описания аналогичного узла трансивера "Радио-76", опубликованного в "Радио" 1976, N 6, 7. Такой же магнигопровод можно использовать и для трансформатора Т1 на рис. 1.

QST (США), февраль. 1982

Цифровой осциллограф, конечно, намного совершеннее обычного электронного, позволяет запоминать осциллограммы, может подключаться к персональному компьютеру, имеет математическую обработку результатов, экранные маркеры и многое другое. Но при всех достоинствах эти приборы нового поколения обладают одним существенным недостатком, - это высокая цена.

Именно она делает цифровой осциллограф недоступным для любительских целей, хотя существуют «карманные» осциллографы стоимостью всего в несколько тысяч рублей, которые продаются на Алиэкспресс, но пользоваться ими не особенно удобно. Ну, просто интересная игрушка. Поэтому пока речь пойдет об измерениях с помощью электронного осциллографа.

На тему выбора осциллографа для использования в домашней лаборатории в интернете можно найти достаточное количество форумов. Не отрицая достоинств цифровых осциллографов, на многих форумах советуют остановить выбор на простых малогабаритных и надежных осциллографах отечественной разработки С1-73 и С1-101 и подобных, с которыми мы ранее познакомились в .

При достаточно демократичной цене эти приборы позволят выполнить большинство радиолюбительских задач. А пока познакомимся с общими принципами измерений с помощью осциллографа.

Рисунок 1. Осциллограф С1-73

Что измеряет осциллограф

Измеряемый сигнал подается на вход канала вертикального отклонения Y, который имеет большое входное сопротивление, как правило, 1MΩ, и малую входную емкость, не более 40pF, что позволяет вносить минимальные искажения в измеряемый сигнал. Эти параметры часто указываются рядом с входом канала вертикального отклонения.

Рисунок 2. Осциллограф С1-101

Высокое входное сопротивление свойственно вольтметрам, поэтому можно с уверенностью сказать, что осциллограф измеряет напряжение. Применение внешних входных делителей позволяет снизить входную емкость и увеличить входное сопротивление. Это также снижает влияние осциллографа на исследуемый сигнал.

Полоса пропускания канала Y

Осциллограф измеряет напряжения в очень широких пределах: от напряжений постоянного тока, до напряжений достаточно высокой частоты. Размах напряжения может быть достаточно разнообразным, - от десятков милливольт до десятков вольт, а при использовании внешних делителей вплоть до нескольких сотен вольт.

При этом следует иметь в виду, что полоса пропускания канала вертикального отклонения Y д.б. не менее, чем в 5 раз выше частоты сигнала, который будет измеряться. То есть усилитель вертикального отклонения должен пропускать не ниже пятой гармоники исследуемого сигнала. Особенно это требуется при исследовании прямоугольных импульсов, которые содержат множество гармоник, как показано на рисунке 3. Только в этом случае на экране получается изображение с минимальными искажениями.

Рисунок 3. Синтез прямоугольного сигнала из гармонических составляющих

Кроме основной частоты на рисунке 3 показаны третья и седьмая гармоники. С увеличением номера гармоники возрастает ее частота: частота третьей гармоники в три раза выше основной, пятой гармоники в пять раз, седьмой в семь и т.д. Соответственно амплитуда высших гармоник падает: чем выше номер гармоники, тем ниже ее амплитуда. Только если усилитель вертикального канала без особого ослабления сможет пропустить высшие гармоники, изображение импульса получится прямоугольным.

На рисунке 4 показана осциллограмма меандра при недостаточной полосе пропускания канала Y.

Рисунок 4.

Примерно так выглядит меандр частотой 500 КГц на экране осциллографа ОМШ-3М с полосой пропускания 0…25 КГц. Как будто прямоугольные импульсы пропущены через интегрирующую RC цепочку. Такой осциллограф выпускался советской промышленностью для лабораторных работ на уроках физики в школах. Даже напряжение питания этого прибора в целях безопасности было не 220, а всего 42В. Совершенно очевидно, что осциллограф с такой полосой пропускания позволит почти без искажений наблюдать сигнал с частотами не более 5КГц.

