Калибраторы амплитуды и длительности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Новосибирский государственный технический университет"

Кафедра Защиты Информации

Реферат

по курсу "Электрорадиоизмерения"

Калибраторы амплитуды и длительности

Выполнил:

студент гр. АБ-220

Грушецкая М.В.

Принял:

Рахимов Н.Р.

Новосибирск 2015

Оглавление

Введение

1.Осциллографы

2.Структурная схема универсального осциллографа

3.Калибраторы амплитуды и длительности

4.Эксплуатация осциллографа

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Электрорадиотехнические измерения сегодня широко применяются во всех отраслях промышленности, а также в различных научных исследованиях. По мере развития науки и техники измерения становятся все более разнообразными, а их роль и значение постоянно возрастают. В нашей стране ежедневно производится свыше 20 миллиардов различных измерений, которые стали неотъемлемой частью многих трудовых процессов. Обусловлено это тем, что в эпоху научно-технического прогресса средства и методы радиоэлектроники стали все более широко применяться в космонавтике, ядерной физике, вычислительной технике, медицине, во многих отраслях промышленности для управления и контроля технологических процессов. И во всех случаях для выполнения измерений используются разнообразные и многочисленные электро- и радиоизмерительные приборы. Кроме того, электрорадиоизмерения позволяют определять значения неэлектрических величин - линейных размеров, температуры, давления, влажности, расхода жидкостей и газов и др.

Производство средств электрорадиоизмерений составляет существенную часть затрат отраслей промышленности, создающих радиоэлектронные устройства. Ежегодно в народное хозяйство поступают сотни тысяч современных радиоизмерительных приборов. Особенностью производства радиоизмерительных приборов является то, что они по своим характеристикам должны в определенной степени опережать создание тех или иных технических устройств.

Действительно, трудно создать, например, радиостанцию в новом, не применявшемся до этого диапазоне частот, если невозможно измерить в данном диапазоне ее параметры: мощность колебаний, модуляционные характеристики, длину волны и т. д.

Современный парк радиоизмерительных приборов и диагностирующей аппаратуры насчитывает сотни видов и типов приборов и, в зависимости от точности, классифицируется на две группы. В первую группу входят рабочие средства измерений, вторая группа объединяет образцовые средства измерений и эталоны единиц радиотехнических величин, предназначенные для метрологического обеспечения (аттестации и поверки) рабочих средств измерений.

1. Осциллографы

Электронно-лучевой осциллограф -- один из наиболее универсальных измерительных приборов для визуального наблюдения электрических сигналов и измерения их параметров. Существуют различные типы осциллографов: универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные.

Наиболее распространены универсальные осциллографы, позволяющие исследовать разнообразные электрические сигналы в диапазоне от долей милливольт до сотен вольт с длительностью от единиц наносекунд до нескольких секунд. Полоса пропускания лучших универсальных осциллографов достигает 300--400 МГц. Изображение сигнала на экране индицируется практически одновременно с появлением сигнала на входе, поэтому такие приборы называют осциллографами реального времени. Часто универсальные осциллографы выполняют со сменными блоками, увеличивающими их функциональные возможности.

Скоростные осциллографы предназначены для исследования быстропротекающих процессов (нано - и пикосекундной длительности), для чего используется специальная электронно-лучевая трубка бегущей волны. Предварительного усиления входного сигнала в скоростных осциллографах, как правило, не производят, поэтому чувствительность их невелика. Эти приборы также являются осциллографами реального времени и позволяют наблюдать и фотографировать одиночные и повторяющиеся сигналы.

С помощью стробоскопических осциллографов исследуют повторяющиеся кратковременные процессы. По принципу действия стробоскопические осциллографы относятся к приборам с преобразованием временного масштаба и отличаются высокой чувствительностью и широкой (до 18 ГГц) рабочей полосой.

Запоминающие осциллографы благодаря применению специальных электронно-лучевых трубок обладают способностью сохранять и воспроизводить в течение длительного времени изображение сигнала после исчезновения его на входе. Основное назначение запоминающих осциллографов -- исследование однократных и редко повторяющихся процессов. Запоминающие осциллографы имеют примерно те же характеристики, что и универсальные, однако отличаются расширенными функциональными возможностями.

