- •Глава 4 электронно-лучевой осциллограф
- •4.1. Устройство электронно-лучевого осциллографа
- •4.1.2. Электронно-лучевая трубка
- •4.1.3. Двухканальные электронно-лучевые осциллографы
- •4.2. Формирование изображений на экране электронно-лучевой трубки
- •4.2.1. Режим линейной развертки (режим y – t )
- •4.2.2. Режим y – X
- •4.2.3. Растровый режим (режим y – X – z)
- •4.3. Метрология осциллографических измерении
- •4.3.1. Инструментальная погрешность
- •4.3.2. Погрешность взаимодействия
- •4.3.3. Субъективная погрешность
- •4.4. Оценка погрешностей результатов измерений
- •4.4.1. Режим линейной развертки (режим y t)
- •4.4.2. Режим y – X
- •4.34. Погрешность определения фазового сдвига при их равенстве у обоих каналов и неравенстве: а, в, г идеальный случай; б, г реальный случай
4.2.2. Режим y – X
В отличие от режима линейной развертки в этом режиме на входы Y и X могут поступать исследуемые сигналы различных форм. Генератор развертки при этом не используется.
Метод эллипса. В режиме круговой (эллиптической) развертки на входы Y и X ЭЛО подаются синусоидальные сигналы одной частоты или разных частот. На рис. 4.9 приведен пример формирования изображения при поданных на пластины Y и X двух синусоидальных напряжений одной частоты, но сдвинутых друг относительно друга на 90°.
Рис. 4.9. Режим круговой развертки (режим Y и X)
Если на пластины Y и X поступают два синусоидальных сигнала одной частоты f = 1 / T, но с некоторым сдвигом фаз φ = ( t · 360) / T, то на экране ЭЛТ возникнет изображение наклоненного эллипса, по некоторым параметрам которого можно найти значение фазового сдвига φ.
Измерив отрезки а и b, или сиdв изображении эллипса на экране, можно найти фазовый сдвиг φ (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Определение значения фазового сдвига
Поскольку sin φ = а/b, или sin φ = с/d, то значение фазового сдвига φ определяется таким образом:
φ = arcsin(a/b) = arcsin(c/d).
На рис. 4.11 приведены примеры изображений для разных значений фазового сдвига φ.
Рис. 4.11. Изображения на экране в методе эллипса для разных значений фазового сдвига:
а – φ = 0°; б – φ = 30°; в – φ = 60°; г – φ = 90°; д – φ = 180°
Метод фигур Лиссажу. Если на пластины Y и X поступают синусоидальные напряжения разных частот fY и fX, то на экране ЭЛТ возникает изображение замкнутой фигуры – фигуры Лиссажу. На рис. 4.12 показан случай формирования изображения, когда частота fY вдвое больше частоты fX.
Рис. 4.12. Метод фигур Лиссажу
Зная значение одной из частот, можно найти значение другой. Этот метод используется для измерения неизвестной частоты синусоидальных сигналов. На один вход ЭЛО (любой), например, на вход Y, подается сигнал неизвестной частоты, на другой – вход X – подается напряжение с выхода генератора синусоидальных сигналов. Изменением частоты сигнала генератора добиваются устойчивого изображения на экране одной из понятных (удобных) фигур Лиссажу. Затем определяется число точек пересечения полученной фигуры горизонтальной и вертикальной линиями (рис. 4.13, а). Для получения правильного результата линии должны проходить таким образом, чтобы число точек пересечения обеими линиями было максимальным.
После этого отсчитывается значение установленной частоты сигнала генератора. Отношение частот fY / fX равно отношению числа точек пересечения по горизонтали Nг и по вертикали Nв:
fY / fX = Nг / Nв.
Рис. 4.13. Определение точек пересечения (а) или касания (б)
На рис. 4.13, а приведен пример фигуры Лиссажу с соотношением точек пересечения Nг / Nв = 6/4. Это значит, что частота сигнала на входе Y в полтора раза больше, чем частота сигнала на входе X. Например, если частота сигнала генератора, поданного на вход X, оказалась равной 12,4 кГц, то при такой фигуре на экране значение неизвестной частоты сигнала, поданного на вход Y равно 18,6 кГц.
Можно использовать и касательные к фигуре линии (см. рис. 4.13, б), тогда нужно использовать аналогичное соотношение, но точек касания горизонтальной и вертикальной касательной.
На рис. 4.14 приведены примеры изображений для различных соотношений значений частот fY и fX.
Рис. 4.14. Фигуры Лиссажу при соотношении частот fY / fX, равном: а – 3; б – 2; в – 3/2; г - 1; д – 1/2
Общий случай. В режиме Y – X возможна также работа с сигналами любых форм.
Понимание принципа управления отклонением луча позволяет априори определить возможную траекторию движения пятна на экране при известных диаграммах сигналов на пластинах. При достаточном навыке для построения изображения можно обойтись сравнительно небольшим числом точек. Кроме того, для случаев кусочно-линейных сигналов (или хотя бы одного из них) можно упростить процесс построения, рассматривая интервалы времени, соответствующие однообразному (постоянному) поведению сигналов, например, постоянным производным, и дающие сразу целые фрагменты траектории, а не только точки. На рис. 4.15 показан случай двух сигналов с постоянными производными на некоторых интервалах времени. Легко видеть, что на интервалах 1, 2, 3, 4 на экране будут отрезки прямых линий, что при систематическом и достаточно быстром повторении образует на экране прямоугольник (квадрат).
Рис. 4.15. Формирование изображения на экране
В этом режиме ЭЛО может использоваться в качестве характериографа – инструмента исследования характеристик электронных, электрических и электромагнитных устройств. Например, с помощью ЭЛО можно получить зависимость выходного напряжения четырехполюсника от входного.