У обычного универсального осциллографа полоса пропускания чаще всего составляет 5 МГц. Даже при такой полосе можно увидеть сигнал до 10 МГц и выше, но полученное на экране изображение позволяет судить лишь о наличии или отсутствии этого сигнала. О его форме что-либо сказать будет затруднительно, но в некоторых ситуациях форма не столь уж и важна: например есть генератор синусоиды, и достаточно просто убедиться, есть эта синусоида или ее нет. Как раз такая ситуация показана на рисунке 4.

Современные вычислительные системы и линии связи работают на очень высоких частотах, порядка сотен мегагерц. Чтобы увидеть столь высокочастотные сигналы полоса пропускания осциллографа должна быть не менее 500 МГц. Такая широкая полоса очень «расширяет» цену осциллографа.

В качестве примера можно привести цифровой осциллограф U1610A показанный не рисунке 5. Его полоса пропускания 100МГц, при этом цена составляет почти 200 000 рублей. Согласитесь, не каждый может позволить себе купить столь дорогой прибор.

Рисунок 5.

Пусть читатель не сочтет этот рисунок за рекламу, поскольку все координаты продавца не закрашены: на месте этого рисунка мог оказаться любой подобный скриншот.

Виды исследуемых сигналов и их параметры

Наиболее распространенным видом колебаний в природе и технике является синусоида. Это та самая многострадальная функция Y=sinX, которую проходили в школе на уроках тригонометрии. Достаточно много электрических и механических процессов имеют синусоидальную форму, хотя достаточно часто в электронной технике применяются и другие формы сигналов. Некоторые из них показаны на рисунке 6.

Рисунок 6. Формы электрических колебаний

Периодические сигналы. Характеристики сигналов

Универсальный электронный осциллограф позволяет достаточно точно исследовать периодические сигналы. Если же на вход Y подать реальный звуковой сигнал, например, музыкальную фонограмму, то на экране будут видны хаотично мелькающие всплески. Естественно, что детально исследовать такой сигнал невозможно. В этом случае поможет применение цифрового запоминающего осциллографа, который позволяет сохранить осциллограмму.

Колебания, показанные на рисунке 6, являются периодическими, повторяются, через определенный период времени T. Подробнее это можно рассмотреть на рисунке 7.

Рисунок 7. Периодические колебания

Колебания изображены в двухмерной системе координат: по оси ординат отсчитывается напряжение, а по оси абсцисс время. Напряжение измеряется в вольтах, время в секундах. Для электрических колебаний время чаще измеряется в миллисекундах или микросекундах.

Кроме компонентов X и Y осциллограмма содержит еще компонент Z - интенсивность, или попросту (рисунок 8). Именно она включает луч на время прямого хода луча и гасит на время обратного хода. Некоторые осциллографы имеют вход для управления яркостью, который так и называется вход Z. Если на этот вход подать импульсное напряжение от образцового генератора, то на экране можно увидеть частотные метки. Это позволяет точнее отсчитывать длительность сигнала по оси X.

Рисунок 8. Три компонента исследуемого сигнала

Современные осциллографы имеют, как правило, калиброванные по времени развертки, позволяющие точно отсчитывать время. Поэтому пользоваться внешним генератором для создания меток практически не приходится.

В верхней части рисунка 7 располагается синусоида. Нетрудно видеть, что начинается она в начале координатной системы. За время T (период) выполняется одно полное колебание. Далее все повторяется, идет следующий период. Такие сигналы называются периодическими.

Ниже синусоиды показаны прямоугольные сигналы: меандр и прямоугольный импульс. Они также периодические с периодом T. Длительность импульса обозначена как τ (тау). В случае меандра длительность импульса τ равна длительности паузы между импульсами, как раз половина периода T. Поэтому меандр является частным случаем прямоугольного сигнала.

Скважность и коэффициент заполнения

Для характеристики прямоугольных импульсов используется параметр, называемый скважностью. Это есть отношение периода следования импульсов T к длительности импульса τ. Для меандра скважность равна двум, - величина безразмерная: S= T/τ.

В англоязычной терминологии как раз все наоборот. Там импульсы характеризуются коэффициентом заполнения, соотношением длительности импульса к периоду следования Duty cycle: D=τ/T. Коэффициент заполнения выражается в %%. Таким образом, для меандра D=50%. Получается, что D=1/S, коэффициент заполнения и скважность величины взаимно обратные, хотя характеризуют собой один и тот же параметр импульса. Осциллограмма меандра показана на рисунке 9.

