Układy elektroniczne i technika pomiarowa/Moduł 13

Z Studia Informatyczne
Przejdź do nawigacjiPrzejdź do wyszukiwania

wersja beta


Moduł 13 - Metody i przyrządy do analizy sygnałów


opis

Oscyloskop jest jednym z najbardziej uniwersalnych urządzeń pomiarowych. Za pomocą oscyloskopu można zaobserwować kształt przebiegu, jak i określić parametry, takie jak np.: amplituda, okres, przesunięcie fazowe między dwoma przebiegami, czasy narastania i opadania zboczy itd.

Podstawowym elementem oscyloskopu jest lampa oscyloskopowa, na której jest zobrazowany badany przebieg. W oscyloskopach cyfrowych stosuje się obecnie lampy kineskopowe i ekrany ciekłokrystaliczne. Oscyloskopy można podzielić na dwie podstawowe grupy: analogowe, cyfrowe. Podstawową różnicą pomiędzy tymi oscyloskopami jest sposób utrwalania przebiegu wejściowego. W oscyloskopie analogowym obraz jest bezpośrednio prezentowany na ekranie lampy i tym samym może być obserwowany tylko przez czas ekspozycji, natomiast w oscyloskopie cyfrowym próbki przebiegu są zapamiętywane w pamięci półprzewodnikowej, zatem mogą być przekazane do układu wyświetlania niezależnie od czasu akwizycji sygnału. Oczywiście w podstawowym trybie pracy oscyloskopu cyfrowego (tzw. pracy ciągłej) przebieg jest prezentowany bezpośrednio po zebraniu takiej liczby próbek, żeby zapełnić jeden ekran (dokładniej chodzi tu o zebranie liczby próbek odpowiadającej rozmiarowi rekordu zobrazowania, zazwyczaj mniejszego od rozmiaru całej pamięci). Wzgląd na przyzwyczajenia użytkowników powoduje, że panel czołowy oscyloskopu cyfrowego często przypomina odpowiedni panel oscyloskopu analogowego. Wiele elementów regulacyjnych na panelu czołowym spełnia analogiczne funkcję w obu oscyloskopach pomimo, że są realizowane w technice analogowej lub cyfrowej. Stąd, z punktu widzenia użytkownika, obsługa oscyloskopu (rozumiana jako funkcje przycisków i pokręteł na panelu czołowym) jest podobna dla oscyloskopu cyfrowego i analogowego. Wrażenie łatwiejszej obsługi oscyloskopu cyfrowego powstaje dzięki zobrazowaniu znaczenia funkcji na ekranie i możliwości automatycznego doboru ustawień oscyloskopu do charakteru przebiegu wejściowego (patrz funkcje Autoscala i AutoLevel). Należy jednak podkreślić, że stosowanie takich funkcji ma sens w przypadku standardowych sygnałów. Badanie przebiegów o złożonych kształtach wymaga znajomości działania zaawansowanych funkcji regulacyjnych i pomiarowych oscyloskopu cyfrowego.


Oscyloskopy

Podstawowymi parametrami opisującymi oscyloskop analogowy są:
  • pasmo pomiarowe oscyloskopu,
  • czas narastania,
  • czułość odchylania pionowego,
  • czułość odchylania poziomego,
  • liczba torów wejściowych,
  • rodzaj zasilania: sieciowe, bateryjne,
  • parametry lampy oscyloskopowej,
  • rodzaj konstrukcji: zwarta lub z możliwością wymiany paneli.

Pasmo pomiarowe i czas narastania zależą od właściwości układów wejściowych oscyloskopu. Kształt charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej wzmacniacza wejściowego oraz jego właściwości inercyjne ograniczają możliwości zastosowania oscyloskopu przy badaniach przebiegów szybkozmiennych i impulsowych o bardzo krótkich czasach narastania zboczy. Czułość odchylania pionowego (stała odchylania) oscyloskopu jest wyrażana w V/dz (zazwyczaj 1 dz = 1 cm na ekranie). Czułość odchylania poziomego określa jak szybkie i krótkie przebiegi można mierzyć (oczywiście ograniczone pasmem przenoszenia). Wyrażona jest w s/dz (ms/dz, ms/dz). Oscyloskopy posiadające dwa tory pomiarowe umożliwiają jednoczesny pomiar dwóch różnych przebiegów. Uzyskuje się to przez zastosowanie przełącznika elektronicznego, który przełącza sterowanie lampy oscyloskopowej z jednego toru na drugi. Na rysunku 1 przedstawiono schemat blokowy oscyloskopu analogowego, a na rysunku 2 zilustrowano zasadę powstawania na ekranie obrazu przebiegu doprowadzonego do jednego z wejść oscyloskopu. Warunkiem uzyskania stabilnego obrazu jest proporcjonalność okresu piłokształtnego sygnału z generatora podstawy czasu i okresu przebiegu badanego. Precyzyjne ustalenie chwili startu generatora podstawy czasu jest zadaniem układu wyzwalania.


