Електроннi аналоговi осцилографи

Електронний осцилограф i унiверсальним приладом, який призначаiться для спостереження, дослiдження й фотографування форми електричних сигналiв з екрана електронно-променевоi трубки (ЕПТ). Окрiм якiсноi оцiнки дослiджуваних процесiв, осцилографи дозволяють вимiрювати ряд величин: напругу, iнтервал часу, частоту, фазовий зсув, коефiцiiнт амплiтудноi модуляцii та iн. Широке розповсюдження електронних осцилографiв обумовлено великим вхiдним опором, безiнерцiйнiстю до дуже високих частот, високою чутливiстю та широкими межами значень вимiрюваних параметрiв.

Розрiзняють три види аналогових осцилографiв:

- до виду С1 належать найбiльш розповсюдженi осцилографи реального часу, тобто осцилографи, в яких зображення сигналу на екранi ЕПТ виникаi одночасно з дiiю сигналу на входi. Бiльшiсть з них низькочастотнi зi смугою пропускання до 10..35 МГц. Ряд осцилографiв, наприклад С1-120 та С1-121, мають смугу пропускання 0..100 МГц. Найбiльш швидкодiючий осцилограф С1-75 дозволяi проводити дослiдження одного або двох сигналiв у дiапазонi частот до 250 МГц;

- швидкiснi та стробоскопiчнi осцилографи належать до виду С7. Першi з них зi смугою пропускання 0..5 ГГц призначаються для дослiдження в реальному часi перiодичних СВЧ коливань та iмпульсних сигналiв наносекундноi тривалостi. Стробоскопiчнi осцилографи мають властивiсть дослiджувати сигнали наносекундноi тривалостi завдяки застосуванню стробоскопiчного методу трансформацii масштабу часу. Цим осцилографам притаманнi висока чутливiсть (мiлiвольти) та широка смуга пропускання (до 10 ГГц i вище);

- до виду С8 належать запамтАШятовуючi осцилографи, якi здатнi зберiгати i вiдтворювати довгий час зображення сигналу на екранi ЕПТ пiсля його зникнення на входi осцилографа. Цi осцилографи призначаються для дослiдження поодиноких iмпульсiв та сигналiв, що змiнюються дуже повiльно.

Електронно-променевi осцилографи реального часу

Структурнi схеми електронно-променевих осцилографiв (ЕПО) реального часу досить рiзноманiтнi. Проте всi вони мають однаковi за призначенням функцiональнi блоки, до числа яких належать ЕПТ, канал вертикального вiдхилення променя (канал Y), канал горизонтального вiдхилення променя (канал X), канал керування яскравiстю (канал Z), калiбратор та блок живлення.

Блок ЕПТ складаiться з ЕПТ та схеми керування електронним променем (Рис.6.48). ЕПТ являi собою скляну колбу, в якiй розмiщена так звана електронна гармата, створена групою електродiв: катодом 2 з ниткою розжарювання 1, анодами 4 i 5, модулятором 3 (керуючим електродом). Живлення електронноi гармати здiйснюiться вiд джерела високоi напруги 1..3 кВ. Емiсiя електронiв вiдбуваiться з торцевоi поверхнi катода, в центральнiй частинi якого нанесений оксидний шар.

Модулятор виконуiться у виглядi металевого цилiндра з невеликим отвором у центрi основи i розмiщуiться навколо катода. На модулятор подаiться вiдтАЩiмна вiдносно катода напруга (кiлька десяткiв вольт), пiд дiiю якоi електрони концентруються поблизу осi трубки, тобто модулятор здiйснюi первинне фокусування потоку електронiв. Частина електронiв, перемагаючи протидiю з боку модулятора, проскакуi через центральний отвiр i потрапляi в прискорювальне поле анодiв 4 i 5. Змiнюючи потенцiометром R2 (ЯСКРАВРЖСТЬ) потенцiал модулятора, можна регулювати кiлькiсть електронiв, що створюють електронний промiнь, а отже, i викликають яскравiсть свiтiння зображення сигналу на екранi ЕПТ.