К специальным осциллографам относят приборы с дополнительными блоками целевого назначения, а также телевизионные, позволяющие выделить видеосигнал заданной строки изображения, цифровые, дающие возможность не только наблюдать сигнал, но и передать его в цифровом виде на ЭВМ для дальнейшей обработки. Специальные осциллографы могут включать блоки измерения напряжений, токов и сопротивлений (мультиметры), а также устройства для исследования вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов.

По числу одновременно наблюдаемых на экране сигналов различают одноканальные и многоканальные осциллографы. Возможность совмещения на экране изображений нескольких входных сигналов реализуют либо использованием специальной многолучевой трубки, либо путем периодического переключения осциллографа на разные входы с помощью электронного коммутатора.

2. Структурная схема универсального осциллографа

Рассмотрим обобщённую структурную схему универсального осциллографа (рис.1). В осциллографе кроме ЭЛТ можно выделить следующие функциональные блоки: каналы вертикального и горизонтального отклонений, устройство синхронизации и запуска развертки, канал модуляции луча вспомогательные устройства, источник питания.

Канал вертикального отклонения (У) определяет основные качественные характеристики, осциллографа и включает вводное устройство, предварительный усилитель, линию задержки и оконечный усилитель. Входная цепь служит для регулировки водного; сигнала по амплитуде, которая осуществляется широкополосным дискретным аттенюатором, проградуированным в значениях, коэффициента отклонения. Во входной цепи предусматривают также коммутируемый разделительный конденсатор, позволявший при необходимости исключать подачу на вход осциллографа постоянной составляющей исследуемого сигнала ("закрытый" вход).

Предварительный усилитель выполняет следующие функции: усиление сигнала и преобразование его из несимметричного в симметричный относительно общего провода, плавную регулировку коэффициента отклонения и изменение постоянной составляющей сигнала, подаваемого на ЭЛТ. Последнее необходимо для регулировки положения изображения по вертикали. В современных моделях широко используется дифференциальный предварительный усилитель с двумя входами. При этом на экране ЭЛТ отображается разность сигналов, поданных на входы.

Линия задержки обеспечивает небольшой временной сдвиг сигнала на пластинах ЭЛТ относительно начала развертки, что важно для ждущего режима. Оконечный усилитель обеспечивает увеличение амплитуды сигнала до значения, достаточного для отклонения луча в пределах экрана, а также согласование входного сопротивления отклоняющих пластин ЭЛТ с выходным сопротивлением предварительного усилителя и линии задержки.

Канал горизонтального отклонения (X) включает генератор развертки и оконечный усилитель. Как правило, генератор развертки имеет три режима работы: автоколебательный (непрерывная линейная развертка), ждущий и режим однократного запуска. Период развертки регулируется дискретно и плавно. Генератор развертки может быть отключен; при этом развертка производится внешним сигналом, подаваемым на вход канала X. Назначение усилителя то же, что и оконечного усилителя Y, однако в нем предусматривается дискретное изменение коэффициента усиления для режима растяжки.

Рис.1 Структурная схема универсального осциллографа

Устройство синхронизации и запуска развертки предназначено для управления генератором развертки и обеспечивает кратности, периодов сигнала и. развертки. Для получения неподвижного изображения начало развертки должно быть связано с одной и той же характерной точкой сигнала (фронтом, максимумом и пр.). Процесс привязки развертки к характерным точкам сигнала называют синхронизацией в автоколебательном режиме и запуском -- в ждущем. Синхронизация и запуск развертки производятся специальным синхроимпульсом, подаваемым на генератор из устройства синхронизации. Различают два рёжима синхронизации: внутреннюю и внешнюю. При внутренней синхронизации синхроимпульсы вырабатывают из усиленного входного сигнала до его задержки. При внешней -- сигнал синхронизации подают на специальный вход осциллографа от внешнего источника. Например, в стандартных генераторах импульсов вырабатываются синхроимпульсы, относительно которых выходной сигнал, может быть, сдвинут с помощью регулируемой задержки. При изучении прохождения импульсов через какое-либо устройство регулировка задержки на генераторе при внешней синхронизации позволяет перемещать импульс на экране осциллографа по горизонтальной координате в удобное для наблюдения место.

