Такие АЦП могут быть выполнены по параллельной схеме, и их время преобразования составит 0,1...1 мкс, причем на протяжении части этого интервала входное напряжение не должно меняться. Поэтому часто АЦП применяют совместно с устройствами выборки и хранения. В этих устройствах, подобных по структуре стробоскопическим преобразователям, за время выборки быстро заряжается накопительный конденсатор, подключенный ко входу АЦП. За время преобразования напряжение на конденсаторе практически не изменяется, что обеспечивает нормальный режим работы.

Быстродействие существующих АЦП ограничивает полосу пропускания осциллографа до единиц мегагерц. Если такая полоса недостаточна, то прибегают к стробоскопическому преобразованию измеряемого сигнала, что в принципе позволяет получать эффективную полосу пропускания до 10...25 ГГц.

Обычно обработку информации не удается осуществить в темпе ее поступления, и цифровой сигнал запоминают в ОЗУ. Адрес каждой ячейки памяти соответствует временному положению выборки, а содержимое - значению напряжения. При такой структуре прибора теряется информация о сигнале за время, когда происходит считывание данных из ОЗУ. Во избежание потерь используют два буферных ОЗУ, в один из которых производят запись, а из другого - считывание. По мере окончания записи режимы ОЗУ меняют. Таким образом информацию о сигнале непрерывно записывают в одно из ОЗУ.

В цифровых осциллографах расчеты производят по программам, хранимым в ПЗУ и вызываемым оператором с клавиатуры.

Для отображения результатов преобразования обычно применяют ЭЛТ, отклоняющие напряжения формируют с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП), на вход которых подают результат вычислений в цифровой форме. Существуют и матричные индикаторы. Такой индикатор может быть образован, например, двумя ортогональными системами прямолинейных равноотстоящих электродов. С помощью дешифраторов к определенным электродам каждой системы подводят напряжение, вызывающее свечение газа возле точки перекрещивания электродов. Такие индикаторы довольно инерционны и могут применяться только в осциллографах с памятью.

Возможности цифровых осциллографов. Введение промежуточной памяти цифрового сигнала позволяет строить запоминающие осциллографы. Такие приборы без стробоскопического преобразования входного сигнала могут анализировать одиночные импульсы. Наличие памяти позволяет наблюдать на экране несколько осциллограмм сигналов, выборки из которых хранят в памяти.

Цифровые осциллографы позволяют измерять амплитудные и временные параметры сигналов, а также их некоторые характеристики, например спектры. Имеется возможность статистической обработки сигналов: усреднения, построения гистограмм.

Выводы

Для неискаженного воспроизведения формы сигнала на экране ЭЛТ осциллографа необходимо, чтобы отклонение луча по оси ординат было пропорционально мгновенному значению сигнала, а по оси абсцисс - времени. Временная развертка должна быть синхронизирована с сигналом.

Структурная схема осциллографа состоит из трех каналов: X, Y i\ Z. Канал У предназначен для усиления сигнала, в канале X формируют напряжение развертки, канал Z служит для управления яркостью луча. Канал У осциллографа характеризуют коэффициентом отклонения, нелинейностью отклонения, верхней и нижней граничными частотами полосы пропускания, а также входными сопротивлением и емкостью. Канал X характеризуют коэффициентом развертки и нелинейностью развертки.

Погрешность измерений временных и амплитудных соотношений по осциллограмме обычно составляет 3... 10 %. Полоса пропускания канала У осциллографа может достигать сотен мегагерц.

С помощью стробоскопического преобразования сигнала полосу пропускания расширяют до 10...25 ГГц. Полоса пропускания стробоскопических осциллографов зависит от параметров преобразователя и длительности стробирующего импульса.

В цифровых осциллографах исследуемый аналоговый сигнал превращают в цифровой и всю его обработку проводят в цифровой форме. В таких приборах, применяя соответствующие программы, можно получить любые параметры и характеристики сигнала.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Сформулируйте условия иеискажеиного воспроизведения временной диаграммы сигнала на экране ЭЛТ.

2. Как осуществляется синхронизация? Какие виды синхронизации существуют? Что такое ждущая развертка и когда ее применяют?

3. Изобразите упрощенную структурную схему осциллографа. Поясните взаимодействие ее элементов и сформулируйте предъявляемые к ним требования.

4. Ко входу осциллографа подведено гармоническое колебание, а на его экране возник светлый прямоугольник. О чем это свидетельствует и что надо сделать, чтобы наблюдать неискаженную осциллограмму?

5. Что отразится на экране ЭЛТ, если ко входу подведено AM колебание с гармоническим модулирующим сигналом? Частота развертки много меньше несущей частоты, синхронизация отсутствует. Можно ли в этом случае измерить коэффициент модуляции?

6. Ко входу Y осциллографа подведено шумовое напряжение, спектр которого попадает в полосу пропускания канала У. Какое изображение появится, если развертка выключена, и как по нему измерить плотность вероятности?

Указание: можно считать, что яркость экрана в данной точке прямо пропорциональна времени пребывания луча.

7. Что характеризуют коэффициент отклонения и коэффициент развертки и как их регулируют?

8. Как связаны погрешности при измерении амплитудных и временных соотношений с характеристиками каналов осциллографа? Как влияют входные цепи осциллографа на погрешность измерений параметров сигнала?

9. Расскажите о принципе стробоскопического преобразования сигналов. Что такое коэффициент трансформации времени и как он зависит от параметров преобразования?

10. Изобразите структурную схему стробоскопического осциллографа со ступенчатым напряжением развертки. Как можно изменить число точек считывания? Ко входу осциллографа подведена последовательность треугольных видеоимпульсов. Как исказится осциллограмма, если быстрое пилообразное напряжение нелинейно и скорость его нарастания убывает?

11. Что такое случайное считывание и как его можно реализовать?

12. Изобразите упрощенную схему преобразователя стробоскопического осциллографа и поясните ее действие. Чем определяется АЧХ преобразователя и каким образом можно повысить верхнюю граничную частоту?

13. Как работает стробоскопический преобразователь со схемой памяти? Из каких соображений выбирают коэффициент передачи Ю Постройте зависимость Ивь:х(0 Д-я Л=1,2 и 0,3, если ко входу подведены прямоугольные импульсы.

ЗАДАЧИ

1. Отклонение луча Y связано с входным напряжением Ux осциллографа соотношением Y = a\Ux-\-a2ul, где а\ = \ см/В; 02 = 0,02 см/В. Определите нелинейность отклонения, если высота рабочей части экрана составляет 5 см.

2. Отклонение X луча по горизонтали X = a\t-\-a2f, где oi = 1 см/мкс; 02 = = -0,01 см/мкс. Определите нелинейность развертки, если длина рабочей части экрана 10 см. Как изменится нелинейность, если длина рабочей части экрана составит 5 см?

3. К пластинам Y н X ЭЛТ подведены два гармонических напряжения с одинаковой амплитудой Uy = U„,cos{(at-\- tf); Ux = Umcosoit. Считая чувствительность ЭЛТ по осям одинаковой, графически постройте траектории луча для ср = 0; 45°; 90°.