Осциллографический измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов Советский патент 1982 года по МПК G01R19/04 

(54) ОСиИЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при осциллографических измерениях ампл тудных характеристик электрических сиг налов. Известно осциллографияеское устройство, содержащее соединенные с выходной клеммой переключатель и измерител мгновенных значений амплитуд, другие входы которого соединены с входами блока управления и измерителя временных интервалов и с выходами компараторов, входы которых соединены соответственно с источниками опорных напряжений, с электроннолучевой трубкой и через блок развертки с блоком управления, один выход которого соединен через блок подсвета с электроннолучевой трубкой, а другой вьисод которого соединен с переключателем, другие входы которого соединены с источниками положительного и отрицательного напряжений, а Выход переключателя соединен через усилитель вертикального отклонения с электроннолучевой трубкой 1. Недостатком осциллографического устройства является низкая точность измерения амплитудных характеристик исследуемого сигнала, а также значительные затраты времени измерения параметров сигнала по экрану электроннолучевой трубки. Наиболее близким техническим решением является осциллографиЧеский измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов, содержащий электроннолучевую трубку, вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходами первого и второго канашов предварительного усилителя вертикального отклонения через выходной усилитель, горизонтально отклоняющие пластины соединены с выходом блока развертки, компаратор, первый вход которого соединен с регулируемым источником ного напряжения, а второй подключен ко вторым выходам первого и второго

каналов предварительного усилителя, выход компаратора через логический блок развертки соединен с блоком развертки, модулятор электроннолучевой трубки соединен через усилитель подсвета с другим выходом логического блока развертки, а также мультиметр {измеритель постоянного напряжения и напряжения низкой частоты) L21Недостатком измерителя является низкая точность измерения, обусловленная неравномерностью амплитудночастотной характеристики тракта вертикального отклонения и погрешностью совмещения изображения сигнала с калиброванной шкалой электроннолучевой трубки, а также значительное время измерения, обусловленное временем температурной стабилизации тракта вертикального отклонения при. измерении сигнала.

Цель изобретения - повышение точности измерений при одновременном сокращении времени измерений. i ., .. Поставленная цель достигается тем, что в осциЛлографический измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов, содержащий электроннйлучевую трубку, вертикально отклоняющие пластины которой,соединены с выходами первого и второго каналов предварительного усилителя вертикального отклонения через выходной усилитель, горизонтально отклоняющие пластины соединены с выходом блока развертки, компаратор, первый вход которого соединен с регулируемым источником опорного напряжения, а второй подключен к вторым выходам первого и второго каналов предварительного усилителя, модулятор электроннолучевой трубки соединен с выходом усилителя подсвета, первый вход которого соединен с вторым выходом блока развертки, и мультиметр, дополнительно введены первое и второе вычитающие устройства, ключ, дифференцирующее устройство, устройство регулируемой .задержки и аттенюатор, причем выход аттенюатора соединен с входом мультиметра, первый вход аттенюатора соединен с третьим выходом первого канала федварительного усилителя вертикального отклонения, втсрой вход аттенюатора соединен с выходом первого вычитающего устройства, первый вход которого подключен к выходу регулируемого источника опорного напряжения, а второй - через ключ к общей шине и через второевычитающее устройство

К первому вьисоду первого канала преавврительного усилителя, гфи этом выход дифференцирующего устройства соединен с вторым входом усилителя подсвета, 5 вход дифференцирующего устройства - с вторым входом компаратора, между выходом которого к входом блока развертки включено устройство регулируемой задержки, а у1)авляк швб вход ключа o соединен с клеммой у1фавляюшего сигнала.

На фиг. I представлена структурная схема осциллографического измерителя амплитудных характеристик электрических сигналов; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. При этом на фиг. 2 - 16, 17, и 18 - формы исследуемого сигнала на экране ЭЛТ при различных значениях выходного натфяжения регулируемого источника опорного напряжения; 19 и 20 - формы исследуемого сигнала, поступающего на вход второго канала 1федварительного усилителя и линия развертки первого канала предварительного усилителя.