Канал модуляции луча по яркости (Z), основное назначение которого -- подсветка прямого хода развертки. Постоянное напряжение на модуляторе ЭЛТ выбирают на уровне запирания трубки. В генераторе развертки вырабатывается специальный прямоугольный импульс подсчета, равный длительности прямого хода развертки. Для равномерной яркости изображения импульс подсвета должен иметь плоскую вершину. Необходимо также обеспечить малую длительность фронта и спада импульса. Для формирования напряжения, поступающего на модулятор, служит усилитель, имеющий также дополнительный вход. Это дает возможность модуляции изображения по яркости внешним сигналом. Канал Z используется также для создания яркостной отметки в осциллографах с двойной разверткой.

Вспомогательные устройства осциллографа включают калибраторы и электронный коммутатор каналов. Калибраторы, встроенные в осциллограф, служат для точной установки коэффициентов отклоненной и развертки непосредственно перед измерениями. Они представляет собой отдельные генераторы сигналов с точно известной амплитудой и частотой. Для калибровки оси У используют постоянные напряжения обеих, полярностей (иногда плавно регулируемые) и напряжения в виде меандра. Масштаб по оси Х обычно устанавливают по синусоидальному напряжению, стабилизированному кварцем.

Электронные коммутаторы, входящие в канал У некоторых осциллографов позволяют наблюдать на экране несколько синхронных процессов (имеющих строго кратные периоды повторения). Такой осциллограф называется многоканальным и имеет несколько входов, подключаемых к усилителю У с частотой развертки. В этом случае на каждом ходе развертки образуется изображение одного из входных сигналов (поочередный режим).

Источник питания осциллографа обычно состоит из двух частей высоковольтного, выдающего необходимые напряжения для питания электродов ЭЛТ, и низковольтного -- для питания остальные узлов осциллографа.

3. Калибраторы амплитуды и длительности

В каждом осциллографе имеются калибраторы амплитуды и длительности, представляющие собой генераторы сигналов с точными значениями амплитуды и частоты соответственно. Калибраторы применяются для проверки и установки коэффициентов отклонения и развертки и проверки компенсированного аттенюатора на входе осциллографа. Сигнал калибратора -- строго прямоугольной формы с частотой 1-2 кГц и скважностью, равной двум (меандр).

Имеются калибраторы с синусоидальной формой сигнала, высокочастотные с кварцевой стабилизацией. Часто один и тот же сигнал используется для калибровки коэффициента отклонения по амплитуде сигнала и коэффициента развертки по периоду повторения. Тогда вместо двух генераторов используется один. Калибраторы характеризуются напряжением и частотой сигналов, а также основной и дополнительной погрешностями установки их номинальных значений.

4. Эксплуатация осциллографа

В процессе эксплуатации осциллографа для обеспечения требуемой точности измерения параметров сигналов необходима подстройка каналов "X" и "У". С этой целью в осциллограф встраиваются калибраторы амплитуды и длительности, которые являются источниками эталонных сигналов. Сигнал калибратора строго определенной формы и частоты. Источником первичного сигнала для формирования калибровочного напряжения обычно является высокостабильный генератор синусоидальных колебаний. Из синусоидальных колебаний формируются симметричные прямоугольные импульсы (меандры). Эталонный размах этих импульсов используется в качестве калибровочного напряжения, а период повторения в качестве калибровочного интервала.

Если при максимальной яркости на экране не будет луча, необходимо при помощи ручек и переместить его в пределы рабочей части экрана.

Произвести балансировку усилителя вертикального отклонения (в процессе эксплуатации сохранность балансировки периодически проверяется и подстраивается).

