Измерение напряжений

Современные типы осциллографов позволяют измерять все параметры переменных напряжений. При этом может быть реализован как метод прямого преобразования, так и метод сравнения.

Измерение напряжений методом прямого преобразования

Метод прямого преобразования, называемый еще методом калиброванного отклонения, сводится к предварительной калибровке канала Y с помощью калибратора амплитуды. В процессе калибровки устанавливается требуемое значение k_o, являющееся фактически ценой деления шкалы экрана ЭЛТ.

Если размеры осциллограммы оказались за пределами шкалы, необходимо воспользоваться аттенюатором и уменьшить размеры осциллограммы. Тогда следует учитывать коэффициент передачи аттенюатора.

При измерениях очень важно всегда размещать осциллограмму в пределах рабочей части экрана ЭЛТ и минимизировать ширину линии луча. Кроме того, не должна вноситься дополнительная погрешность за счет параллакса. Для этого либо применяются шкалы, у которых линии и риски наносятся друг против друга с обеих сторон шкалы, либо шкала наносится прямо на внутреннюю поверхность стекла экрана ЭЛТ. При выполнении этих условий реализуется основная погрешность измерения напряжения, нормируемая классом точности осциллографа.

Измерение напряжений методом сравнения

Метод сравнения может иметь различные аппаратурные реализации. Рассмотрим два характерных примера.

Если измерения производятся с помощью двухканального осциллографа, то на экране ЭЛТ могут быть совмещены изображения измеряемого и образцового напряжений. Для этого на вход Y1 подается исследуемый сигнал, а на вход Y2 – образцовое напряжение, которое может быть как постоянным, так и переменным. Совмещая калибровочную линию, создаваемую образцовым напряжением, с границами измеряемого участка осциллограммы, определяют с помощью, например, встроенного вольтметра искомое значение U_х.

Для дальнейшего повышения точности измерений необходимо исключить погрешность из-за искажений осциллограммы исследуемого сигнала за счет неравномерности АЧХ канала Y. Это возможно только путем измерения напряжений на входе осциллографа, когда искажения еще не вносятся. Однако такая методика требует формирования калибровочного напряжения из исследуемого сигнала (путем его усечения) и поэтому применяется только в некоторых типах осциллографов. Спектральные составляющие калибровочного и исследуемого сигналов отличаются в этом случае незначительно, что и позволяет исключить погрешность за счет неравномерности АЧХ.

Измерение интервалов времени

Одним из распространенных методов измерения t является применение осциллографических разверток. С их помощью также могут быть реализованы методы прямого преобразования и сравнения.

Измерение t методом прямого преобразования

Этот метод, называемый также методом калиброванного коэффициента развертки, аналогичен случаю измерения Uх. Перед измерением с помощью калибратора длительности устанавливается требуемое значение k_о, являющееся ценой деления шкалы по горизонтали. В этом случае, если используется растяжка развертки, то учитывают коэффициент, характеризующий кратность растяжки.

В практике осциллографических измерений длительность импульса _и принято измерять на уровне 0,5 амплитуды наблюдаемого изображения. Это правило хотя и является в какой-то степени условным, но позволяет устранить неопределенность при измерении _и импульсов произвольной формы. Точно так же при измерении длительности фронта импульса _ф за отсчетные точки принимают значения 0,1 и 0,9 амплитуды наблюдаемого изображения. Поэтому шкалы на экранах ЭЛТ, кроме сплошных линий, образующих координатную сетку, могут иметь две горизонтальные пунктирные линии на уровнях 0,1 и 0,9 от полной высоты шкалы. В таких случаях изображение импульса при измерении _и и _ф должно занимать всю высоту шкалы.

Если измеряется период следования импульсов или временной интервал между двумя различными импульсами, на развертке должны наблюдаться изображения обоих импульсов (опорного и интервального). Методика измерения не изменяется, но точность измерения больших значений может снизиться. Дополнительные возможности дает применение круговой развертки, так как длина окружности в  раз больше ее диаметра. На экран ЭЛТ в таком случае накладывается шкала с полярной системой координат, а опорный и интервальный импульсы подаются на вход Z, создавая на окружности яркостные метки. Совмещая метку опорного импульса с началом шкалы, измеряют угловое положение второй метки  и определяют искомое значение t