ОсцЕсллографический измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов содержит электроннолучевую трубку (ЭЛТ) 1, вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходами первого канала 2 хфедварительиого усилителя вертикального отклонения и второго канала 3 через выходной усилитель 4. Гqpизoнтaльнo отклоняющие пластины электроннолучевой трубки (ЭДТ) 1 через блок 5 развертки и устройство 6 регулируемой задержки подключены к выходу компаратора 7. Первый вход компаратора 7 соединен с регулируемым источником 8 опорного нбшряжения, а второй подключен к вторым выходам первого канала 2 усиления и второго канала 3. Модулятор ЭЛТ соединен с выходом усилителя 9 подсвета, вход которого подключен ко Второму выходу блока 5 раавсртки. Выход аттенюатора 10 соединен с входом мультиметра 11, а вход - е выходом первого вычитающего устройства 12 Первый вх.оа этого устрЪйства с выходом регулируемого источника 8 опорного напряжения, а втсфой через ключ 13 с общей шиной и через второе вычитающее устройство 14 - с первым выходом первого канала 2 предварительного усилителя. Третий выход этого канала соединен с у1фавляювшм входом аттенюатора 1О. Вход дифференцирующего устройства 15 связан с вторыми выходами каналов 2 и 3 предварительного усилителя, выход - со Вторым входом усилителя 9 подсвета, а управляющий вход ключа 13 - с клек.мой угфавляющего сигнала. Каждый канал 2 и 3 предварительног усилителя вертикального отклонения вклю чает в себя частотно-компенсированный аттенюатор с переключателем чувствительности, балансный широкополосный УПТ, предварительный усилитель синхронизации с переключателем синхронизации (от первого или второго каналов). На входах частотно-компенсированных делителей установлены ключи, коммут.ирующие эти входы к источнику сигнала или общей шине. Коэффициент передачи сигна ла от входа каждого канала 2 и 3 предв рительного усилителя до второго входа компаратора 7 равен единице. Выходной усилитель 4 содержит на входе линию . задержки. Блок 5 развертки состоит из формирователя прямоугольных импульсов, запу каемого импульсами синхронизации с вы хода компаратора 7 и генератора пилообразного напряжения. Устройство регулируемой задержки 6 1федставляет собой формирователь прямо угольных импульсов с регулируемой длительностью. Регулирование величины опорного напряжения на выходе источника 8 про зводится с помощью регулировки Уровень на передней панели устройства. Аттенюатор 10 представляет собой операционный усилитель с регулируемым коэффициентом передачи. Управление аттенюатором 10 осуществляется цифровыми сигналами с третьего выхода первого канала 2 федварительного усилите ля (с переключателя чувствительности), Вычитающие устройства 12 и 14 выполнены на основе операционных усилителей. Ущ)авление ключом 13 1ФОИЗВОДИТ ся вручную с помощью кнопки на передней панели устройства. Устройство работает следующим об разом. При измерении мгновенного значения исследуемого сигнала источник последнего подключается к входу первого или второго каналов 2 и 3, а на управляющий вход ключа 13 от внешнего источни ка поступает сигнал управления и ключ 13 открывается. При этом на первый вход первого вычитающего устройства 1 оступает опорное напряжение регулируемого источника 8, а второй вход подключается ключом 13 к общей щине. Импульс на выходе компаратора 7 оа нйкает в момент вр--мени, когда сигнал с второго выхода первого канала 2 1феи-, варительного усилителя превысит величину опорного уровня источника 8. Этот импульс воздействует на вход блока 5 развертки, в результате чего последний формирует прямоугольный импульс, поступающий на вход усилителя 9 подсвета, и пилообразное нагфяжение развертки для ЭЛТ 1. При этом величина опорного напряжения источника 8 (регулировка Уровень на передней панели прибора) выбирается такой, чтобы начало изображения сигнала на экране ЭЛТ 1 совпало с измеряемой точкой исследуемого сигнала (фиг. 2 - 16, 17 и 18). В результате на входе аттенюатора IО будет постоянное напряжение, равное мгновенному значению исследуемого сигнала. Величина ослабления аттенюатора 10 за- ; дается цифровым сигналом, поступающим на управляющий вход этого аттенюатора от переключателя чувствительности аттенюатора первого канала 2 1федвари- тельного усилителя. Затем постоянное. напряжение источника 8 измеряется мультимётром 11. Для увеличения яркости точек, соответствующих началу синхронизации (фиг. 216, 17 и 18) с помощью дифференшфующего устройства 15 производится дополнительный подсвет переднего фронта импульса. С помощью устройства 6 регул1фуе- мой задержки производится уравнивание времени задержки сигнала на участках вход устройства - вертикально отклоняющие пл.