Рис.1. Схема блока ЕПТ.

У багатьох осцилографах передбачаiться можливiсть подачi на модулятор (Вхiд Z) напруги вiд зовнiшнього джерела. За допомогою двох анодiв, на якi подаються додатнi вiдносно катода напруги, здiйснюiться розгiн i фокусування пучка електронiв. Екран ЕПТ створюiться тонким шаром люмiнофору 9 - речовини, здатноi свiтитися пiд ударами електронiв, яка наноситься на внутрiшню поверхню торцевоi частини скляноi колби. Електрони променя, бомбардуючи екран, вибивають з нього вториннi електрони, вiд яких виникаi небезпека накопичення на екранi негативних зарядiв. Для вiдведення вторинних електронiв на внутрiшню поверхню трубки наносять провiдний шар графiту, так званий аквадаг 8, який електрично зтАШiднуiться з анодом 5. Графiтове покриття, крiм того, екрануi електронний промiнь вiд електричних i магнiтних полiв, iснуючих по за трубкою.

Вiдхильна система ЕПТ складаiться з двох пар пластин 6, 7, якi розмiщуються у взаiмно перпендикулярних площинах. При подачi на будь-яку пару пластин напруги електронний промiнь вiдхиляiться у бiк позитивно зарядженоi пластини. Тому, змiнюючи за допомогою потенцiометрiв R7 i R8 постiйнi напруги, якi подаються на вертикально та горизонтально вiдхильнi пластини, можна перемiщувати свiтлову пляму в будь-яку точку екрана.

Змiщенням електронного променя по вертикалi на величину y вiд початкового положення пiд дiiю постiйноi напруги , яка прикладаiться до вертикально вiдхильних пластин, визначають чутливiсть ЕПТ до вiдхилення по вертикалi (мм/В): .

Аналогiчно чутливiсть трубки по горизонталi (мм/В) визначаiться вiдхиленням х вiд початкового положення пiд дiiю напруги , яка прикладаiться до горизонтально вiдхильних пластин: .

Чутливiсть ЕПТ, що використовуються в унiверсальних осцилографах, складаi 0,2..0,5 . Тому СКЗ напруги, яка подаiться на пластини, повинна бути не менше нiж 100..250 В, щоб викликати перемiщення плями на екранi на 50 мм.

Канал вертикального вiдхилення (канал Y) призначаiться для пiдсилення або ослаблення дослiджуваного сигналу, затримки його на якийсь час та перетворення в симетричну напругу. Канал Y включаi в себе вхiдний атенюатор, широкосмуговий пiдсилювач ШП, лiнiю затримки i пiдсилювач вертикального вiдхилення ПВВ, вихiд якого пiдтАЩiднуiться до пластин Y ЕПТ (Рис.6.49).

Дослiджуваний сигнал ux(t) через Вхiд Y подаiться на атенюатор або безпосередньо (вiдкритий вхiд), або через роздiлювальний конденсатор С (закритий вхiд). Якщо вхiд вiдкритий, то в канал вертикального вiдхилення проходять як змiнна, так i постiйна складовi сигналу. В противному разi через конденсатор С проходить тiльки змiнна складова сигналу. Вихiдний сигнал атенюатора пiдсилюiться широкосмуговим пiдсилювачем ШП i подаiться, по-перше, через лiнiю затримки i пiдсилювач вертикального вiдхилення ПВВ на вертикально вiдхильнi пластини ЕПТ, i по-друге, - в канал горизонтального вiдхилення променя для синхронiзацii генератора розгортки.

Рис.2. Структурна схема електронного осцилографа.

Лiнiя затримки затримуi дослiджуваний сигнал на час, необхiдний для спрацювання каналу горизонтального вiдхилення, щоб рух променя уздовж горизонтальноi осi починався ранiше, нiж дослiджуваний сигнал потрапить на вертикально вiдхильнi пластини ЕПТ.

