3.4.6. Цифровые осциллографы
Дальнейшим развитием техники осциллографирования явилось создание цифровых осциллографов, в которых аналоговый исследуемый сигнал сразу же во входном блоке преобразуется в цифровую форму и запоминается в дискретной памяти.
Зафиксированный в памяти сигнал может быть использован для отображения его на экране электронно-лучевой трубки, на плоском матричном экране или любым другим способом.
Наряду с повышением точности осциллографирования, цифровые осциллографы позволяют
- полностью автоматизировать процесс измерения,
- осуществлять дистанционное управление режимом работы,
- производить математическую и логическую обработку информации.
Использование матричных экранов снижает габариты и массу цифровых осциллографов и устраняет необходимость применения источников питания высокого напряжения.
В самом простом виде цифровой осциллограф имеет структуру, представленную на рисунке:
Здесь входной исследуемый сигнал х(t) усиливается до необходимого значения хн(t) и поступает на аналого-цифровой преобразователь АЦП.
Мгновенные значения нормированного сигнала хн(t) в моменты времени tk, задаваемые генератором Г, преобразуются в цифровые эквиваленты N(tk) и запоминаются в регистре памяти Рг.
Синхронно с моментом взятия цифровых отсчетов N(tk) импульсы tk поступают на счетчик СчМ, где появляется код, равномерно нарастающий во времени.
Коды N(tk) в устройстве отображения ОУ преобразуются в управляющие сигналы N, вызывающие вертикальное перемещение светящейся точки экрана ОУ, а коды М(tk) преобразуются в управляющие сигналы М, вызывающие горизонтальное перемещение светящейся точки экрана ОУ.
При переполнении счетчика СчМ, последний занимает исходное положение, при котором светящаяся точка также возвращается в исходное положение на экране, подготавливая новый цикл получения изображения осциллограммы.
Процесс равномерного набора кода счетчиком СчМ и сброса его в исходное положение при переполнении имитирует временную развертку осциллографа аналогично линейно-изменяющемуся развертывающему напряжению в электронно-лучевом осциллографе.
При отображении сигнала на электронно-лучевой трубке, коды, соответствующие цифровым отсчетам, преобразуются в цифро-аналоговом преобразователе в напряжение, которое поступает на вертикально отклоняющую систему трубки, а коды, соответствующие временной развёртке, через цифро-аналоговый преобразователь подаются в горизонтально отклоняющую систему трубки.
Если отображающее устройство построено на матричной индикаторной панели, то коды вертикального и горизонтального отклонения преобразуются в позиционную форму и выбирают одну из строк и один из столбцов матричной панели, в перекрестии которых возникает светящаяся точка.
В блок управления осциллографом включаются арифметико-логические устройства, что намного расширяет функциональные возможности цифрового осциллографа.
Становится возможным оцифровывать любые значения исследуемого сигнала, получать и отображать его производную, интеграл, спектральную характеристику, корреляционную функцию, распределение плотности вероятности и т.д.
Современная микропроцессорная техника позволяет включением её в цифровой осциллограф решать практически все функциональные задачи, возникающие при исследовании сигналов.
А достижения в области технологии и элементной базы позволяют существенно снижать массогабаритные характеристики цифровых осциллографов, вплоть до разработки карманных приборов.