астины ЭЛТ I и вход устройствамодулятор ЭЛТ 1. Это необходимо для устранения погрешности измерения мгновенного значения сигнала, обусловленной неодинаковой временной задержкой сигнала по указанным каналам. В гфотив.ном случае начало подсвета изображения сигнала (фиг. 2 - 16, 17, 18) будет сдвинуто относительно точки, которую оператору необходимо измерить. Для измерения какой-либо части сигналу - выброса прямоугольного импульса (фиг. 2 - 19), ступеньки, спада и т.д., ключ 13 размыкается, а исследуемый сигнал подается на вход второго канала 3 предварительного усилителя. При этом вход первого канала 2 соеди- няется с общей шиной. Поскольку первый канал 2 предварительного усилителя выполнен по балансной схеме, то выходное напряжение второго вычитающего устройства 14 пропорционально напряжению смещения луча, осуществляемого в первом канале 2. В результате на экране ЭЛТ 1 помимо изображения исследуемого сигнала, поступающего на вход второго канала 3, которое начинается в точке 19 (начало синхронизаци наблюдается горизонтальная линия, перемешаемая по оси у ручкой Уровень. Поскольку первое вычитающее устройство 12 формирует разность напряжений регулируемого источника опорного на1фяжения 8 и второго вычитающего устройства 14, то после прохождения сигнала через аттенюатор 10 на цифровом индикаторе мультиметра 11 отобразится величина нахфяжения, пропорциональная расстоянию по оск. у между точкой 19 и горизонтальной линией. Изменяя напряжение регулируемого источника 8 опорного напряжения и величину вертикального смещения луча пер вото канала 2, выбирают любой участок сигнала, подлежащий измерению (фиг. 2 20). Погрешность измерения амплитудных характеристик исследуемого сигнала сни жается с 3-5% в известном до 1,5-2% в предлагаемом устройстве. Снижение погрешности измерения происходит за счет исключения процесса переключения входа канала усиления от общей шины к источнику исследуемого сигнала, уменьш ния визуальной погрешности измерений и за отсутствия меток и снижения неравно.мерности амплитудно-частотной характеристики канала усиления от его вхо да до входа компаратора. Так, например в известном осциллографе с полосой хфопускания 0-100 мГц и погрешностью измерения ± 5% с помощью предлагаемого устройства погрешность измерения в диапазоне частот 0-20 мГц снижается в 1,6 раза, а за счет оперативности измерения к цифровой индикации результа: тов времени измерения уменьшается в 2.раза. Фор. мула изобретения Ооциллографичаский измеритель ампли тудных характеристик электрических сиг0б8 налов, содержащий электроннолучевую тру,бку, вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходами первого и второго каналов предварительного усилителя вертикального отклонения через выходной усилитель, горизонтально отклоняющие пластины соединены с выходом блока развертки, компаратор, первый вход которого соединен с регулируемым источником оперного напряжения, а Второй подключен к вторым выходам первого и второго каналов предварительного усилителя, модулятор электроннолучевой трубки соединен с выходом усилителя подсвета, первый вход которого соединен с вторым Выходом блока разверт ки, и мультиметр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременном сокращении времени измерения, в него дополнительно введены первое и второе вычитающие устройства, ключ, дифференшфующее устройство, устройство регулируемой задержки и аттенюатор, причем выход аттенюатора соединен с входом мультиметра, первый вход аттенюатора соединен с третьим выходом первого канала предварительного усилителя вертикального отклонения, второй вход аттенюатора соединен с выходом первого вычитающего устройства, первый вход которого подключен к выходу регулируемого источника опорного напряжения, а второй- через ключ к общей шине и через второе вычитающее устройство - к первому выходу первого канала предварительного урилителя, этом выход дифференцирующего устройства соединен с вторым входом усилителя подсвета, вход дифференшфующего устройства - с вторым входом компаратора, между выходом которого и входом блока развертки вклк чено устройство регулируемой задержки, а у1фавляющий вход ключа соединен с клеммой управляющего сигна па. Источники информации, гфинятые во вни1иание прк экспертизе t. свидетельство СССР №708238, кл.О О1 R 13/ЗО, 198О, 2. Инструкция по эксплуатации осциллографа типа 463 фирмы TeUfronlx (перевод ЦНИИАТОМИНФОРМ, № 9729).

Фиг.

f3

Линия ртзОертки -го канала

JIuHitfi раздерт ки Ite канала