Какие параметры характеризуют осциллограф как измерительное устройство. Вч приставка к осциллографу

Компания "Прибортех" http://priborteh.ru

Тeл. (499) 112-З4-З9, (499) 6З8-84-17,
факс (499) 112-З4-З9 доб. 9,
техподдержка (499) 112-З4-З9 доб. 0

E-mail: npc@рribоrtеh.ru или [email protected]
SKYPE: pribоrtеh
ICQ: З12-171-294

Наш Адрес: 127247 Россия, г. Москва, Пяловская ул. 5А

ВНИМАНИЕ! Сводный прайс-лист не является публичной офертой. В связи с изменениями курса валют, и изменением отпускных цен производителями конечная цена может оличаться от указанной. Уточняйте цену на интересующие позиции.

Поиск по прайсу - клавиши Ctrl+F

Радиоизмерительные приборы > Осциллографы аналоговые > С1-97

С1-97 высокочастотный осциллограф предназначен для исследования быстропротекающих процессов в диапазоне частот от 0 до 350 МГц. Данная модель - осциллограф С1-97 позволяет наблюдать сигналы частотой до 1000 МГц. При этом происходят значительные искажения амплитуды сигнала -"завал". (Длительное применение на запредельных частотах не рекомендуется.) С1-97 имеет два канала, входное сопротивление которых 50ом, в комплект прибора входят два активных пробника 100ком. Экран 80Х100, габаритные размеры корпуса 360Х200Х420, массу 18 кг.

Заменяет: С1-75 С1-104

Характеристики прибора С1-97:

ШИРОКИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Малое время нарастания (1нс) и ЭЛТ с большой скоростью записи позволяют успешно применять осциллограф в электронно-счетной технике, ядерной физике высоких энергий для исследования коротких импульсов с малым временем нарастания идущих с малой частотой или однократно. Согласованный входной импеданс 50 Ом позволяет производить снятие высокочастотных сигналов без искажения их форм из-за емкостной нагрузки. Более высокоомное входное сопротивление обеспечивается активными выносными пробниками и делителями, входящими в состав прибора.
Активный выносной пробник преобразует входной импеданс 50 Ом в 100 кОм; 4 пФ, а с делителем 1:10 1 МОм, 2,5 пФ и имеет полосу пропускания 350 МГц при коэффициенте передачи 1:1.
Полоса пропускания тракта синхронизации 500 МГц, позволяет наблюдать сигналы с полосой пропускания до 500 МГц.
Осциллограф С1-97 прост в управлении, так как каждая рабочая функция выполняется при помощи отдельной кнопки.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ C1-97

Тип ЭЛТ 16ЛО101А, однолучевая с коротким послесвечением;
Цвет свечения синий, ускоряющее напряжение 22,5 кВ.
Рабочая часть экрана 80х100 мм.
Ширина линии луча не более 0,8 мм.
Скорость фотозаписи однократных сигналов не менее 1300 км/с при использовании объектива с относительным отверстием 1:2 и не менее 2000 км/с при использовании объектива с относительным отверстием 1:1,5.
Виды изображения по вертикали: Канал А; Канал Б; поочередно изображение каналов А и Б; алгебраическое суммирование (канал А плюс Б).
Коэффициент отклонения: диапазон значений коэффициента отклонения каждого канала устанавливается ступенями от 5мВ/см до 0,5 В/см соответственно ряду чисел 1, 2, 5.
Основная погрешность коэффициентов отклонения при непосредственном входе и с активным пробником не более 3 %.