Рисунок 9. Осциллограмма меандра D=50%

Здесь вход осциллографа подключен к выходу функционального генератора, показанного тут же в нижнем углу рисунка. И вот тут внимательный читатель может задать вопрос: «Амплитуда выходного сигнала с генератора 1В, чувствительность входа осциллографа 1В/дел., а на экране прямоугольные импульсы с размахом 2В. Почему?»

Дело в том, что функциональный генератор выдает двухполярные прямоугольные импульсы относительно уровня 0В, примерно так же, как синусоида, с положительной и отрицательной амплитудой. Поэтому на экране осциллографа наблюдаются импульсы с размахом ±1В. На следующем рисунке изменим коэффициент заполнения Duty cycle, например, до 10%.

Рисунок 10. Прямоугольный импульс D=10%

Нетрудно видеть, что период следования импульсов составляет 10 клеток, в то время, как длительность импульса всего одна клетка. Поэтому D=1/10=0,1 или 10 %, что видно по настройкам генератора. Если воспользоваться формулой для подсчета скважности, то получится S = T / τ = 10 / 1 = 1 - величина безразмерная. Вот здесь можно сделать вывод, что Duty cycle намного наглядней характеризует импульс, чем скважность.

Собственно сам сигнал остался такой же, как на рисунке 9: прямоугольный импульс амплитудой 1В и частотой 100Гц. Изменяется только коэффициент заполнения или скважность, уж это как кому привычней и удобней. Но для удобства наблюдения на рисунке 10 длительность развертки снижена в два раза по сравнению с рисунком 9 и составляет 1мс/дел. Поэтому период сигнала занимает на экране 10 клеток, что позволяет достаточно легко убедиться, что Duty cycle составляет 10%. При пользовании реальным осциллографом длительность развертки выбирается примерно также.

Измерение напряжения прямоугольного импульса

Как было сказано в начале статьи, осциллограф измеряет напряжение, т.е. разность потенциалов между двумя точками. Обычно измерения проводятся относительно общего провода, земли (ноль вольт), хотя это необязательно. В принципе возможно измерение от минимального до максимального значения сигнала (пиковое значение, размах). В любом случае действия по измерению достаточно просты.

Прямоугольные импульсы чаще всего бывают однополярными, что характерно для цифровой техники. Как измерить напряжение прямоугольного импульса, показано на рисунке 11.

Рисунок 11. Измерение амплитуды прямоугольного импульса

Если чувствительность канала вертикального отклонения выбрана 1В/дел, то получается, что на рисунке показан импульс с напряжением 5,5В. При чувствительности 0,1В/дел. Напряжение будет всего 0,5В, хотя на экране оба импульса выглядят совершенно одинаково.

Что еще можно увидеть в прямоугольном импульсе

Прямоугольные импульсы, показанные на рисунках 9, 10 просто идеальные, поскольку синтезированы программой Electronics WorkBench. Да и частота импульсов всего 100Гц, поэтому проблем с «прямоугольностью» изображения возникнуть не может. В реальном устройстве при высокой частоте следования импульсы несколько искажаются, прежде всего, появляются различные выбросы и всплески, обусловленные индуктивностью монтажа, как показано на рисунке 12.

Рисунок 12. Реальный прямоугольный импульс

Если не обращать внимания на подобные «мелочи», то прямоугольный импульс выглядит так, как показано на рисунке 13.

Рисунок 13. Параметры прямоугольного импульса

На рисунке показано, что передний и задний фронты импульса возникают не сразу, а имеют какое-то время нарастания и спада, несколько наклонены относительно вертикальной линии. Этот наклон обусловлен частотными свойствами микросхем и транзисторов: чем более высокочастотный транзистор, тем менее «завалены» фронты импульсов. Поэтому длительность импульса определяется по уровню 50% от полного размаха.

По этой же причине амплитуда импульса определяется по уровню 10…90%. Длительность импульса, так же, как и напряжение, определяется умножением числа делений горизонтальной шкалы на значение деления, как показано на рисунке 14.

Рисунок 14.