Канал горизонтального вiдхилення (канал Х) складаiться зi схем синхронiзацii та запуску, генератора розгортки i пiдсилювача горизонтального вiдхилення ПГВ.

Генератор розгортки виробляi напругу пилкоподiбноi форми, яка пiсля пiдсилення подаiться на горизонтально вiдхильнi пластини Х ЕПТ. За час прямого ходу розгортки напруга генератора зростаi лiнiйно i електронний промiнь з постiйною швидкiстю рухаiться по горизонталi на екранi ЕПТ. За час зворотного ходу напруга генератора змiнюiться вiд максимального до мiнiмального значення, i промiнь дуже швидко перекидаiться до протилежного боку екрана ЕПТ. Пiсля деякого часу блокування починаiться наступний такт прямого ходу розгортки. При необхiдностi генератор розгортки може бути вiдiмкнутий i через Вхiд X на горизонтально вiдхильнi пластини ЕПТ може бути подана розгортальна напруга вiд зовнiшнього джерела.

При наявностi лiнiйноi розгортки горизонтальна вiсь екрана ЕПТ i вiссю часу, а вертикальна вiсь - вiссю напруги. Задача вимiрювання iнтервалу часу або амплiтуди Ux max сигналу зводиться до вимiрювання лiнiйного розмiру в якiйсь частинi осцилограми (по горизонталi або вертикалi ) та помноженню його на коефiцiiнт розгортки kр або коефiцiiнт вiдхилення kв: ; .

Коефiцiiнт розгортки kр - це масштаб по горизонтальнiй осi, коефiцiiнт вiдхилення kв - масштаб по вертикальнiй осi екрана ЕПТ. Перший з них подають в одиницях часу, вiднесених до подiлок шкали , а другий - в одиницях напруги, вiднесених до подiлок шкали . У сучасних осцилографах змiна коефiцiiнтiв розгортки i вiдхилення здiйснюiться схiдчасто за допомогою перемикачiв: коефiцiiнта вiдхилення з кратнiстю змiни 1; 2; 5; коефiцiiнта розгортки - з кратнiстю змiни 0,25; 0,5; 1; 2; 5.

У процесi експлуатацii осцилографа перевiряiться, чи не вiдрiзняються дiйснi значення коефiцiiнтiв вiдхилення та розгортки вiд iх номiнальних значень, указаних на переднiй панелi приладу. Перевiрка виконуiться за допомогою вмонтованого в осцилограф калiбратора (на Рис.6.50 не показано). Калiбратор являi собою генератор напруги прямокутноi форми типу меандр, амплiтуда та частота якоi вiдомi iз заданою точнiстю.

Вихiдний сигнал калiбратора подаiться на Вхiд Y осцилографа. Зображення амплiтуди та перiоду калiброваного сигналу на екранi ЕПТ повинно мати певнi розмiри. В противному випадку цього домагаються змiною коефiцiiнтiв вiдхилення та розгортки пристроями перестроювання.

Синхронiзацiя розгортки осцилографа. Для одержання на екранi ЕПТ стiйкого зображення дослiджуваного сигналу необхiдно, щоб частота розгортки дорiвнювала частотi дослiджуваного сигналу або була б у цiле число разiв меншою за неi. З цiiю метою генератор розгортки запускаiться (синхронiзуiться) або iмпульсами, сформованими з дослiджуваного сигналу (внутрiшня синхронiзацiя), або зовнiшнiми сигналами. Останнi подаються на вхiд зовнiшня синхронiзацiя. Для синхронiзацii запуску генератора може бути використана напруга мережi живлення, якщо частота дослiджуваного сигналу кратна частотi мережi (синхронiзацiя вiд мережi).

Чiткий запуск генератора розгортки гарантуiться в тому разi, якщо амплiтуда синхронiзуючого iмпульсу досить велика. Рiвень синхронiзуючого iмпульсу плавно регулюiться рукоятками рiвень та стабiльнiсть, розташованими на переднiй панелi осцилографа.