Параметры переходной характеристики (ПХ):
время нарастания каждого канала не более 1нс - при непосредственном входе;
не более 1,4 нс с активным пробником;
выброс ПХ и неравномерность на участке времени установления при непосредственном входе и с активным пробником не более 5 %.
Время установления ПХ при непосредственном входе и с активным пробником не более 5нс.
Неравномерность ПХ при непосредственном входе и с активным пробником не более 3 %.
Дрейф: кратковременный не более 2 мм, долговременный не более 5 мм.
Искажения по постоянному току в каждом канале не более 3 %.
Смещение луча: из-за входного тока в каналах А и Б, а также при изменении напряжения питающей сети на 10 % - не более 5 мм;
В канале Б при нажатии кнопки НОРМ-ИНВЕСТ, когда луч совпадает с центральной горизонтальной осью шкалы - не более 10 мм.
Пределы перемещения луча по вертикали не менее 80 мм.
Параметры входов обоих каналов:
а) согласованного входа:
входное активное сопротивление 50 Ом;
коэффициент отражения не более 0,1;
б) несогласованного входа:
входное активное сопротивление с активным пробником -100 кОм;
входная емкость с активным пробником - не более 4 пФ;
входное активное сопротивление с активным пробником и делителем 1:10 - (1)МОм;
входная емкость с активным пробником и делителем 1:10 не более 2,5 пФ.
Диапазон напряжений исследуемого сигнала не менее: от 1мВ до 4 В при непосредственном входе, от минус 0,4 до 0,4 В для пробника, от минус 4 до 4 В для пробника с делителем 1:10.
Допустимое постоянное напряжение на входе каждого канала:
При непосредственном входе не более 3 В;
С активным пробником не более 15 В;
С активным пробником и делителем 1:10 не более 40 В.
Коэффициент развязки между каналами не менее 1500 при подаче гармонического напряжения частотой 100 МГц и не менее 1000 при подаче гармонического напряжения частотой 350 МГц.
Задержка изображения сигнала в тракте вертикального отклонения обеспечивает наблюдение импульса длительностью 10 нс на рабочем участке развертки.
Осциллограф С1-97 обеспечивает следующие режимы работы развертки:
автоколебательный;
ждущий;
однократный.
Диапазон значения коэффициентов развертки устанавливается ступенями от 10 нс/см до 0,1 с/см соответственно ряду чисел 1,2, 5, имеется 10-кратная растяжка развертки.
Основная погрешность коэффициента развертки в диапазоне от 5 нс/см до 0,1с/см не более 4 %, основная погрешность коэффициентов развертки
1,2 нс/см - не более 6 %.
Пределы перемещения луча по горизонтали обеспечивают совмещение начала и конца рабочего участка развертки с центральной вертикальной осью шкалы экрана прибора.
Параметры внутренней синхронизации:

минимальный уровень 8 мм в диапазоне частот от 20 Гц до 100 МГц и при импульсном сигнале длительностью 4 нс и более;
максимальный уровень 80 мм в диапазоне частот от 20 Гц до 100 МГц и при импульсном сигнале длительностью 4нс и более;
0,1нс) см,
Кр номин

Параметры внешней синхронизации:
диапазон частот от не более 20 Гц до не менее 500 МГц;
минимальный уровень 40 мВ в диапазоне частот от 20 Гц до 100 МГц и при импульсном сигнале длительностью 4 нс и более, максимальный уровень 3 В в диапазоне частот от 20 Гц до 100 МГц и при импульсном сигнале длительностью 4 нс и более
0,1нс) см,
Кр номин
где Кр номин номинальное значение установленного коэффициента развертки нс/см.
Калибратор амплитуды и времени имеет на выходе импульсы прямоугольной формы частотой следования 200 кГц, амплитудой 0,6 В на нагрузке 50 Ом.
Основная погрешность выходного напряжения калибратора во всей рабочей области влияющих величин не более 1,5 %, частоты следования не более 0,2 %.
Геометрические искажения на горизонтальных и вертикальных границах шкалы экрана прибора не более 3 %.
Погрешность ортогональности не более 1 .
Питание осциллографа от сети переменного тока напряжением (220) В, частотой (50) Гц и содержанием гармоник до 5 % и (220) В частотой
(400) Гц.
Мощность, потребляемая прибором от сети при номинальном напряжении, не превышает 140 ВА.
Прибор допускает непрерывную работу в рабочих условиях в течение не менее 8 ч при сохранении технических характеристик в пределах норм, установленных ТУ.
Габаритные размеры прибора 475х410х220 мм. Масса не более 18 кг.
Рабочие условия эксплуатации: температура окружающей среды от 5
до 40 С, Относительная влажность воздуха до 95 % при температуре 30 С.

Попробуем разобраться в том, какую роль играет полоса пропускания, чувствительность и память осциллографа при измерениях, в каких случаях лучше использовать аналоговые и цифровые, двухканальные и двухлучевые осциллографы, а когда вместо современного стационарного цифрового или портативного осциллографа достаточно иметь под рукой старый советский прибор? Ответы на эти и другие вопросы, а также все типовые заблуждения, связанные с этими приборами, вы найдете в нашей подборке - 20 самых важных характеристик осциллографов!

Когда мы говорим «осциллограф», то представляем себе прибор, на лицевой панели которого расположен экран, отображающий графики входных электрических сигналов (амплитудные и временных характеристики). Однако поскольку видов этих сигналов «великое множество», очевидно, что не может быть одного универсального прибора, способного адекватно показать все. Поэтому, выбирая осциллограф, нужно ориентироваться во всех разновидностях этого «многоликого» по областям применения прибора, чтобы выбрать именно тот, который подходит для решения стоящих перед вами задач. И здесь немудрено запутаться или упустить какие-то моменты, что может привести к покупке «ненужного чуда» электронной техники. А чтобы не попасть впросак, стоит прислушаться к отзывам опытных практиков, помогающим системно подойти к своим запросам и сделать действительно безошибочный выбор. Далее разбираются основные параметры и технические характеристики осциллографов.

1. Чем хорош двухлучевой осциллограф?

