097-888-02-66
095-888-02-66

Осциллограф: работа и методика измерений". Часть 4.

Часть 3 >>

 

 

 

Рис 18. Архитектура параллельной обработки информации цифрового люминесцентного осциллографа (DPO).


В противоположность архитектуры цифровых запоминающих и цифровых люминесцентных осциллографов, архитектура осциллографов цифровой выборки имеет прямо противоположное расположение аттенюатора и усилителя, а также и пробоотборного моста, как это представлено на рис. 18. Выборка входного сигнала происходит перед проведением какого-либо усиления или ослабления. Усилитель с узкой полосой пропускания может быть задействован после пробоотборного моста, поскольку сигнал уже был конвертирован на более низкую частоту посредством забора проб, что в итоге значительно увеличивает полосу пропускания осциллографа.

Однако, за широкую полосу пропускания приходится платить тем, что динамический диапазон осциллографов с цифровой выборкой ограничен. Поскольку перед заборником проб отсутствуют аттенюатор или усилитель, то нет возможности соизмерить вход. Пробоотборный мост должен быть способен при любых случаях управляться со всеми динамическими диапазонами входных сигналов. Поэтому динамический диапазон большинства осциллографов цифровой выборки ограничен до примерно 1 V между пиковых значений. С другой стороны, цифровые запоминающие и цифровые люминесцентные осциллографы имеют это же значение в пределах от 50 до 100 вольт.

В дополнение к сказанному, нужно отметить, что защитные диоды не могут быть помещены перед пробоотборочным мостом, поскольку это ограничит полосу пропускания. Это понижает напряжение безопасного входа у осциллографов цифровой выборки до около 3 V, в сравнении с 500 В на осциллографах иных типов.
 


Рис. 19 Рефлектометрия во временной области (TDR) на экране осциллографа цифровой выборки


При измерениях высокочастотных сигналов DSO или DPO могут оказаться неспособными собрать достаточное количество выборок за одну развёртку. Осциллографы цифровой выборки представляют собой идеальный инструмент для высокоточного захвата сигналов, чьи частотные составляющие значительно выше скорости выборки осциллографа, как это представлено на рис. 19. Такой осциллограф способен измерять сигналы  на порядок быстрее, чем любой иной осциллограф. Осциллограф цифровой выборки может достигнуть полосы пропускания и скорости синхронизации в 10 раз выше, чем любой иной осциллограф при измерениях повторяющихся сигналов. Осциллографы с последовательной эквивалентной во времени выборкой способны достигать полосы пропускания в 100 ГГЦ и выше.
 

 

Системы и органы управления осциллографа

Данный раздел Курса кратко описывает основные системы и органы управления, присутствующие на аналоговых и цифровых осциллографах. Некоторые органы управления различаются между аналоговыми и цифровыми осциллографами; вполне вероятно, что именно ваш осциллограф имеет дополнительные органы управления, не описываемые в настоящем разделе.

 

Обычный осциллограф состоит из 4-х различных систем – система управления развёрткой по вертикали, система управления развёрткой по горизонтали, система синхронизации (триггер) и система отображения информации (дисплей). Понимание функций каждой из этих систем позволит вам эффективно применять осциллограф для решения специфических задач измерений. Помните, что каждая из этих систем вносит свой вклад в способность  осциллографа точно восстанавливать исследуемый сигнал. 

 

Фронтальная панель осциллографа делится на 3 основные секции, маркированные как «вертикальная», «горизонтальная» и «триггер». Тем не менее, именно ваш осциллограф может иметь и иные секции, в зависимости от его (осциллографа) типа и модели. Просмотрите как на рис. 20 представлены эти разделы и, после прочтения этого раздела Курса,  постарайтесь наложить их на свой прибор.

 

При работе с осциллографом необходимо выполнить три базовые настройки для начала анализа входящего сигнала:

Настройка по вертикали: ослабление или усиление сигнала. Задействуйте настройку вольт/дел для регулирования амплитуды сигнала до требуемого диапазона измерений.


Настройка по горизонтали: Временная база. Задействуйте настройку сек/дел для выставления  длительности времени на деление, что представлено по горизонтальной оси экрана.


Триггер: Синхронизация работы осциллографа. Задействуйте настройку «уровень триггера» для стабилизации повторяющегося сигнала или захвата на определённое событие.

 

Рис. 20 Органы управления на фронтальной панели осциллографа


Органы управления по вертикали:

Клеммные окончания

-    1M ohm

-    50 ohm

Соединения

-    DC (пост. ток)

-    AC (переем. ток)

-    GND (заземление)

Полоса пропускания

-    Ограничение

-    Усиление

Позиционирование


Смещение


Инвертирование – On/Off


Шкала

-    Фиксированные пороги

-    Изменчивость


                                       Визуализация напряжения Vp-p + DC                                               Визуализация напряжения Vp-p 

Рис. 21. Входные соединения переменного и постоянного тока


 
 

Системы и органы управления по вертикальной шкале

Органы управления по вертикали могут быть задействованы для позиционирования и масштабирования формы сигнала по вертикали, настройки входного соединения, а также регулирования  иных параметров сигнала на вход прибора.