Режими роботи генератора розгортки. Генератор розгортки маi два основних режими роботи: безперервноi (перiодичноi) i очiкувальноi розгортки. Режим перiодичноi розгортки i автоколивальним. Вiн використовуiться при дослiдженнях безперервних або iмпульсних перiодичних сигналiв малоi шпаруватостi. Очiкувальний режим генератора розгортки застосовуiться при дослiдженнях неперiодичних сигналiв, iмпульсноi напруги великоi або змiнноi шпаруватостi, iмпульсiв малоi тривалостi тощо. В цьому режимi генератор розгортки знаходиться у станi готовностi до робочого ходу. При появi iмпульсу синхронiзацii генератор формуi тiльки один перiод напруги розгортки i знову переходить у стан очiкування, на екранi ЕПТ спостерiгаiться зображення тiльки одного iмпульсу.

Бiльшiсть осцилографiв можуть працювати ще в режимi поодинокого запуску. В цьому режимi в колi синхронiзацii формуiться тiльки один iмпульс (при натисканнi спецiальноi кнопки), який викликаi однократне формування пилкоподiбноi напруги генератором розгортки.

Осцилографiчнi розгортки. У вимiрювальнiй практицi широко застосовуються лiнiйна, синусоiдна i кругова розгортки.

Лiнiйна розгортка здiйснюiться за допомогою генератора пилкоподiбноi напруги. РЗi перевагою i те, що осцилограма дослiджуваного процесу спостерiгаiться в прямокутнiй системi координат.

Для одержання синусоiдноi розгортки генератор розгортки вiдтАЩiднуiться i на горизонтально вiдхильнi пластини (через Вхiд X) подають синусоiдну напругу вiд зовнiшнього генератора f2 (Рис.6.50, а). Якщо до вертикально вiдхильних пластин також пiдвести синусоiдну напругу вiд генератора f1, то на екранi ЕПТ зтАШявиться фiгура Лiссажу (Рис.6.50, б): замкнена, якщо вiдношення частот напруг, якi пiдведенi до вiдхильних пластин, i цiлим числом, або незамкнена, якщо вiдношення частот вхiдних напруг i дробовим числом.

Кругова розгортка i окремим випадком синусоiдноi розгортки i може бути одержана, якщо до вертикально та горизонтально вiдхильних пластин ЕПТ пiдвести двi однаковi за амплiтудою i частотою синусоiднi напруги, але зсунутi за фазою на . Зсув фаз на може бути одержаний за допомогою фазо-розщеплювального ланцюжка RC (Рис.6.50, в).

Рис.3. До пояснення розгорток: а, б - синусоiдноi; в - круговоi.

Синусоiдна та кругова розгортки застосовуються частiше за все при вимiрюваннi частоти методом порiвняння та при дослiдженнi характеристик деяких пристроiв.

Канал керування яскравiстю виробляi iмпульси позитивноi полярностi. Тривалiсть цих iмпульсiв пiдсвiчування дорiвнюi тривалостi прямого ходу розгортки. Впродовж iх на екранi ЕПТ спостерiгаiться яскраве зображення осцилограми. В iнтервалi мiж iмпульсами пiдсвiчування потенцiал модулятора знижуiться, внаслiдок чого яскравiсть променя рiзко зменшуiться. Завдяки цьому зворотного ходу променя не видно. В усiх осцилографах передбачаiться також ручне регулювання яскравостi променя.

Характеристики осцилографiв. Головна вимога, яка предтАШявляiться до електронного осцилографа, зводиться до отримання на екранi ЕПТ не викривленого зображення форми дослiджуваних сигналiв у широкiй частотнiй смузi пропускання.