Двухлучевой осциллограф позволяет двумя лучами одновременно наблюдать на общей временной развертке два независимых процесса. Двухканальный осциллограф содержит электронный коммутатор, коммутирующий либо намного чаще, чем частота процесса, либо намного реже, чем частота процесса два процесса на один луч. При этом получается, как бы два луча, но график отображается «кусками, хотя, если частота коммутации выбрана верно, то визуально это не заметно. Все это верно до тех пор, пока исследуются строго периодические процессы. Если же процессы импульсные или не строго периодические (форма сигнала отличается в разных периодах или период меняется), качественно наблюдать два таких процесса на двухканальном однолучевом осциллографе невозможно, потому что в каждый момент времени мы видим только кусочек одного процесса. В принципе двухлучевой осциллограф, конечно, намного лучше однолучевого двухканального. У двухлучевого есть и недостаток: вертикальная развертка каждого луча линейна в своей половине экрана, верхнего - в верхней, нижнего - в нижней. При попытке использовать весь экран одним лучом нас ждет разочарование - отклонение луча у двухлучевой ЭЛТ в «чужой» половине экрана существенно нелинейно.

2. Ограничения двухканального (многоканального) осциллографа

Двухканальный (многоканальный) осциллограф отличается от двухлучевого (многолучевого) тем, что у него одновременное наблюдение разных сигналов обеспечивается быстрым переключением с одного канала на другой, т. к. применяется однолучевая трубка. Из-за чего на высоких скоростях развертки он «рвет» сигналы на экране. Двухлучевой (многолучевой) - имеет трубку с несколькими лучами, поэтому он сигналы не «рвет», но стоит обычно дороже.

3. Любой осциллограф - это не измерительный, а наблюдательный прибор

Хотя в цифровых осциллографах используются также измерительные функции (можно, например, проводить измерения амплитуды сигнала и т. д.). У аналоговых осциллографов погрешность по экрану 5-10%. Цифровые, к которым относятся также USB-осциллографы, вроде более точные, но есть такое понятие, как «Вертикальное разрешение». Например, у типового USB-осциллографа - указано 9 бит вертикального разрешения (реально часто - 8 бит). Это значит, что входной сигнал, надо поделить на 2 в 8-й степени, то есть на 256, что при входном сигнале 10 В даст ступеньку в 0,4 В.

4. Цифровой или аналоговый осциллограф?

Выбор «цифровой или аналоговый осциллограф» зависит от характера исследуемых процессов. Цифровой имеет память, широчайшие возможности рассматривать уже зарегистрированные кратковременные сигналы (есть возможность делать их скриншоты), цветной дисплей (что очень способствует восприятию информации), множество способов синхронизации, некоторые возможности обработки сигнала. У аналогового - наименьшие искажения наблюдаемого сигнала, что обычно приводится как основной довод в их пользу. Других, более серьезных доводов обычно не приводят.

5. Цифровой осциллограф не покажет ВЧ импульсы

Еще одна особенность цифровых осциллографов: для наблюдения непрерывного сигнала, и для того, чтобы сильно не увеличивать частоту дискретизации (квантования) по времени (а это необходимо из-за того, что точных быстродействующих АЦП пока еще мало, а то и вовсе нет для решения каких-то задач), часто используются для обработки численные методы (аппроксимация, интерполяция, экстраполяция). Современные микроконтроллеры довольно просто с этой задачей справляются. Но в результате мы видим не настоящий сигнал, а эрзац-сигнал, полученный в результате обработки точечных отсчетов численными методами. То есть мы можем не увидеть на сигнале «иглы» высокочастотных импульсных помех, которые будут прекрасно видны на аналоговом осциллографе.

6. Цифровой осциллограф умеет запоминать сигналы

У цифрового осциллографа дополнительное удобство - он может запоминать сигнал и выводить его на экран в увеличенном масштабе (функция экранной лупы). А также достаточно просто реализуются функции автонастройки на сигнал и измерение параметров сигнала (но это уже в дорогих моделях). Еще одно важное достоинство - просмотр или предварительное (возможно и полное) декодирование промышленных протоколов.

Цифровой осциллограф работает на принципе преобразования аналогового (т. е. непрерывного) сигнала в цифровой (т. е. дискретный) со всеми вытекающими отсюда последствиями:

Для того чтобы передать сигнал как можно точнее, частота дискретизации должна быть намного выше частоты измеряемого сигнала. Т. е. чем больше дискретных отсчетов в единицу времени, тем более непрерывным будет отображение сигнала и более точным его воспроизведение на экране.
Дискретизация по уровню измеряемого сигнала (как правило, это напряжение). Чтобы его как можно точнее измерить, надо иметь хорошую дискретизацию по уровню. Допустим, мы имеем АЦП 8-бит. Теоретически он дает 256 уровней сигнала. Т. е. сигнал с амплитудой 10 В он может перевести в цифровой код с точностью 0,04 В, а если у АЦП 10 разрядов (1024 уровня), то мы сможем наблюдать этот же сигнал с точностью 0,01 В (правда, на самом деле точность будет ниже, из-за погрешности самого АЦП).
Многолучевым цифровой осциллограф в принципе быть не может.
Интерфейс для связи с компьютером имеют не только цифровые, но и многие аналоговые осциллографы.

