Осциллограф. Часть 4. Параметры приборов

Полоса частот

Это один из наиболее важных параметров осциллографа. Определяет диапазон сигналов, которые вы можете наблюдать на экране (существенно влияет на стоимость прибора). Для того, чтобы осциллограф мог отображать в надлежащем виде сигнал на экране, ему требуется полоса частот в три раза больше полосы исследуемого сигнала. Второй, не менее важный параметр, имеющий отношение к полосе частот - частота дискретизации.

Частота дискретизации (количество выборок в сек)

В отличие от аналогового, цифровой осциллограф воспроизводит сигнал на экране несколько иначе. Сигнал с его входа, через делитель и усилитель попадает на АЦП (аналоговый цифровой преобразователь). Здесь сигнал приобретает форму дискретного сигнала, и уже представляет собой некую импульсную последовательность. В параметрах каждого из импульсов будет заложена информация о конкретной выделенной точке, с огибающей входного сигнала. Иными словами: «входной сигнал воспроизводится осциллографом по выделенным точкам». Очевидно, что при большем выборе количества точек на исходном сигнале, воспроизведение сигнала на экране будет точнее. А какова же должна быть минимальная частота дискретизации (или минимальное количество выборок), чтобы сигнал в достаточной степени соответствовал исходному? Минимальная частота дискретизации осциллографа в реальном времени должна быть равна не менее четырем полосам пропускания осциллографа. Поэтому нужно смотреть? какие возможности заложены в вашем осциллографе. Очень часто производитель указывает максимальную частоту дискретизации (количество выборок), которая возможна только при работе одного канала. Некоторые же указывают частоту дискретизации для 1-2х; 4х и далее. При этом вы видите, что чем больше каналов задействуется, тем ниже частота дискретизации. Поскольку мы работаем в основном автомобильными осциллографами, необходимо на это минимальное значение обращать внимание.( А о частотах и сигналах, с которыми мы работаем, я скажу ниже.) Вот поэтому, когда работаете одним каналом или двумя, частота и может быть максимальной. Если вы задействовали все каналы на своем осциллографе,чатота дискретизации скорее всего снизится в разы. На том же осциллографе Посталовского посмотрите, какая максимальная частота для 1-2х канального режима. И как она изменяется при увеличении задействованных каналов. Вот и решайте: «либо нацеплять кучу датчиков и любоваться кучей «визуально плохих» сигналов; либо задействовать минимум и лучше рассмотреть осциллограммы. Это еще одно отличие автомобильного осциллографа от «нормального осциллографа». Можно сохранить достаточно высокую степень дискретизации по всем каналам, и даже сделать ее максимальной, но здесь уже будет вопрос цены...

И главное, пока идет обработка сигнала со входа осциллографа, пока развертка заполняет экран - сигнал на входе не прекращается. Значит, мы часть информации теряем. Может повысить скорость дискретизации и этого достаточно? А что делать, когда нужно выполнить захват сигнала для просмотра и анализа?

Внутренняя память осциллографа

После АЦП оцифрованный сигнал записывается в высокоскоростную память осциллографа. Без нее цифровой осциллограф работать не сможет. Объем внутренней памяти - важный параметр осциллографа. Важно понимать в каких целях используется внутренняя память осциллографа.

Первое: это анализ в автономном режиме; захват точек данных, и последующее их масштабирование для получения более подробной информации.

Второе: это данные для автоматического анализа и выполнения математических функций;

Многие ошибочно полагают, что максимальная частота дискретизации находится в области полной развертки изображения. Это не так. Для обеспечения этого условия потребовалась бы громадная внутренняя память. А реализация в «железе» повлекла бы за собой значительное увеличение стоимости. Можно встретить осциллограф с высокой частотой дискретизации и небольшой внутренней памятью. Такой осциллограф будет просто вынужден снизить количество выборок в секунду, если ставить развертку 2ms и меньше, поскольку необходимая полоса частот для воспроизведения сигнала будет незначительной.

Но чем больше память осциллографа, тем больше времени выделяется на захват точек данных для просмотра и анализа. Это не всегда удобно, не всегда нужно, это может несколько усложнять процесс работы с прибором.

Поэтому все же на внутреннюю память тоже могут вводиться ограничения исходя из области применения прибора. Если вам необходимо просматривать сигналы:

* при захвате

* длительный период времени

* с большим разрешением между точками,- тогда память осциллографа должна быть большой.

Необходимый объем памяти можно оценить по двум параметрам:

* временной интервал

* частота дискретизации

А теперь несколько простых формул, которые могут потребоваться при выборе прибора.

1. Полоса частот сигнала = 0.5/скорость нарастания фронта импульса;

2. Полоса частот осциллографа = 3 х полосы частот тестируемого сигнала;

3 Минимальная частота дискретизации осциллографа в реальном времени = 4 х полосы частот осциллографа;

4. Объем памяти = Частота дискретизации х время прохождения сигнала по экрану осциллографа.

Остался необъясненным п.1 из списка. Время нарастания амплитуды во фронте импульса или время спада амплитуды(в данном случае употребление слова «спад» корректно, поскольку разговор идет о времени, а не о амплитудных значениях. Это понятие принятое)

Любой периодический сигнал, кроме прочих характеристик имеете еще и частоту. Следовательно, необходимо согласовывать частотные характеристики сигнала с входным трактом осциллографа. Если этого не сделать, то получим искажение формы сигнала и временных промежутков. АЧХ (амплитудно - частотная характеристика), оценивается для синусоидального сигнала. А в реальности имеем дело далеко не с синусоидами. Поэтому в осциллографах, для более полной и справедливой оценки введены ПХ (переходные характеристики). Оценка этих характеристик основана на том, как воспроизводит осциллограф сигнал с бесконечным спектром. Тестовым сигналом может служить прямоугольный импульс, у которого время нарастание во фронте и время спада близки к нулю. Такой импульс формирует большое количество гармонических составляющий основного сигнала. Часть из них будут обрезаны полосой пропускания осциллографа, а значит время нарастания во фронте (спаде) увеличится и увеличится время установления импульса; часть гармоник усилится за счет неравномерности АЧХ и приведет к выбросу на вершине импульса.

Составляющие ПХ (переходные характеристики):

-время нарастания во фронте - это время в течение, которого импульс изменяет свое значение от 0,1 до 0,9.(спад – наоборот 0,9-0,1), измеряется в сек.

- время установления импульса - это время, в течение которого колебательные процессы на вершине импульса станут меньше 1% от амплитуды импульса.

-выброс на вершине (спаде) это отношение превышения амплитуды установившегося импульса, к амплитуде импульса. Измеряется в процентах. Почему это нужно знать? А потому, что если это не знать, то при измерениях могут быть ошибки. И как следствие неправильные выводы и уход от неисправности в противоположную сторону. Как это выглядит на экране осциллографа:

Фото№35

Фото№ 36

Вот осциллограммы одного и того же сигнала. Видны выбросы и на вершине и на спаде. Сигнал можно масштабировать, растягивать разверткой, изменять порог сигнала. И может оказаться, что человек увидит то, что совершенно не нужно. Но бывают моменты, когда это нужно сделать для того, чтобы рассмотреть и понять причину неисправности. И тогда все, о чем сказано выше, надо учитывать.

МАРКИН Александр Васильевич

г. Белгород

Таврово мкр 2, пер. Парковый 29Б

(4722) 300-709

© 1999 – 2010 Легион-Автодата