Унiверсальнi осцилографи мають рiзнi за шириною смуги пропускання з верхньою межею до 5..300 МГц i дозволяють дослiджувати сигнали з амплiтудою вiд одиниць мiлiвольт до сотень вольт. Залежно вiд призначення i галузi застосування унiверсальнi осцилографи подiляють на багатофункцiональнi зi змiнними блоками (С1-70, С1-74, С1-91), широкосмуговi (С1-75, С1-92, С1-97), низькочастотнi (С1-76, С1-94), двопроменевi (С1-55, С1-69, С1-96, С1-102, С1-115/1), двоканальнi (С1-92, С1-97, С1-116, С1-118), сервiснi (С1-94).

Швидкiснi, стробоскопiчнi та запамтАЩятовуючi осцилографи

Для спостереження i вимiрювання коротких за часом сигналiв використовують спецiальнi типи осцилографiв: швидкiснi та стробоскопiчнi.

Швидкiснi осцилографи за загальним принципом побудови аналогiчнi унiверсальним, але вiдрiзняються тим, що в них застосовуються спецiальнi ЕПТ бiжучоi хвилi. Вони забезпечують пiдсилення дослiджуваних сигналiв i вiдхилення променя уздовж вертикалi пiд дiiю пiдсилених сигналiв. За допомогою швидкiсноi розгортки забезпечуiться перемiщення променя уздовж горизонталi, тим самим створюiться умова спостереження дослiджуваного сигналу в реальному часi, як i в унiверсальних осцилографах.

Принцип дii стробоскопiчних осцилографiв грунтуiться на ефектi, який дозволяi послiдовно накопичувати iнформацiю про характер дослiджуваного безперервного сигналу. РЖнформацiю про форму електричного сигналу одержують шляхом вiдображення його дискретних миттiвих значень на екранi ЕПТ у моменти часу, якi вибирають у визначеному послiдовному порядку. Так, протягом якогось окремого перiоду iснування сигналу фiксуiться одне його миттiве значення, в наступному вибраному перiодi вибираiться сусiднi значення сигналу i т.д. Внаслiдок такоi послiдовноi вибiрки накопичуiться iнформацiя про форму перiодичного сигналу.

Цi операцii виконуються так (Рис.6.51). Дослiджуванi перiодичнi iмпульси , наприклад, трикутноi форми, перiод яких (Рис.6.51, а), використовуються для модуляцii по амплiтудi дуже коротких строб-iмпульсiв (Рис.6.51, б). Перiод строб-iмпульсiв . Якщо перший строб-iмпульс збiгаiться з початком iмпульсу (момент часу ), то другий строб-iмпульс буде зсунутий вiдповiдно до початку iмпульсу на , третiй строб-iмпульс - на 2 i т.д. Внаслiдок амплiтудноi модуляцii строб-iмпульсiв виникаi послiдовнiсть iмпульсiв u, амплiтуда кожного з яких пропорцiйна миттiвому значенню напруги сигналу в точцi cтробування (Рис.6.51, в).

Рис.4. Дiаграми для пояснення стробоскопiчного осцилографування.

Обвiдна, проведена через вершини модульованих iмпульсiв, повторюi форму дослiджуваного сигналу, а ii перiод в n разiв бiльша нiж перiод дослiджуваних (вхiдних) iмпульсiв , тобто де . Таким чином, вiдбуваiться трансформацiя сигналу в часi. При цьому, чим менший часовий зсув , тим бiльше циклiв необхiдно для перетворення одного перiоду дослiджуваного сигналу i тим сильнiше вiн розтягуiться в часi.

Як приклад наведемо вiдомостi про стробоскопiчний осцилограф С7-13, який разом з блоком 13ПС1 маi смугу пропускання вiд постiйного струму до 10 ГГц. Осцилограф дозволяi дослiджувати сигнали тривалiстю вiд 0,1 до 5 мкс, напругою вiд 20 мВ до 1 В, з основною вiдносною похибкою 5..10%.

ЗапамтАШятовуючi осцилографи мають здатнiсть тривалий час вiдтворювати зображення сигналу пiсля його зникнення на входi. Цi осцилографи застосовуються для дослiдження поодиноких iмпульсiв i сигналiв з частотою, меншою нiж 1 Гц. Основу запамтАШятовуючого осцилографа складаi запамтАШятовуюча ЕПТ (ЗЕПТ).