Сущность балансировки заключается в том, чтобы луч на экране не перемещался при переключении переключателя "Вольт/дел". Для того, не подавая сигнала на вход усилителя, ручкой линию развертки необходимо переместить в среднее положение рабочей части экрана электронно-лучевой трубки и регулировкой "Баланс", выведенной на боковую стенку, добиться независимости положения линии развертки от положения переключателя "Вольт/дел".

Ручку переключателя "Вольт/дел" установить в положение "Калибр", притом на экране должно появиться изображение калибрационного напряжения. Ручку переключателя "Время/дел" установить в положение "1mS".

С помощью потенциометра "Корр. Усил" необходимо установить по шкале прибора амплитуду изображения калибровочного напряжения, равную 6 делениям по вертикали.

Далее следует проверить калибровку коэффициента развертки. Для этого переключатель "Время/дел" и "Уровень" добиться устойчивого изображения десяти периодов напряжения калибратора.

Калибровка производиться потенциометром "Корр. Разв", выведенным на боковую стенку прибора. Прибор готов к работе.

В процессе эксплуатации осциллографа необходима подстройка его каналов. С этой целью в осциллографы встраиваются источники образцовых сигналов - калибраторы амплитуды и длительности. Сигнал калибратора строго определённой формы и частоты. Обычно это меандр с частотой 1-2 кГц и скважностью равной двум.

Может быть, что в качестве образцовых используют синусоидальные сигналы. Перед началом работы осциллограф необходимо откалибровать по образцовому сигналу. Например, осциллограф С1-72 готовится к работе следующим образом: переключатель "Вольт/Деления" поставить в положение "Калибр", переключатель "Время/Деления" в положение "1mS". На экране должны быть две горизонтальные линии, состоящие из 10 пунктиров, расстояние между которыми 6 делений - это 10 периодов образцового напряжения. Если оказалось, что на экране не 10 периодов образцового сигнала, то необходимо потенциометром "Корр. разв", расположенном на боковой стенке прибора, установить 10 периодов (10 пунктиров). Если расстояние между линиями не 6 делений, то с помощью "Корр. Усил" установить 6 делений. С помощью органов управления установить линию развёртки в середину экрана. При переключении переключателя "Вольт/Деления" линия не должна смещаться более, чем на одно деление. Если смещается, то с помощью потенциометра баланс-линию необходимо вернуть в исходное положение. Метод измерения параметров с помощью осциллографа называют методом калиброванного отклонения и развёртки.

При калибровке выходной сигнал калибратора подается на вход Y осциллографа, и на экране ЭЛТ наблюдается изображение калибровочного сигнала. Регулируя усиление предварительного УВО при нулевом ослаблении аттенюатора, совмещают размеры изображения этого сигнала по вертикали с краями шкалы экрана ЭЛТ. Изображение по горизонтали должно быть таким, чтобы на развертке, также совмещенной с краями шкалы, укладывалось требуемое целое число периодов (интервалов) калибровочного сигнала. Если это не наблюдается, корректируют длительность развертки, устанавливая, таким образом, требуемое значение коэффициента развертки.

радиоизмерительный электронный лучевой осциллограф

Заключение

Калибраторы амплитуды и длительности имеют важное значение, так как для правильного воспроизведения сигналов необходимо обеспечить не только правильный вид амплитудной характеристики системы, но и равное время распространения всех передаваемых частот.

Список использованной литературы

1. http://taketop.ru/articles/elektrotexnika/radioizmerenija/kalibratiru

2. http://studopedia.net/2_43795_kalibratori-amplitudi-i-dlitelnosti.html

3. http://radioelpribori.ru/

4. http://forum220.ru/measuring-phase-shift.php

5. Винокуров, В.И., Каплин, С.И., Петелин, И.Г. Электрорадиоизмерения / В.И. Винокуров, С.И. Каплин, И.Г. Петелин. - М.: Высшая школа, 1996. ? 351 с.

6. Электроника и микропроцессорная техника / под ред. В.П. Бабенко. - М.: МИРЭА, 2012. - 373 с.

Размещено на Allbest.ru