На рисунке показан один период прямоугольного импульса, несколько отличного от меандра: длительность положительного импульса составляет 3,5 деления горизонтальной шкалы, а длительность паузы 3,8 деления. Период следования импульса составляет 7,3 деления. Такая картинка может принадлежать нескольким разным импульсам с различной частотой. Все будет зависеть от длительности развертки.

Предположим, что длительность развертки 1мс/дел. Тогда период следования импульса 7,3*1=7,3мс, что соответствует частоте F=1/T=1/7.3= 0,1428КГц или 143ГЦ. Если длительность развертки будет 1мкс/дел, то частота получится в тысячу раз выше, а именно 143КГЦ.

Пользуясь данными рисунка 14 нетрудно подсчитать скважность импульса: S=T/τ=7,3/3,5=2,0857, получается почти, как у меандра. Коэффициент заполнения Duty cycle D=τ/T=3,5/7,3=0,479 или 47.9%. При этом следует обратить внимание, что эти параметры ни в коем случае не зависят от частоты: скважность и коэффициент заполнения были подсчитаны просто по делениям на осциллограмме.

С прямоугольными импульсами все вроде бы понятно и просто. Но мы совсем забыли о синусоиде. В сущности, там то - же самое: можно измерить напряжения и временные параметры. Один период синусоиды показан на рисунке 15.

Рисунок 15. Параметры синусоиды

Очевидно, что для показанной на рисунке синусоиды чувствительность канала вертикального отклонения составляет 0,5В/дел. Остальные параметры нетрудно определить умножив число делений на 0,5В/дел.

Синусоида может быть и другой, которую придется измерять при чувствительности, например, 5В/дел. Тогда вместо 1В получится 10В. Однако, на экране изображение обеих синусоид выглядит абсолютно одинаково.

Временные параметры показанной синусоиды неизвестны. Если предположить, что длительность развертки 5мс/дел., период составит 20мс, что соответствует частоте 50ГЦ. Цифры в градусах на оси времени показывают фазу синусоиды, хотя для одиночной синусоиды это не особо важно. Чаще приходится определять сдвиг по фазе (непосредственно в миллисекундах или микросекундах) хотя бы между двумя сигналами. Лучше всего это делать с помощью двухлучевого осциллографа. Как это делается, будет показано чуть ниже.

Как осциллографом измерить ток

В некоторых случаях требуется измерение величины и формы тока. Например, переменный ток, протекающий через конденсатор, опережает напряжение на ¼ периода. Тогда в разрыв цепи включают резистор с небольшим сопротивлением (десятые доли Ома). На работу схемы такое сопротивление не влияет. Падение напряжения на этом резисторе покажет форму и величину тока, протекающего через конденсатор.

Примерно так же устроен обычный стрелочный амперметр, который включатся в разрыв электрической цепи. При этом измерительный резистор находится внутри самого амперметра.

Схема для измерения тока через конденсатор показана на рисунке 16.

Рисунок 16. Измерение тока через конденсатор

Синусоидальное напряжение частотой 50 Гц амплитудой 220 В с генератора XFG1 (красный луч на экране осциллографа) подается на последовательную цепь из конденсатора C1 и измерительного резистора R1. Падение напряжения на этом резисторе покажет форму, фазу и величину тока через конденсатор (синий луч). Как это будет выглядеть на экране осциллографа, показано на рисунке 17.

Рисунок 17. Ток через конденсатор опережает напряжение на ¼ периода

При частоте синусоиды 50 Гц и развертке 5 ms/Div один период синусоиды занимает 4 деления по оси X, что очень удобно для наблюдения. Нетрудно видеть, что синий луч опережает красный ровно на 1 деление по оси X, что соответствует ¼ периода. Другими словами ток через конденсатор опережает по фазе напряжение, что полностью соответствует теории.

Чтобы рассчитать ток через конденсатор достаточно воспользоваться законом Ома: I = U/R. При сопротивлении измерительного резистора 0,1Ом падение напряжения на нем 7мВ. Это амплитудное значение. Тогда максимальный ток через конденсатор составит 7/0,1=70мА.

Измерение формы тока через конденсатор не является какой-то очень актуальной задачей, тут все ясно и без измерений. Вместо конденсатора может быть любая нагрузка: , обмотка электродвигателя, транзисторный усилительный каскад и многое другое. Важно, что именно таким методом можно исследовать ток, который в некоторых случаях значительно отличается по форме от напряжения.