Do wzmacniacza wejściowego zostaje doprowadzony sygnał pomiarowy. Następnie z wyjścia wzmacniacza wejściowego sygnał zostaje podany na układ próbkująco-pamiętający. Tu zostaje pobrana próbka sygnału i zapamiętana analogowa wartość chwilowa sygnału (w chwili pobierania próbki). Następnie wartość ta zostaje zamieniona na odpowiednią wartość cyfrową, zwaną słowem. Ta operacja zostaje wykonana w układzie przetwornika analogowo - cyfrowego. Rozdzielczość przetwornika analogowo-cyfrowego decyduje o rozdzielczości cyfrowej oscyloskopu. Oznacza to, że przy zastosowaniu 8-bitowego przetwornika, rozdzielczość w osi Y wynosić będzie 1:256. To znaczy, że ciągły przebieg analogowy zostaje podzielony na 256 dyskretnych przedziałów. Po tej zamianie wartość cyfrowa próbki, czyli słowo, zostaje zapamiętane w pamięci oscyloskopu. Aby przetworzyć cały sygnał należy pobrać wiele próbek, których liczba i czas odstępu pomiędzy nimi zależą od częstotliwości próbkowania. Tę liczbę próbek, na którą został podzielony badany przebieg nazywamy rekordem. Obecnie stosuje się rekordy o długości od 512 do wielu tysięcy słów. Zapamiętanie wartości cyfrowych przebiegu w pamięci, umożliwia dokonanie wielu pomiarów i ciągłe wyświetlanie przebiegu na ekranie (funkcja zamrożenia obrazu). Występuje również możliwość zachowania (zapamiętania) przebiegu w pamięci oscyloskopu przez dowolnie długi okres czasu i ponowne odtworzenie tego przebiegu na ekranie w dowolnej chwili i dokonanie ponownych pomiarów lub porównanie go z innym przebiegiem.

Aby obejrzeć przebieg na ekranie oscyloskopu należy go odtworzyć z danych znajdujących się w jego pamięci. W tym celu dane te zostają przesłane do układu przetwornika cyfrowo-analogowego. Układ ten zamienia wartość cyfrową (liczby) sygnału w odpowiadające im wartości analogowe napięcia. Z kolei ten odtworzony przebieg analogowy steruje wzmacniaczem odchylania pionowego Y lampy obrazowej. Zasadniczym podzespołem podstawy czasu jest bardzo dokładny generator z oscylatorem kwarcowym, dzięki czemu błąd podstawy czasu jest mniejszy od 0,01%. Impulsy z generatora są wzmacniane przez wzmacniacz podstawy czasu (wzmacniacz odchylania poziomego), który z kolei steruje układem odchylania poziomego lampy obrazowej. Obraz, jaki otrzymujemy na ekranie składa się z kropek, o położeniu których decyduje wzmacniacz Y w pionie i wzmacniacz X w poziomie. Zapisem do pamięci, przesyłem danych, pracą układów synchronizacji, pracą przetworników analogowo-cyfrowych i cyfrowo-analogowych steruje kontroler, którym obecnie jest najczęściej mikroprocesor. W odróżnieniu od oscyloskopów analogowych, w oscyloskopach cyfrowych jako lampy obrazowe stosuje się lampy kineskopowe (monochromatyczne i kolorowe). Obecnie najczęściej są stosowane rozwiązania, w których ekran jest zbudowany przy wykorzystaniu wyświetlacza ciekłokrystalicznego LCD. Zaletą wyświetlaczy jest to, że nie wymagają dużych napięć i nie potrzebują dużych mocy, tak jak to jest w przypadku lamp oscyloskopowej i kineskopowej. Pozwala to na ograniczenie gabarytów oscyloskopu i zastosowanie zasilania bateryjnego. A to z kolei pozwala zastosować oscyloskop jako urządzenie przenośne.


opis

opis

opis

opis

opis

opis

opis



Analizatory widma

opis

opis

opis

opis

opis

opis

opis

opis