Методы измерения периода

Основными методами измерения периода являются: метод измерения с заполнением одного или нескольких периодов измеряемого сигнала T_x квантующими импульсами с частотой f_ГОЧ и метод с использованием дополнительного генератора нониусных (вспомогательных) импульсов.

Первый метод реализуется схемой рис. 58, и работа схемы осуществляется так, как это было описано ранее, отличие лишь в том, что отсутствует преобразователь кодов ПК и коэффициент деления ДЧ выбирается из ряда 1; 10; 100 и т. д.

Второй метод применяется на высоких частотах, когда нет возможности значительно увеличить частоту ГОЧ для получения требуемой погрешности и нельзя произвести деление входной частоты. Схема такого прибора приведена на рис. 59.

Рис. 59. Структурная схема частотомера:

УУ – устройство управления; НГ – несущий генератор

Результат счета первого счетчика N_x =T_x f₀ .

По заднему фронту периода T_x запускается НГ и его импульсы идут на СТ2 до тех пор, пока не произойдет совпадение импульса НГ и импульса ГОЧ, в результате чего на выходе К2 возникнет стоп импульс, который вызовет снятие на выходе УУ сигнала «разрешение». Таким образом, появится еще один (или несколько) младший разряд – ЦОУ2.

Период нониусного генератора выбирается из условия

, (33)

где п – номинальный отсчет СТ2, выбираемый равным 10 или 100.

Уравнением преобразования схемы является выражение для интервала T_x, определяемого по сумме отсчетов счетчиков:

, (34)

где – промежуток времени между последним квантующим импульсом частоты и задним фронтом импульса .

5. Электронно-лучевые осциллографы

ЭЛО предназначен для визуального наблюдения и измерения электрических сигналов. Важными достоинствами электронных осциллографов являются широкий частотный диапазон, высокая чувствительность, большое выходное сопротивление и наглядность.

В основе электронных осциллографов лежит преобразование исследуемых сигналов в видимое изображение, получаемое на экране электронно-лучевой трубки.

Простейшая однолучевая трубка представляет собой стеклянный баллон, из которого откачан воздух и в котором расположены подогреваемый катод К, модулятор (сетка) М, фокусирующий анод А1, ускоряющий анод А2, две пары взаимно перпендикулярных пластин ОПх и ОПу (горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины) (рис. 60).

Внутренняя поверхность дна баллона (экран Э) покрыта люминофором, способным светиться при бомбардировке электронами. Совокупность электродов К, М, Al, A2 называют электронной пушкой. Конструктивно эти электроды вы­полнены в виде цилиндров, расположенных по оси трубки.

Электронная пушка излучает узкий пучок электронов – электронный луч. Интенсивность электронного луча регулируют путем изменения отрицательного относительно катода напряжения на модуляторе М, что приводит к изменению яркости изображения.

Рис. 60. Электронно-лучевая трубка со схемой управления электронным лучом

 

Напряжение на первом аноде А1 фокусирует поток элек­тронов в узкий луч, позволяющий получить на экране трубки светящееся пятно малого размера. Для ускорения электронов до скорости, необходимой для свече­ния люминофора, на второй анод А2 подается высокое положительное напряже­ние. Сформированный электронный луч проходит между парами отклоняющих пластин ОПх и ОП_У и под действием напряжений, приложенных к этим пласти­нам, отклоняется соответственно по осям координат X и Y, вызывая смещение светящегося пятна на экране трубки.

Осциллографические электронно-лучевые трубки характеризуются чувст­вительностью, полосой пропускания, длительностью послесвечения, рабочей площадью экрана, цветом свечения люминофора и др.

Функциональная схема электронного осциллографа и его принцип действия (рис. 61).

Основными блоками осциллографа являются электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), входной делитель напряжения (ВД), усилитель вертикального отклонения (УВО), блок синхронизации (БС), генератор развертки (ГР), усилитель горизон­тального отклонения (УГО) и калибраторы амплитуды (КА) и длительности (КД). Исследуемый сигнал подается на вход Y канала вертикального отклонения, включающего в себя ВД и УВО. Выходное напряжение УВО, поступая на верти­кально отклоняющие пластины, управляет отклонением электронного луча в трубке по оси Y.

  

Рис. 61. Функциональная схема электронно-лучевого осциллографа

Для получения требуемого размера изображения на экране входной сигнал усиливается (или ослабляется) в канале вертикального отклонения до необходи­мого значения. Последовательное включение ВД и УВО обеспечивает значитель­ный диапазон исследуемых напряжений. При подаче переменного напряжения на вход Y электронный луч вычерчивает на экране осциллографа вертикальную ли­нию. Для получения изображения исследуемого сигнала необходимо смещать (развертывать) луч по оси X с равномерной скоростью. Это осуществляется пода­чей на отклоняющие пластины ОП_Х напряжения линейной развертки (рис. 62). На­пряжение линейной развертки вырабатывает генератор развертки ГР.

Развертка исследуемого сигнала на экране осуществляется за время нарас­тания напряжения развертки, то есть за время прямого хода луча t_пр. За время спада напряжения развертки луч должен возвратиться в исходное положение, это время называется временем обратного хода луча t_обр.  Для того, чтобы во время обратного хода луч не вычерчивал линии на экране, его гасят путем подачи отри­цательного импульса на модулятор ЭЛТ.

Исследование сигналов в широком диапазоне частот обеспечивается пере­ключением частоты пилообразного напряжения, предусмотренным в ГР. Это по­зволяет проводить наблюдения исследуемых сигналов в нужном масштабе вре­мени. Выходное напряжение ГР усиливается УГО до значения, необходимого для управления электронным лучом ЭЛТ и получения изображения требуемого раз­мера.

Для получения устойчивого изображения, на экране осциллографа служит блок синхронизации БС (см. рис. 67). Блок синхронизации осуществляет измене­ние частоты генератора ГР (в некоторых пределах) в соответствии с частотой ис­следуемого процесса. Для этого сигнал из канала вертикального отклонения по­дается на БС, на выходе которого вырабатываются импульсы синхронно с изме­нением исследуемого сигнала. Такой режим работы генератора развертки, назы­ваемый непрерывным, применяется для наблюдения периодических сигналов.

Рис. 62. Форма напряжения линейной развертки

При исследовании непериодической последовательности импульсов или одиночных импульсов непрерывный режим работы ГР непригоден, поскольку он приводит к тому, что положение изображения импульсов на экране по оси време­ни становится неопределенным. В этом случае применяют ждущий режим рабо­ты генератора. В этом режиме ГР вырабатывает пилообразный импульс только с приходом исследуемого импульса. Это позволяет обеспечить устойчивое положение изображения одиночных импульсов на экране.

В осциллографах предусматривается также возможность запуска генератора ГР от внешнего источника (внешняя синхронизация). Для этого имеется специальный вход «вход синхронизация» и переключатель В2.

Во многих осциллографах предусмотрена возможность управления отклонением луча по оси Х внешним напряжением. Для этого у осциллографа есть «вход Х», на который подается внешнее управляющее напряжение и переключатель В3, устанавливаемый в этом случае (по схеме рис. 61) в нижнее положение.

Для повышения точности измерений осциллографы имеют калибраторы амплитуды КА и длительности КД, позволяющие устанавливать номинальные значения коэффициентов отклонения и коэффициентов развертки. Калибраторы представляют собой генераторы прямоугольных импульсов с известным значением амплитуды и частоты. Для проверки коэффициентов отклонения и развертки переключатель В1 (см. рис. 61) ставится в положение «калибровка».