8. Объем памяти цифрового осциллографа

Объем памяти выборок (в английской технической документации используются термины Record Length - длина записи или Memory Depth - глубина памяти) - третья ключевая характеристика цифровых осциллографов, наряду с полосой пропускания и частотой оцифровки. Суть в том, что это память, работающая на частоте оцифровки. Ее нехватка приводит к тому, что на медленных развертках осциллограф вынужден снижать частоту оцифровки во избежание переполнения памяти. Хотя есть «кривые» попытки обойти эту проблему, например, использованием пик-детектора. Если памяти выборок много (от 1 Мегасемплов), то это производителем специально подчеркивается, а если мало, то всячески замалчивается. Или приводится большой объем памяти, но оказывается, что это просто ОЗУ встроенного процессора, а не быстрая память выборок. Допустим, частота выборок - 500 мегавыборок в секунду (полоса пропускания - 50 МГц, 10 выборок на период). Смотрим сигнал 50 Гц (период 20 мс). За это время осциллограф сделает 10 000 000 выборок. С 8-битным АЦП ему надо запомнить 1 байт на выборку. Итого, чтобы зарисовать этот период, ему нужно либо 10 Мб памяти, либо снижать частоту выборок.

9. «Короткая и длинная» память в цифровом осциллографе

Короткая и длинная память - это «закон сохранения энергии в осциллографе». Если вы используете максимальную частоту дискретизации то у вас «короткая память» будет (извините за выражение), если же частота дискретизации будет в два раза меньше - то у вас память будет «ого-го». Если нужно посмотреть пачку импульсов - используете большую память, если периодический, но высокочастотный сигнал (тем более меандр), то тогда более важна частота дискретизации.

10. Время нарастания входного сигнала

Показатель «Время нарастания входного сигнала» - чем меньше, тем лучше. Это значит, что меньше будет «отгрызаться» начало первого сигнала на экране при внутренней синхронизации, и тем лучше частотные свойства осциллографа.

Считается, что для наблюдения цифровых сигналов полоса пропускания осциллографа должна быть в несколько раз выше частоты сигнала (хотя бы втрое), иначе прямоугольный сигнал превращается в «квазисинусоиду» (то есть «заваливаются» фронты). И частота дискретизации должна быть выше хотя бы раз в десять (некоторые даже считают, что это соотношение должно быть не менее 1:20).

12. Как связаны шумы и погрешность Разрешение экрана

Чем выше разрешение экрана, тем больше детализация. Выбирайте разрешение не менее 640 точек по горизонтали и не менее 480 точек по вертикали, многие современные относительно недорогие осциллографы уже имеют такие экраны. Экран должен быть цветным и с малой инерционностью. Черно-белые экраны с большой инерционностью - прошлый век.

13. Как связаны шумы и погрешность Когда нужен осциллограф с логическим анализатором?

Современная прикладная электроника - это в большинстве случаев «смесь цифры с аналогом». Расшифровка протоколов здесь не главное (хотя и не без нее). Но вот, допустим, имеем сигнал ШИМ, который в свою очередь может перейти во что угодно - ток, напряжение, температуру, магнитное поле, обороты и т. д. и т. п. Регулирование этих величин, допустим, выполняется с помощью микроконтроллера посредством какого-либо ПИД-регулятора. Как отрабатывать все тонкости этих процессов? Вот тут и придет на помощь встроенный в осциллограф логический анализатор. Конечно, все то же самое можно делать и отдельным анализатором, и синхронизировать его с аналоговыми сигналами. Но все это вы будете видеть на разных мониторах и засечь, что и после чего изменяется «от цифры в аналоге» уже будет очень неудобно и непродуктивно.

Таким образом, если вы собираетесь рассматривать цифровой и аналоговый сигналы одновременно, например, цифровой сигнал зависит (синхронизирован) от аналогового или наоборот, то лучшим решением будет осциллограф с логическим анализатором на борту или хотя бы с возможностью докупить логический анализатор позже (но нужно, чтобы у покупаемого осциллографа была такая опция). Отдельный логический анализатор удобен для работы с чистой цифрой.

14. Как связаны шумы и погрешность Как связаны шумы и погрешность осциллографа с разрешением экрана?

Шумы осциллографа не имеют никакого отношения к разрешению экрана. Точно так же и погрешность осциллографа не имеет никакого отношения к разрешению экрана.