Позиционирование и настройка Вольт на Деление

Органы управления позиционированием по вертикали позволяют перемещать изображение формы сигнала вверх и вниз и устанавливать изображение в точности, где вы хотите видеть его на экране.

Настройка вольт-на-деление (обычно обозначается как вольт/дел) представляет собой фактор масштабирования, который варьирует размер формы сигнала на экране. Если установлено volts/div как 5 volts, то тогда каждая из восьми вертикальных делений экрана представляет 5 вольт и весь экран способен отобразить 40 вольт от низа до верха, - это из предположения, что экранная сетка прибора состоит из восьми основных делений. Если настройка составляет 0.5 volts/div, то экран способен отобразить 4 volts снизу до верха и т.д. Максимальное значение напряжения, которое можно отобразить на экране это  настройка volts/ div, умноженная на количество вертикальных делений. Имейте в виду, что пробник, который вы используете, 1X или 10X, также влияет на коэффициент масштабирования. Вы должны разделить шкалу volts/div на коэффициент затухания пробника, если осциллограф не делает этого автоматически.

Часто сама шкала volts/div автоматически управляет либо по переменному усилению, либо точной настройке при масштабировании отображаемого сигнала в отношении определённого количества делений. Задействуйте эти органы управления себе в помощь при измерениях времени нарастания фронта импульса.

 
Входное соединение

Термин «Соединение» относится к методу, применяемому  для стыковки электрического сигнала от одной цепи к другой. В этом случае входное соединение представляет собой связь от цепи тестирования к осциллографу. Соединение может быть выставлено на Постоянный ток (DC), Переменный ток (AC), или Заземление. Соединение DC иллюстрирует всё о входном сигнале. Соединение AC блокирует компоненты DC сигнала, таким образом, что можно видеть форму сигнала, выставленную по центру вокруг оси ноль вольт. Рис. 21 иллюстрирует эту разницу. Соединение по переменному току (AC) применяется, когда  полный сигнал (переменный ток + постоянный ток) слишком велик для настройки volts/ div.

Настройка по заземлению отсоединяет входной сигнал от системы по вертикали, которая позволяет видеть, где располагается на экране значение ноль вольт. При заземлённом входном соединении и режиме автоматической синхронизации можно видеть на экране горизонтальную ось, представляющую ноль вольт. Переключение от DC к заземлению и обратно – ручной режим измерений уровней напряжения сигнала по отношению к заземлению. 

Ограничение по полосе пропускания

Большинство осциллографов имеют цепь, ограничивающую их полосу пропускания. Через ограничение полосы пропускания вы понижаете уровни шумов, которые периодически появляются на отображаемой на экране форме сигнала, что в итоге приводит к более чистому изображению. Необходимо помнить, что при устранении шумов ограничение полосы пропускания также понижает или вообще устраняет представление высокочастотных компонентов сигнала.   
Курс для начинающих


Расширение полосы пропускания

Некоторые осциллографы имеют в составе DSP произвольный фильтр выравнивания, который может быть использован для улучшения реакции каналов осциллографов. Этот фильтр расширяет полосу пропускания, выравнивает частотные характеристики, улучшает фазовую линейность и обеспечивает улучшенное взаимодействие каналов между собой. 
 

Органы управления по горизонтальной развёртке: Временная база, Разрешение, XY, Частота выборки,  Шкала, Настройка синхронизации, Разделение трассировок, Масштабирование/панорамирование, Длина записи, Поиск
            
Системы и органы управления по горизонтальной развёртке

Система развёртки по горизонтали по большей части ассоциируется с её функциями захвата входного сигнала  – частота выборки и длина записи являются важнейшими характеристиками. Органы управления по горизонтали применяются для позиционирования и масштабирования формы сигнала.

 

Органы управления функцией захвата данных

Цифровые осциллографы имеют настройки, позволяющие контролировать, как система сбора данных обрабатывает сигнал. Просмотрите опции системы сбора данных на своём цифровом осциллографе пока вы читаете этот раздел. Рис. 22 иллюстрирует пример меню сбора данных.

 

Режимы захвата сбора данных

Режимы захвата сбора данных контролируют процесс превращения точек выборки в точки, формирующие форму сигнала. Точки выборки представляют собой цифровые значения, непосредственно извлекаемые от аналогово-цифрового преобразователя (ADC). Интервал выборок соотносится напрямую со временем между этими точками выборки. Точки формы сигнала представляют собой цифровые значения, которые сохраняются в памяти и отображаются на экране для конструирования формы сигнала. Разница во времени между точками формы сигнала относится к понятию интервал сигнала.


Рис. 22. Пример меню сбора данных

Интервал точек выборки и интервал сигнала могут быть или не быть одинаковыми по временному значению.  Данный факт влечёт за собой обязательное наличие нескольких различных режимов захвата, когда одна точка формы сигнала состоит из нескольких следующих за собой точек выборки.

Кроме того, точки формы сигнала могут быть составлены из комбинации точек выборки, полученные от различных режимов захвата. Описание наиболее часто применяемых режимов захвата следует ниже.