ЗапамтАЩятовуючi осцилографи характеризуються швидкiстю запису, часом вiдтворення i часом зберiгання.

Пiд швидкiстю запису розумiють максимальну швидкiсть перемiщення променя вздовж екрана (швидкiсть запису осцилографiв С8-13, С8-17 складаi 5..40 км/с), при якiй забезпечуiться запамтАШятовування зображення.

Часом вiдтворення називають iнтервал часу, протягом якого забезпечуiться безперервне вiдтворення записаного процесу при максимальнiй швидкостi без втрати якостi зображення.

Час зберiгання - iнтервал часу, впродовж якого при вимкнутому приладi зберiгаiться записане зображення до наступного вмикання приладу або вiдтворення.

Осцилограф С8-9А, наприклад, характеризуiться такими даними: швидкiсть запису не менш як 100 км/с, час вiдтворення - 1 хв, час зберiгання - 16 год, смуга пропускання - 0..2 МГц.

Аналiзатори спектра

Аналiзатори спектра - це вимiрювальнi прилади, що призначенi для експериментального дослiдження спектра сигналiв. Вони використовуються в дiапазонах низьких, високих i надвисоких частот. За методом проведення аналiзу спектра в часi iх роздiляють на аналiзатори спектра послiдовноi та паралельноi дii. Найбiльшого розповсюдження одержали аналiзатори спектра послiдовноi дii.

Аналiзатори спектра послiдовноi дii. Спрощена структурна схема такого аналiзатора спектра, що ТСрунтуiться на методi фiльтрацii, показана на Рис.6.52.

Генератор розгортки ГР виробляi напругу, яка в часi змiнюiться лiнiйно. Ця напруга пiдсилюiться кiнцевим пiдсилювачем КП Х i використовуiться для вiдхилення променя вздовж горизонтальноi осi Х ЕПТ. Вона також впливаi на керуючий елемент КЕ частотно-модульованого генератора (ЧМГ), завдяки чому частота цього генератора змiнюiться в часi лiнiйно вiд мiнiмального fmin до максимального fmax значень. Напруга ЧМГ подаiться на один iз входiв змiшувача, а на другий вхiд змiшувача через атенюатор Ат i широкосмуговий пiдсилювач ШП - дослiджуваний сигнал ux. Оскiльки змiшувач i нелiнiйним елементом, то його вихiдна напруга маi складну форму, багату на гармонiки комбiнованих частот , де n = 0, 1, 2, 3..; m = 0,1, 2, 3.. Цi гармонiки послiдовно видiляються пiдсилювачем промiжноi частоти ППЧ, як тiльки вони потрапляють у його смугу пропускання. Пiсля iх детектування детектором Д i пiдсилювання кiнцевим пiдсилювачем КП Y на екранi ЕПТ виникають вiдклики-зображення амплiтуд гармонiк дослiджуваного сигналу. Крiм цих вiдкликiв, на екранi трубки буде зображення так званого початкового вiдклику, який виникаi в промiжок часу, коли миттiве значення частоти ЧМГ досягне значення частоти настроювання ППЧ. Частота початкового вiдклику приймаiться за умовний нуль вiдлiку частот гармонiк.

Рис.5. Структурна схема аналiзатора спектра.

Значення амплiтуд гармонiк дослiджуваного сигналу визначають у вiдносних одиницях до амплiтуди першоi гармонiки. Для визначення частот складових спектра i частотного iнтервалу мiж ними передбачаiться калiбратор. При вмиканнi калiбратора на екранi ЕПТ зтАШявляються вiдклики складових спектра калiбратора, частоти яких вiдомi. Внаслiдок цього вздовж осi частот будуть одержанi опорнi точки частоти. Частоти гармонiк дослiджуваного сигналу визначають за розмiщенням вiдкликiв гармонiк сигналу вiдносно опорних точок частоти.