15. Эквивалентный режим

Эквивалентный режим используется только для периодических сигналов. Он позволяет повысить частоту дискретизации в десятки раз. Суть в том, что друг за другом делается не одна запись сигнала, а много, но каждый раз с небольшим смещением. Поскольку сигнал все время одинаковый (периодический), потом полученные записи накладывают друг на друга, и получают запись с как-бы очень высокой частотой оцифровки, например 50 ГГц, хотя реальная частота оцифровки была обычная, например 500 МГц. Для однократных сигналов не годится.

16. Режим сегментированной памяти

Некоторые цифровые осциллографы имеют режим сегментированной памяти. То есть их можно оставить работать хоть на неделю, но они будут записывать не весь сигнал, а только его часть, форма которой задается через меню, например, только короткие пики. Таким образом, ни один пик не будет пропущен и будет записан с нужной (высокой) частотой дискретизации. А потом все записанные сегменты (кусочки сигнала) можно разом просмотреть.

17. Минусы портативных осциллографов

У портативных приборов цены выше, а параметры хуже, это известно. В частности, «настольные» осциллографы давно «доросли» до 1-2 мегасемплов (мегабайт) памяти выборок, а у портативных эта память по-прежнему 1-40 килосемплов (килобайт).

18. Что такое мотортестер?

Для диагностики системы зажигания автомобильного двигателя используется мотортестер, представляющий собой многоканальный осциллограф (осциллограф-мультиметр с четырьмя и более каналами), с инсталлированным в нем специальным ПО. К осциллографу подключается комплект датчиков. Мотортестер отображает осциллограмму высокого напряжения системы зажигания и в реальном времени параметры импульсов зажигания, такие как пробивное напряжение, время и напряжение горения искры.

19. Что такое автомобильный диагностический сканер?

Для «общей» автодиагностики применяют диагностический адаптер или CAN-Bus автомобильный диагностический сканер, представляющий собой осциллограф смешанных сигналов - осциллограф со встроенным логическим анализатором, который, используя специальное ПО, выполняет дешифровку протоколов CAN/KWP2000/др. и трактует полученные данные. Система управления современного двигателя, отвечающего строгим нормам токсичности, в качестве главного своего элемента содержит электронный блок управления (ЭБУ). Так вот сканер предназначен именно для работы с ЭБУ, для его «сканирования». А так как сканер работает с блоком, то он позволяет:

Наблюдать сигналы с датчиков системы, следить за их изменением во времени.
Проверять работу исполнительных механизмов путем приведения их в действие и визуального или другого контроля.
Считывать сохраненные системой коды неисправностей.
Посмотреть идентификационные данные ЭБУ, системы и т. п.

20. Почему лучше не использовать осциллографы, выпущенные в СССР?

В России до сих пор продаются осциллографы, выпущенные в СССР 25-30 лет назад. Они могут привлечь внимание разве что новичков и не очень требовательных радиолюбителей. Однако опытные практики пишут на страницах интернет-форумов буквально следующее: «Ни в коем случае не советую связываться с советскими приборами, тем более осциллографами, управляемыми микропроцессором. Советские приборы утыканы сбоку и сверху подстроечниками для калибровки. Методика описана в инструкции, обычно довольно бестолковой. Перечень «пороков» советских приборов продолжают габариты, вес и высохшие электролиты».

Примечание.

При подготовке этой статьи использовались отзывы, советы и рекомендации по выбору и работе с электронными осциллографами, собранные с крупнейших отечественных и зарубежных интернет-форумов.

Рис. 1 Двухканальный осциллограф, внешнее исполнение

Рынок коммерческих измерительных изделий в нашей стране сегодня довольно велик. Это является положительным фактором для производства соответствующих товаров промышленного назначения.

Высокочастотные встраиваемые модули для осциллографов от ЗАО «Руднев-Шиляев» занимают устойчивые позиции в сфере офисных и промышленных применений. Многоканальные осциллографы нужны для решения многих задач: от исследовательских до эксплуатационных. При этом, в последнем случае, возможно полностью автоматизировать процесс работы оборудования. ЗАО «Руднев-Шиляев» одно из первых стало производить целый ряд измерительных модулей, которые встраивались в пятидюймовые отсеки обычного офисного компьютера. Тем самым, обеспечивалась модульная наращиваемость, гибкость, приемлемая цена и кратчайшее время вывода новых изделий на рынок. С ориентировкой на решение конкретных измерительных задач был создан набор модулей, позволяющий максимально охватить спектр возможных применений. Самым простым является внешний модуль с USB-интерфейсом в формате корпуса 5,25 дюйма для дисковода персонально компьютера (см. рис. 1). Это высокочастотный двухканальный осциллограф с частотой дискретизации 1 ГГц.

