Как известно из курса усилительных устройств, параметры переходной характеристики т„ и gcn связаны с параметрами АЧХ приближенными соотношениями:

т„»0,35 в, (7.1)

gcux2nf,T,gy. (7.2)

Нелинейность амплитудной характеристики канала вертикального отклонения и нелинейность трубки описывают нелинейностью отклонения

(Зх=[(/Сх„акс-/Суср) /Куср] 100%,

где /(умакс - наибольшее значение коэффициента отклонения из определяемых на различных участках экрана вдоль центральной вертикальной оси; Кгр - среднее значение коэффициента отклонения.

Канал горизонтального отклонения характеризуют нелинейностью развертки осциллографа

P.V=[(/rcp-/r™aKc) гср] -100%,

где /гср и /гмакс - длина отрезков горизонтальной оси экрана в его средней части и длина наибольшего ее отрезка, соответствуюшие одному и тому же временному интервалу Т.

7.3. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ АМПЛИТУДНЫХ И ВРЕМЕННЫХ СООТНОШЕНИЙ

Погрешности измерений параметров колебаний по осциллограмме зависят от двух основных причин: неточности воспроизведения формы колебания на экране ЭЛТ, обусловленной искажениями колебаний во входных цепях и в канале У осциллографа, а также нелинейностью развертки и погрешностью при отсчитывании параметров по осциллограмме.

Влияние входных цепей. Входное сопротивление осциллографа и его входная емкость могут существенно нарушить режим работы устройства, к которому подключают осциллограф и, следовательно, привести к появлению методической погрешности. Хотя эту погрешность в принципе можно учесть в каждом конкретном случае и ввести соответствующую поправку, обычно стараются просто уменьшить ее до малого значения и не исключать.

В простейших случаях влияние входных цепей можно оценить. Например, если выходное сопротивление /?, источника импульсного сигнала активно, а подключение осциллографа не изменяет режима работы источника, то входную цепь можно рассматривать как интегрирующую с постоянной времени т =/?э(Ск +Свх), где /?, = Л,/?вх/(/?, + Лвх).

Как известно из курса теории радиотехнических цепей, время нарастания переходной характеристики такой цепи Твх = 2,2т, и под ее влиянием увеличивается время нарастания осциллографа.

Если исследуемый сигнал, содержащий резкие перепады напряжений, подводят ко входу осциллографа не полностью согласованным коаксиальным кабелем, то на осциллограмме появляются специфические искажения за счет многократных отражений от концов кабеля. Эти искажения имеют форму затухающих отражений с периодом, равным удвоенному времени запаздывания сигнала в кабеле. Например, для коаксиального кабеля с полиэтиленовым заполнением длиной 1 м это время составляет около 5 нс.

Влияние каналов Y и X осциллографа и ЭЛТ. Из-за неидеальности характеристик канала вертикального отклонения и ЭЛТ осциллограмма отличается от формы исследуемого колебания. Основными источниками искажения являются ограниченная ширина полосы пропускания усилителей и ЭЛТ, а также нелинейность их амплитудных характеристик. Проявляются эти факторы по-разному в зависимости от свойств исследуемых колебаний.

Если исследуются узкополосные колебания, например AM сигнал с малой частотой модулирующих колебаний, то при любых средних частотах в пределах ширины спектра коэффициент отклонения можно считать постоянным, так что такие колебания будут воспроизводиться практически без искажения. Естественно, что с ростом средней частоты коэффициент отклонения будет уменьшаться, и это уменьшение можно учесть.

При оценке искажения широкополосных сигналов, например импульсов с короткими фронтами, пользуются переходной характеристикой осциллографа. Обычно искажения импульсных сигналов оценивают по времени нарастания переходной характеристики.

Длительность фронта Тф наблюдаемого на экране импульса оценивают приближенным соотношением ТфЯ:(тн + Твх + Тфи), где Тф„ - длительность фронта исследуемого импульса. В принципе искажения этого вида можно оценить, вычислив

Тф„ = (т-т-тв)/ (7.3)

но на практике обычно просто выбирают осциллограф с достаточно малым временем нарастания, при котором (tL + Th )<0,3тф„ и длительность фронта исследуемого импульса увеличивается не более чем на 5 %.

Пример 7.2. К осциллографу с входной емкостью Свх = 50 пФ, входным сопротивлением /?вх= 1 МОм и частотой /в= 10 МГц кабелем с погонной емкостью 100 пФ/м длиной 0,5 м подведен трапецеидальный импульс. Определим длительность его фронта, если выходное сопротивление генератора импульса = = 2 кОм, а тф = 0,7 мкс. Время нарастания сигнала во входной цепи Твх = = 2,2(Ск + Св,)Р,Рвх/(Л + Р.х) = 2,2.100-10-2-10-107(2-10+ 10)»0,44 мкс. Время нарастания т„ = 0,35/10 = 0,35 мкс.

Длительность фронта импульса

Тф„ =(0,7 -0,44-0.35 = 0,36 мкс.

Поскольку все три длительности (Тф, Твх и т„) близки по значениям, то полученный результат сильно зависит от погрешностей измерений Тф и определения Твх. Например, если предельная погрешность измерений Тф равна 10 %, то Тф„ будет лежать в пределах 0,2...0,48 мкс, в чем легко убедиться, вычислив Тф„ для предельных значений Тф.

Искажения, обусловленные выбросом на переходной характеристике, аналитически учесть не удается. Эти искажения уменьшаются по мере увеличения длительности фронтов исследуемых импульсов и, начиная с некоторых длительностей, заметно не проявляются.

Влияние нелинейности амплитудных характеристик канала Y, ЭЛТ и развертки устранить не удается из-за сложной формы нелинейности и индивидуального характера этих искажений. Для большинства осциллографов нелинейность амплитудной характеристики и нелинейность развертки лежат в пределах 1...3 %.

Погрешности. Визуальный отсчет параметров колебаний по осциллограмме приводит к появлению погрешности из-за параллакса, конечной ширины луча и дискретности отсчета по шкале. Параллакс может возникать при отсчете по шкалам, помещенным на некотором расстоянии перед экраном ЭЛТ. В современных осциллографах применяют безпараллаксные экраны со шкалой на внутренней поверхности экрана. Погрешность, обусловленную шириной луча, оценивают половиной его ширины, а погрешность дискретности - половиной цены деления шкалы.

Систематические погрешности обусловлены неточностью задания коэффициентов отклонения и развертки. Основная погрешность этих коэффициентов обычно составляет 3...7 %.

Таким образом, общая погрешность измерения амплитуды и временных интервалов складывается из большего числа составляющих, имеющих в основном систематический характер и приближенно заданных предельными значениями. К суммированию этих составляющих обычно не прибегают и измерения амплитуды и временных интервалов оценивают пределами допускаемых погрешностей, приводимыми в паспортных данных. Для осциллографов с аналоговой обработкой сигнала эти погрешности составляют 3...10 %.

В некоторых осциллографах предусмотрено измерение амплитуды и временных интервалов с помощью встроенных цифровых измерителей. В этом случае общая погрешность значительно уменьшается.

5 Зак. 1898 129