Основнi характеристики аналiзатора. До них належать: роздiльна здатнiсть; точнiсть вiдлiку частоти i амплiтуди; смуга огляду; швидкiсть аналiзу i динамiчний дiапазон.

Роздiльна здатнiсть за частотою - це властивiсть аналiзатора розмежовувати два сусiднi за частотою синусоiднi сигнали. Кiлькiсно роздiльна здатнiсть визначаiться як мiнiмальний iнтервал частот мiж двома складовими спектра, при якому на екранi ЕПТ можна вiдрiзнити зображення двох спектральних лiнiй.

Точнiсть вiдлiку частоти разом з роздiльною здатнiстю визначаi частотну точнiсть аналiзу. Точнiсть вiдлiку частоти безпосередньо залежить вiд точностi калiбрування приладу, методу аналiзу, виду iндикатора, вiд форми i ширини позначок на iндикаторi, якi визначаються динамiчною характеристикою вiдбiрноi (резонансноi) системи (пристрою). Чим ширша позначка, яка спостерiгаiться на екранi iндикатора, тим нижча точнiсть вiдлiку частоти. Точнiсть вiдлiку частоти характеризуiться вiдношенням динамiчноi смуги пропускання DFдин до резонансноi частоти f0 вибiрного пристрою: . Чим бiльше це вiдношення, тим вища точнiсть вiдлiку частоти.

Похибку вiдлiку амплiтуди визначити важко, бо показ аналiзатора залежить не тiльки вiд параметрiв i стабiльностi роботи аналiзатора, але й вiд характеру дослiджуваного сигналу. РЗi значення буде зумовлено роздiльною здатнiстю i часом аналiзу. Чим меншi роздiльна здатнiсть i перiод аналiзу, тим бiльша похибка вимiрювання амплiтуди.

Смуга огляду характеризуi смугу частот, якi одночасно аналiзуються. Вона визначаiться динамiчною смугою пропускання DFдин каскадiв до змiшувача i межами змiни частоти гетеродина. Смуга огляду спектра може змiнюватися вiд сотень герц до десяткiв мегагерц. Бiльшiсть аналiзаторiв мають змiнну смугу огляду: в широкiй смузi огляду ведеться бiльш грубий аналiз спектра з гiршою роздiльною здатнiстю, а у вузькiй смузi - точний аналiз спектра. У першому випадку переглядаiться весь спектр дослiджуваного сигналу, а в другому випадку - окремi його дiлянки.

Швидкiсть аналiзу спектра характеризуi, наскiльки швидко здiйснюiться аналiз дослiджуваного сигналу в заданiй смузi огляду. Аналiз завжди прагнуть вести з якомога бiльшою швидкiстю. Проте ii завжди узгоджують з динамiчною смугою пропускання, яка розширюiться при збiльшеннi швидкостi аналiзу, а отже, погiршуiться роздiльна здатнiсть.

Динамiчний дiапазон характеризуi роботу аналiзатора спектра в лiнiйному режимi. Вiн визначаi здатнiсть аналiзатора нормально функцiонувати при дослiдженнi сигналiв з великим розкидом рiвнiв окремих складових спектра.

Кiлькiсно динамiчний дiапазон D оцiнюють або коефiцiiнтом , або логарифмiчним коефiцiiнтом , де - максимальне i мiнiмальне значення сигналу. Звичайно, без змiни чутливостi аналiзатора при лiнiйному масштабi амплiтуд логарифмiчний динамiчний дiапазон D В» 40дБ, а при використаннi атенюатора вiн може бути розширений до 120 дБ. Збiльшення динамiчного дiапазону бажане задля пiдвищення роздiльноi здатностi.

Динамiчний дiапазон обмежуiться власними шумами i нелiнiйними викривленнями, якi виникають у приладi, а також чутливiстю iндикатора.