Рис. 2 Шестиканальный осциллограф на базе офисного компьютера

На рис. 2 показан пример недорогого офисного шестиканального осциллографа с теми же модулями. Также существуют и модули, поддерживающие интерфейс PCI, и позволяющие создавать удобные офисные и промышленные измерительные системы для 19 дюймовых стоек (см. рис. 3). Высокочастотные встраиваемые модули ЗАО «Руднев-Шиляев» используются не только в составе офисного компьютера. Для осциллографов с числом каналов более восьми применяются корпуса промышленных компьютеров. При этом интерфейс модулей может быть либо PCI, либо USB. Пример построения 32-канального осциллографа показан на рис. 4. Встраиваемые измерительные модули работают синхронно или независимо и имеют необходимый для различных применений входной диапазон напряжений - от 42 дБ (8 разрядов) до 65 дБ (12 разрядов) (см. рис. 5), где КГИ - коэффициент гармонических искажений, определяемый по пяти параметрам, РДД - реальный динамический диапазон, С/Ш - отношение мощности сигнала к мощности шума.

Максимальная частота дискретизации - 2 ГГц. Такую многоканальную встраиваемую систему можно использовать как синхронный анализатор сигналов для самых разных целей. Сбор, обработка и анализ поступающей информации, и даже принятие решения и его выполнение, может осуществляться без участия оператора. Сама задача построения прибора из отдельных модулей не проста. Добиваясь технологичности и надежности всей системы в целом, приходится решать ряд серьезных проблем. Прежде всего, необходимо обеспечить качественное межмодульное соединение. Это, пожалуй, наиболее сложная задача, так как тип соединения зависит от сложности конкретного модуля. Например, в высокочастотных осциллографах ЗАО «Руднев-Шиляев» период частоты дискретизации может быть меньше наносекунды, и для обеспечения синхронной работы всех каналов требуется предпринимать дополнительные меры.

>
Рис. 3 Промышленный осциллограф в составе измерительного комплекса

Даже, если каждый модуль в отдельности функционирует превосходно, при работе в системе может наблюдаться значительное ухудшение как статических, так и динамических характеристик. Цифровая часть одного модуля может создавать помеху для чувствительного аналогового канала соседнего модуля. Для синхронной работы всех модулей у них должен быть один задающий тактовый генератор. При передаче тактового сигнала от одного модуля к другому возникает разность потенциалов межу общими шинами на разных между общими шинами на разных модулях, создаются «земляные» контуры, которые порождают помехи на входе приемника тактовой частоты, увеличивается фазовый шум, что приводит к ухудшению динамических пара- метров измерительных модулей в составе системы. Решается эта задача с использованием специального модуля синхронизации, который обеспечивает качественный запуск всей системы встраиваемых модулей. Также для надежной работы системы необходима продуманная система охлаждения. Суммарная мощность потребления встраиваемых модулей может превышать 1 кВт. Здесь необходимо не только правильно выбрать мощность используемого блока питания, но и обеспечить необходимую скорость потока и равномерность распределения охлаждающего воздуха. Площадь радиаторов, установленных на каждом модуле, наличие воздушных фильтров на заборных окнах, сопротивление потоку воздуха вносимое жгутами проложенных кабелей, - все это влияет на работу системы охлаждения. Отдельно хотелось бы остановиться на возможности взаимозаменяемости встраиваемых модулей. На этапе проектирования отдельного модуля в конструкцию закладывается некоторая избыточность, позволяющая каждому модулю работать как автономно, так и в составе измерительной системы. Каждый модуль имеет «на борту» встроенную систему диагностики, которая тестирует его наиболее важные узлы. Диагностическая информация запрашивается компьютером с каждого модуля при инициализации системы. При возникновении неполадок, код неисправности и номер модуля, где обнаружена ошибка, отображается на экране компьютера. Это позволяет значительно снизить затраты на обслуживание всего устройства.

рис. 4. 32-канальный осциллограф
на базе промышленного компьютера

Наиболее ответственные системы, рассчитанные на длительную эксплуатацию, комплектуются запасными модулями. Операция замены модуля не требует высокой квалификации обслуживающего персонала. Наличие на рынке встраиваемых систем широкого спектра коммерческих продуктов на базе вышеописанных измерительных встраиваемых модулей - эффективная возможность для решения нестандартных измерительных задач, например, вычисления скоростей движущихся объектов. Для этого необходимо иметь два канала - прямой и квадратурный. Имеющийся офисный или промышленный компьютер произведет необходимые вычисления и представит результат. Незаменимы высокочастотные модули и в задачах прямого преобразования промежуточных частот различных источников сигналов в диапазоне до 1 ГГц. Применение встраиваемых модулей позволяет преобразовывать сигналы, передавать данные в компьютер и определять спектральные характеристики источников сигналов. Описанные измерительные системы на базе компьютера удобны для моделирования при решении нестандартных и несерийных задач. В этом случае можно легко менять начальные условия задач, параметры сбора и обработки информации. Для решения серийных задач система из встраиваемых модулей обеспечит необходимую автоматизацию процедур измерения и, при необходимости, проконтролирует процесс управления объектами, параметры которых анализируются. При этом, программная часть встраиваемой системы может быть быстро адаптирована под особенности решаемой задачи, соответствуя требованиям удобства и простоты использования.

