Измерение частоты

Известны самые разнообразные методики измерения частоты, но в настоящее время применяются только две модификации метода сравнения: метод интерференционных фигур и метод круговой развертки. В обоих случаях осциллограф выполняет функции индикатора равенства или кратности измеряемой (f_x) и образцовой (f_о) частот и погрешности в результат измерения f_х практически не вносит.

Метод интерференционных фигур

При подаче на входы Y и X двух синхронных синусоидальных напряжений луч на экране ЭЛТ совершает сложное движение, и траектория луча воспринимается как неподвижная интерференционная фигура (фигура Лиссажу). Вид ее зависит от кратности fх/fо, соотношения амплитуд напряжений и фазового сдвига между ними. Полагая равными амплитуды напряжений (обеспечивается регулировкой усиления в УВО и УГО), приведем примеры интерференционных фигур для различных значений fх/fо и 

.

Из табл. видно, что, независимо от значения , для определения f_х/f_о может быть рекомендовано следующее правило. Через изображение фигуры мысленно проводятся вертикальная и горизонтальная линии так, чтобы они не пересекались с узлами фигуры (сплошные линии). Числа пересечений вертикальной линии с линиями фигуры (n_y) и горизонтальной липни (n_x связаны с f₀ и f_x соотношением n_y× f₀= n_x× f_x Откуда легко находится искомое значение f_x. Если линии будут пересекаться с узлами фигуры (пунктирные линии), то кратность f_х/f_о будет определена неправильно.

Чем сложнее фигура, тем затруднительнее становится применять рассмотренное правило. Поэтому при практических измерениях нужно всегда стремиться к простейшему виду фигуры – эллипсу, когда f_х=f_о. Однако чем выше f_х, тем труднее получить неподвижное изображение эллипса

Электрические характеристики и параметры осциллографа

Широкое применение осциллографов во многих областях знаний и техники приводит к необходимости характеризовать его системой параметров. В систему электрических параметров входят: параметры каналов X, Y и Z, параметры ЭЛТ, параметры калибраторов амплитуды и длительности.

Основной причиной искажений формы сигнала являются линейные и нелинейные искажения, вносимые каналом Y осциллографа. Нормируемыми параметрами амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) осциллографа являются:

а) полоса пропускания – диапазон частот, в пределах которого спад АЧХ не превышает 3 дБ относительно значения на опорной частоте;

б) нормальный диапазон–диапазон частот, в пределах которого неравномерность АЧХ не превышает погрешности установки коэффициента отклонения;

в) опорная частота – частота, на которой спад АЧХ отсутствует. Спад АЧХ (в дБ)

где h_{f оп} — вертикальный размер осциллограммы на опорной частоте; h_fизм –то же на частоте исследуемого сигнала.

Для оценки линейных искажений необходимо знать нижнюю fn и верхнюю fв граничные частоты полосы пропускания канала Y. Частота fn определяет искажения горизонтальных участков импульсов большой длительности, а частота fв искажения быстрых перепадов сигнала.

При оценке искажений импульсных сигналов удобно пользоваться переходной характеристикой (ПХ). В осциллографе ПХ каналаY оценивается по осциллограмме на экране ЭЛТ (рис. 15) при подаче на его вход перепада напряжения. Нормируются время нарастания τ_н, интервал, течение которого ПХ изменяется от 0,1 до 0,9 от установившегося значения, и выброс – часть ПХ, превышающий установившееся значение. Численное значение выброса выражают в процентах:

Значение выброса ПХ связано с формой АЧХ. Оптимальной АЧХ, позволяющей получить минимальное значение τ_н при минимальном выбросе, соответствует характеристика, близкая к кривой Гаусса:

где f_в — верхняя граничная частота

У большинства осциллографов АЧХ имеет форму (последняя формула) не только в пределах полосы пропускания, но и вне ее, т. е. при этом значение выброса минимально.

Нормируемым параметром осциллографа являются калиброванные значения коэффициента отклонения канала Y. Максимальное и минимальное значения коэффициента отклонения (или обратной его величины — чувствительности) приводятся в инструкции к осциллографу.

Важным параметром является входное сопротивление R_вх и входная емкость С_вх канала Y Чем больше R_вх и меньше С_вх, тем меньше проявится влияние подключения осциллографа к измеряемой цепи. Обычно R_вх составляет 1 МОм, входная емкость — С_вх = 20...40 пФ. При использовании выносного пробника входная емкость может быть уменьшена до 7 ... 10 пФ.

Основным параметром, характеризующим канал X осциллографа, является диапазон изменения длительности развертки. В современных приборах длительность прямого хода развертки Т_ПР обычно задается в виде коэффициентов развертки. Указывается также значение коэффициента нелинейности развертки.

В конструкциях осциллографа предусматривается возможность использования канала X для подачи внешнего сигнала. Поэтому этот канал также характеризуется коэффициентом отклонения, полосой пропускания, входным сопротивлением и емкостью.

Параметрами канала Z, которые учитывают при выборе осциллографа, являются: диапазоны частот и модулирующего напряжения сигнала, входное сопротивление и емкость.