Осциллографический измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов

Союз СоветскииСоцкаккстыческкиРеспубттик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 922646(51)М. Кл. б 01 К 19/04 с присоединением заявки РЙ 3 Ъоударстееииый комитет СССР(23)Приоритет по дедам изобретений и открытий(54) ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕ РИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 1 о 15 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при осциллографических измерениях амплитудных характеристик электрических сигналов. Известно осциллографическое устройство, содержашее соединенные с выходной клеммой переключатель и измеритель 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 выход 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 .Х,.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 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 ко вторым выходам первого и второго20 каналов предварительного усилителя, выход компаратора через логический блокразвертки соединен с блоком развертки,модулятор электроннолучевой трубкисоединен через усилитель подсвета с 5другим выходом логического блока развертки, а также мультиметр (измерительпостоянного напряжения и напряжениянизкой частоты) Г 23,Недостатком измерителя являетсянизкая точность измерения, обусловленная неравномерностью амплитудночастотной характеристики тракта вертикальногоотклонения и погрешностью совмещенияизображения сигнала с калиброванной 15шкалой 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.1Поставленная цель достигается тем25что в осциллографический измерительамплитудных характеристик электрических сигналов, содержащий электронндлучевую трубку, вертикально отклоняющие пластины которой. соединены с выходами первого и второго каналов пред. 50варительного усилителя вертйкальногоотклонения через выходной усилитель,горизонтально отклоняющие пластинысоединены с выходом блока развертки,компаратор, первый вход которого соединен с регулируемым источником опорного напряжения, а второй подключен квторым выходам первого и второго каналов предварительного усилителя, модулятор электроннолучевой трубки соеди 40нен с выходом усилителя подсвета, первый вход которого соединен с вторымвыходом блока развертки, и мультиметр,дополнительно введены первое и второевычитаюшяе устройства, ключ, дифференцирующее устройство, устройство регулируемой.задержки и аттенюатор, причемвыход аттенюатора соединен с входоммультиметра, первый вход аттенюаторасоединен с третьим выходом первого 50канала предварительного усилителя вертикального отклонения, второй вход аттенюатора соединен с выходом первого вычитающего устройства, первый вход которого подключен к выходу регулируемого источника опорного напряжения, авторой - через ключ к общей шине ичерез второе вычитающее устройство к первому выходу первого канала предваГрительного усилителя, при этом выходдифференцирующего устройства соединенс вторым входом усилителя подсвета,вход дифференцирующего устройства - свторым входом комператора, между выходом которого и входом блока развертки включено устройство регулируемой задержки, а управляющий вход ключа соединен с клеммой управляющего сигнала.На фиг. 1 представлена структурная схема осциллографического измерителя амплитудных характерястик электрических сигналов; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. При этом на фиг, 2 - 16, 17, и 18 - формы исследуемого сигнала на экране ЭЛТ1 при различных значениях выходного напряжения регулируемого источника опорного напряжения; 19 и 20 - формы исследуемого сигнала, поступающего на вход второго канала предварительного усилителя и линия развертк 6 первого канала предварительного усилителя,Осциллографический измеритель амплитудных характеристик электрических сигналов содержит электроннолучевую трубку (ЭЛТ) 1, вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходами первого канала 2 предварительного усилителя вертикального отклонения и второго канала 3 через выходной усилитель 4. Горизонтально отклоняющие пластины электроннолучевой трубки (ЭЛТ) 1 через блок 5 развертки и устройство 6 регулируемой задержки подключены к выходу компаратора 7. Первый вход компаретора 7 соединен с регулируемым источйиком 8 опорного напряжения, а второй подключен к вторым выходам первого канала 2 усиления и второго канала 3, Модулятор ЭЛТ соединен с выходом уснлвтеля 9 подсвета, вход которого подключен ко второму выходу блока 5 развертки. Выход аттенюатора 10 соединен с входом мультиметра 11, а вход - а выходом первого вычитающего устройства 12 Первый вход этого устрОйстве связан с выходом регулируемого источнике 8 опорного напряжения, а второй через ключ 13 - с общей шиной и черезвторое вычитающее устройство 14 - с первым выходом первого канале 2 предварительного усилителя, Третий въиод этого канала соединен с упревляюаам входом аттенюатора 10. Вход диффереипирующего устпоступает опорное напряжение регулируемого источника 8, а второй вход подключается ключом 13 к общей шине. Импульс на выходе компаратора 7 возникает в момент вр мени, когда сигнал с второго выхода первого канала 2 предварительного 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 напряжение развертки для ЭЛТ 1. При этом величина опорного напряжения источчика 8 (регулировка "Уровень" на передней панели прибора). выбирается такой, чтобы начало изображения сигнала на экране ЭЛТ 1 совпа ло с измеряемой точкой исследуемого. сигнала (фиг, 2 - 16, 17 и 18). В результате на входе аттенюатора 10 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 предварительного усилителя. Затем постоянное напряжение источника 8 измеряется мультиметром 11.Для увеличения яркости точек, соответствующих началу синхронизации (фиг. 2- 16, 17 и 18) с помощью дифференцирующего устройства 15 производится дополнительный подсвет переднего фронта импульса.С помощью устройства 6 регулируемой задержки производится уравнивание времени задержки сигнала на участках вход устройства.- вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 1 и вход устройства- модулятор ЭЛТ 1. Это необходимо для устранения погрешности измерения мгновенного значения сигнала, обусловленной неодинаковой временной задержкой сигнала по указанным каналам. В противном случае начало подсвета изображения сигнала (фиг, 2- 16, 17, 18) будет сдвинуто относительно точки, которую оператору необходимо измерить. 50 5 922646ройства 15 связан с вторыми выходамиканалов 2 и 3 предварительного усилителя, выход со вторым входом усилителя 9 подсвета, а управляющий всодключа 13 - с клеммой управляющего5сигнала,Каждый канал 2 и 3 предварительногоусилителя вертикального отклонения включает в себя частотно-компенсированныйаттенюатор с переключателем чувствительности, балансный широкополосныйУПТ, предварительный усилитель синхронизации с переключателем синхронизации(от первого или второго каналов). Навходах частотно-компенсированных делителей установлены ключи, коммутирующие эти входы к источнику сигнала илиобщей шине. Коэффициент передачи сигнала от входа каждого канала 2 и 3 предварительного усилителя до второго входа20компаратора 7 равен единице. Выходнойусилитель 4 содержит на входе линию .задержки.Блок 5 развертки состоит из формирователя прямоугольных импульсов, запус каемого импульсами синхронизации с выхода компаратора 7 и генератора пилообразного напряжения.Устройство регулируемой задержки 6представляет собой формирователь прямо- ЗОугольных импульсов с регулируемой длительностью.Регулирование величины опорногонапряжения на выходе источника 8 производится с помощью регулировки "Уровень на передней панели устройства.Аттенюатор 10 представляет собойоперационный усилитель с регулируемымкоэффициентом передачи. Управлениеаттенюатором 10 осуществляется цифровыми сигналами с третьего выхода первого канала 2 предварительного усилителя (с переключателя чувствительности).Вычитающие устройства 12 и 14 выполнены на основе операционных усили- ителей. Управление ключом 13 производится вручную с помощью кнопки на передней панели устройства,Устройство работает следующим образом.При измерении мгновенного значения исследуемого сигнала источник последнего подключается к входу первого или второго каналов 2 и 3, а на управляю 55 ший вход ключа 13 от внешнего источника поступает сигнал управления и ключ 13 открывается, При этом на первый вход первого вычитающего устройства 12 Для измерения какой-либо части сигнала - 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 соеди50 7 9226няется с общей шиной. Поскольку первый канал 2 предварительного усилителя выполнен по балансной схеме, то выходное напряжение второго вычитающегоустройства 14 пропорционально напряжению смещения луча, осуществляемогов первом канале 2, В результате наэкране ЭЛТ 1 помимо изображения исследуемого сигнала, поступающего навход второго канала 3, которое начи Онается в точке 19 (начало синхронизации),наблюдается горизонтальная линия, перемещаемая по оси у ручкой "Уровень".Поскольку первое вычитающее устрой-ство 12 формирует разность напряжений 5регулируемого источника опорного напряжения 8 и второго вычитающего устройства 14, то после прохождения сигнала через аттенюатор 10 на цифровоминдикаторе мультиметра 11 отобразится 20величина напряжения, пропорциональнаярасстоянию по осиу между точкой 19и горизонтальной линией.Изменяя напряжение регулируемогоисточника 8 опорного напряжения и величину вертикального смещения луча первого канала 2, выбирают любой участоксигнала, подлежащий измерению (фиг. 220).Погрешность измерения амплитудных 30характеристик исследуемого сигнала снижается с 3-8% в известном до 1,5-2%в предлагаемом устройстве. Снижениепогрешности измерения происходит засчет исключения процесса переключения З 5входа канала усиления от общей шины кисточнику исследуемого сигнала, уменьшения визуальной погрешности измерений изза отсутствия меток и снижения неравномерности амплитудно-частотной характеристики канала усиления от его входа до входа компаратора. Так, например,в известном осциллографе с полосойпропускания 0-100 мГц и погрешностьюизмерения + 5% с помощью предлагае-мого устройства погрешность измеренияв диапазоне частот 0-20 мГц снижаетсяв 1,6 раза, а за счет оперативности измерения и цифровой индикации результа: тов времени измерения уменьшается в2.раза,формула изобретенияОсциллографический измеритель амплитудных характеристик электрических сиг 46 8налов, содержащий электроннолучевуютрубку, вертикально отклоняющие пластины которой соединены с выходами первого и второго каналов предварительногоусилителя вертикального отклонения через выходной усилитель, горизонтальноотклоняющие пластины соединены с выходом блока развертки, компаратор, первый вход которого соединен с регулируемым источником опорного напряжения,а второй подключен к вторым выходампервого и второго каналов предварительного усилителя, модулятор электроннолучевой трубки соединен с выходом усилителя подсвета, первый вход которого соединен с вторым выходом блока раэверчки, и мультиметр, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременном сокращении времени измерения, в него дополнительно введены первое и второевычитающие устройства, ключ, дифференцирующее устройство, устройство регулируемой задержки и аттенюатор, причемвыход аттенюатора соединен с входоммультиметра, первый вход аттенюаторасоединен с третьим выходом первогоканала предварительного усилителя вертикального отклонения, второй входаттенюатора соединен с выходом первоговычитающего устройства, первый входкоторого подключен к выходу регулируемого источника опорного напряжения, эвторой - через ключ к общей шине и через второе вычитающее устройство - кпервому выходу первого канала предварительного усилителя, при этом выход д.ифференцирующего устройства соединен свторым входом усилителя подсвета, входд ифференцирующего. устройства - с вторымвходом компаратора, между выходомкоторого и входом блока развертки включено устройство регулируемой задержки,а управляющий вход ключа соединен слеммой управляющего сигнала. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе%1. Авторское свидетельство СССР М 708238, кл, б 01 Р 13/30, 1980.2. Инструкция по эксплуатации осциллографа типа 463 фирмы Те Я 1 гои (перевод БНИИАТОМИНфОРМ, М. 9729),