рис. 5 Динамические характеристики 12-разрядного измерительного модуля

Указанные на схеме номиналы частотоопределяющих элементов соответствуют частоте гетеродина 25 МГц. что позволяет. например, наблюдать на экране осциллографа с полосой пропускания до 5 МГц форму высокочастотных колебаний сигналов с частотой 20...30 МГц. Смеситель Ul - обычный диодный кольцевой смеситель, его схема приведена на рис. 2.

Исследуемый сигнал через высокочастотный широкополосный трансформатор Т1 н через дополнительный резистивный аттенюатор подается на вход смесителя.

При налаживании устройства следует снять его амплитудную характеристику по входному сигналу и найти тем самым максимальное значение исследуемого сигнала, которое можно подавать на приставку. Со смесителем Ul типа SRA1 этот уровень (на выводе /) достигал -3 дБм, т. е. 160 мВ (входное сопротивление смесителя 50 Ом).

Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом кольце FT-37-75 с внешним диаметром 9,6 мм. Первичная обмотка представляет собой центральную жилу коаксиального кабеля, пропущенную через кольцо, а вторичная содержит 31 виток и выполнена проводом диаметром 0,3 мм. Она равномерно размещена по периметру кольца. Такой трансформатор ослабляет исследуемый сигнал примерно на 30 дБ.

Полное ослабление исследуемого сигнала (с учетом резистивного аттенюатора) составляет 50 дБ, что позволяет, например, анализировать сигнал передатчиков любительских станций с мощностью до 50 Вт. Полоса пропускания трансформатора - от 0,5 до 100 МГц.

Потерн в смесителе составляют около 10 дБ, поэтому максимальный уровень сигнала, поступающего на осциллограф, будет составлять (в зависимости от параметров конкретного экземпляра смесителя) 20... 50 мВ. поэтому осциллограф должен иметь соответствующую чувствительность.

Примечание. В устройстве можно применить отечественные полупроводниковые приборы: КП303В {VI}. КД503Б (V2 на рис. 1), КТ325, КТ355, КТ368 (V3. V4) и КД503Б (VI-V4 на рис. 2). Трансформаторы Т1. Т"2 (рис. 2) кольцевого смесителя можно выполнить на ферритовых кольцах типоразмера К10х х5х3 с магнитной проницаемостью 50...100. Данные обмоток можно заимствовать из описания аналогичного узла трансивера "Радио-76", опубликованного в "Радио" 1976, N 6, 7. Такой же магнигопровод можно использовать и для трансформатора Т1 на рис. 1.

QST (США), февраль. 1982

При осциллографических измерениях в высокочастотных устройствах входная емкость делителя может вносить значительные искажения в настраиваемый узел (например, при подключении пробника к контуру ВЧ генератора и т.п.). Делители с коэффициентом 1:1 имеют входную емкость порядка 100 пф и более (емкость кабеля плюс входная емкость осциллографа), что существенно ограничивает их частотный диапазон. В то же время стандартные пассивные делители 1:10 с входной емкостью 12 – 17 пф снижают чувствительность осциллографа до 50 мВ на деление (при максимальной чувствительности по входу равной 5 мВ / деление, типичной для большинства промышленных осциллографов), а также имеют все еще слишком большую входную емкость для проведения неискажающих измерений в ВЧ цепях, где емкости контуров могут иметь такое же значение.

Данная проблема решается использованием для измерений специальных активных пробников, выпускаемых для этой цели (например, фирмой Tektronix). Однако, эти устройства довольно трудно найти и их цена (от $150 и выше) сопоставима с ценой хорошего б/у осциллографа. В то же время не представляет большой сложности самостоятельно изготовить простой активный осциллографический пробник с малой входной емкостью, что и было сделано автором.

Активный осциллографический пробник предназначен для измерений переменных напряжений в низковольтных ВЧ схемах и имеет следующие характеристики:

Диапазон измеряемых амплитудных значений сигнала – от 10 мВ до 10 В
Частотная характеристика – линейна от 10 КГц до 100 МГц при малом сигнале
Выходной сигнал – инвертированный, с коэффициентом деления 1:2
Напряжение питания – 12 вольт (4 * CR2025) или внешний источник
Входная емкость – 0.5 пф (0.25 пф с внешним делителем 1: 10)
Входное сопротивление – 100 килоом
Потребляемый ток – 10 мА
Размеры 60 х 33 х 16 мм

Внешний вид изготовленного прибора приведен на фото.