Вимiрювачi нелiнiйних викривлень

У багатьох випадках виникаi потреба у визначеннi ступеня викривлення вихiдноi напруги генератора або нелiнiйних викривлень сигналiв у системах передачi iнформацii. Ступiнь нелiнiйних викривлень сигналу ux(t) характеризують коефiцiiнтом гармонiк, пiд яким розумiють вiдношення СКЗ напруги вищих гармонiк до СКЗ основноi (першоi) гармонiки (у вiдносних одиницях або у вiдсотках) цього сигналу:

, (6.28)

де

або

Проте частiш за все в аналогових вимiрювачах нелiнiйних викривлень вимiрюють приблизне значення коефiцiiнта гармонiк - вiдношення СКЗ напруги вищих гармонiк до СКЗ дослiджуваноi напруги U (у вiдносних одиницях або у вiдсотках):

,(6.29)

що призводить до систематичноi методичноi похибки вимiрювань.

Коефiцiiнти , у вiдносних одиницях, звтАШязанi мiж собою спiввiдношенням

. (6.30)

Отже, вимiрявши приблизний коефiцiiнт , завжди можна визначити коефiцiiнт гармонiк , вилучивши методичну похибку. При < 0,1 значення коефiцiiнтiв i практично збiгаються i за точне значення беруть показ приладу, тобто .

На Рис.6.53 приведена спрощена структурна схема вимiрювача нелiнiйних викривлень. Основними ii елементами i подiльник напруги R, попереднiй пiдсилювач П1, загороджувальний (режекторний) фiльтр, узгоджений пiдсилювач П2 i електронний вольтметр V СКЗ.

Пiдсилювач П1 забезпечуi пiдсилення сигналу uх(t) до значення, зручного для вiдлiку, а пiдсилювач П2 призначений для усунення впливу електронного вольтметра на настроювання фiльтра i пiдвищення чутливостi приладу.

Вимiрювання коефiцiiнта гармонiк виконуiться двома етапами: перший етап - калiбрування, другий етап - вимiрювання. Калiбрування зводиться до приведення СКЗ напруги дослiджуваного сигналу uх до одного, стандартного рiвня, який приймаiться за 100%. Для цього перемикач S ставиться в положення К (калiбрування) i змiною вручну або автоматично коефiцiiнта передачi вхiдного подiльника напруги R перемiщують вказiвник вольтметра на кiнцеву позначку шкали тАЬ100тАЭ. Тим самим установлюiться вiдповiднiсть позначки тАЬ100тАЭ шкали такому самому значенню у вiдсотках коефiцiiнта гармонiк , що забезпечуi безпосереднiй вiдлiк значення коефiцiiнта гармонiк зi шкали приладу згiдно з формулою (6.29).

Рис.6. Структурна схема вимiрювача нелiнiйних викривлень.

Для виконання вимiрювання перемикач S переводять у положення В (вимiрювання) i настроюють режекторний фiльтр на частоту основноi гармонiки дослiджуваного сигналу за мiнiмальним показом вольтметра. Настроiний фiльтр заглушуi основну гармонiку i водночас пропускаi вищi гармонiки сигналу uх. Внаслiдок цього на вхiд електронного вольтметра надходять лише вищi гармонiки вхiдного сигналу, i, отже, вiдхилення вказiвника вольтметра вiдповiдаi значенню коефiцiiнта . Точне значення коефiцiiнта при необхiдностi обчислюiться за формулою (6.30).

Прилад дозволяi вимiрювати СКЗ напруги Ux, для чого перемикач S переводять у положення V.

Вимiрювачi нелiнiйних викривлень працюють у межах звукових i ультразвукових частот тАУ вiд 20 Гц до 200 кГц, iх основна абсолютна похибка вимiрювання коефiцiiнта гармонiк складаi приблизно 5..10%.

Вместе с этим смотрят:

GPS-навигация

GPS-прийомник авиационный

IP-телефония и видеосвязь

IP-телефония. Особенности цифровой офисной связи

Unix-подобные системы