Конструкция прибора

Принципиальная схема пробника приведена на рисунке. Прибор собран на трех малошумящих СВЧ транзисторах 2SC3356 с граничной частотой 7 ГГц. Коэффициент усиления по напряжению составляет около 23 дб. Выходной эмиттерный повторитель служит для дополнительной развязки усилителя от нагрузки и может быть исключен, если пробник будет использоваться с одним и тем же осциллографом. Цепочка из светодиода, стабилитрона на 9 вольт и резистора служит индикатором включения и пороговым индикатором напряжения батареи питания. Питающее напряжение 12 вольт необходимо и достаточно для того, чтобы получать на выходе прибора максимальное амплитудное значение измеряемого сигнала до 5 вольт, и тем самым обеспечивать максимальный динамический диапазон до 50 дб при проведении измерений с установкой коэффициента отклонения, начиная от 5 мВ на деление (чувствительность большинства осциллографов).

Конструктивно прибор может быть собран в любом подходящем пластмассовом корпусе. Главное требование к материалу корпуса – прочность и низкие потери материала на высоких частотах. Для уменьшения входной емкости пробника не следует размещать его в металлическом корпусе: при входном сопротивлении 100 килоом и малой длине соединений внутри корпуса внешние наводки не играют роли, особенно если учесть, что нижняя граница частотного диапазона была сознательно выбрана намного выше частоты электрической сети.

Пробник включается нажатием кнопки в момент проведения измерений, что гарантирует работу прибора без замены внутреннего источника питания в течение длительного времени. Кроме того, как видно на фото, кнопка включения защищена от случайного нажатия, когда прибор не используется для работы. Для работы в непрерывном режиме предусмотрен разъем для подключения внешнего источника питания 12 вольт, 10 мА.

Внутренний вид прибора показан на фотографии. Металлическая упругая пластина с четырьмя винтами фиксирует пакет из расположенных под ней четырех литиевых батарей CR2325. Выходной коаксиальный кабель должен быть надежно закреплен прижимной пластиной на винтах, как видно на фото. Входной СВЧ усилитель смонтирован на подходящей миниатюрной плате (автор применил керамическую плату размерами 10 х 10 миллиметров с 12 точками для припайки выводов, от элемента этажерочного микромодуля – эти детали изготовлялись в 60-е годы до появления микросхем и весьма удобны для изготовления миниатюрных схем с современными SMD компонентами).

Налаживание

Этот этап работы должен быть проведен весьма тщательно для получения нужного результата.

После сборки усилителя необходимо прежде всего точно установить его рабочую точку подбором резистора на 120 килоом для получения максимальной амплитуды неискаженного сигнала на выходе. В данной схеме и при свежих элементах питания этот режим достигается при установке постоянного напряжения от +5.2 до +5.3 вольта на эмиттере второго транзистора. Рабочая точка второго эмиттерного повторителя не требует настройки при указанных номиналах резисторов.
Далее следует точно подобрать значение нижнего по схеме резистора (в данном случае 20 килоом) входного делителя для получения требуемого маштаба (1: 2) передачи сигнала между входом и выходом прибора на относительно низкой частоте (порядка 100 КГц). Заметим, что входное сопротивление усилителя при указанных номиналах деталей составляет около 5 килоом (на той же частоте), так что при отсутствии указанного резистора коэффициент передачи устройства будет выше требуемого примерно на 3 дб (величина ослабления входного сигнала равняется (105 / 5) = 26 дб, в то время как общий коэффициент усиления схемы равен 23 дб, а требуемый коэффициент передачи всего устройства должен быть равен 0.5, т.е. минус 6 дб).
Подбор компенсирущих емкостей (0.5 пф параллельно резистору на 100 килоом, и подстроечный конденсатор в нижней ветви входного делителя) осуществляется путем сравнения коэффициента передачи на двух частотах, например, 1 МГц и 30 МГц, и подбора емкостей до получения нужного постоянного коэффициента передачи устройства. Далее производится окончательная проверка устройства на верхней рабочей частоте, если у радиолюбителя имеется такая возможность.
В заключение проверяется фактическая входная емкость пробника на высокой частоте (например, подключением его к контуру с известными параметрами работающего генератора и контролем изменения частоты выходного сигнала по цифровому частотомеру или приемнику). При правильном выполнении конструкции прибора она не должна существенно отличаться от указанного на схеме значения (суммарная входная емкость в изготовленном автором пробнике, измеренная на частоте 20 МГц, составила 0.505 пф).

Замечания

Данный пробник создавался автором для измерений в цепях синусоидальных ВЧ сигналов в контурах генераторов и усилительных каскадов транзисторных схем, и он в целом решает поставленную задачу. Именно по этой причине в пробнике и был выбрано указанное выше соотношение между всеми основными параметрами прибора – его частотным диапазоном, высокой чувствительностью, достаточно большим входным сопротивлением и минимально возможной входной емкостью измерителя, а также небольшим потребляемым током. Радиотехника – это всегда компромисс при заданных разработчиком предельных значениях параметров.

Дмитрий
Киев