2014-01-31
687
n В осциллографических измерениях, как и в других измерениях, присутствует погрешность взаимодействия прибора с объектом исследования (ОН) — источником сигнала, которая определяется соотношением выходного сопротивления источника и комплексного входного сопротивления (импеданса) ЭЛО.
n Так как осциллограф является измерителем напряжения, то, чем больше его входное сопротивление по сравнению с выходным сопротивлением источника сигнала, тем лучше
n А поскольку ЭЛО подключается к источнику сигнала с помощью входного соединительного кабеля, то необходимо учитывать как входные параметры собственно прибора, так и параметры кабеля.
n При подключении ЭЛО к объекту исследования важное значение имеют правильный выбор входного кабеля, учет и согласование параметров источника сигнала, кабеля и собственно осциллографа.
n Входные кабели (ВК) по своим возможностям делятся на пассивные и активные.
n Группа пассивных (не содержащих активных элементов) ВК — наиболее массовая группа и делится, в свою очередь, на кабели без деления (без уменьшения) входного сигнала (1: 1) и кабели с делением сигнала (10:1; 100:1).
|
|
|
n Коаксиальный кабель представляет собой распределенную электрическую емкость. Удельная емкость коаксиального кабеля обычно составляет (50... 100) пФ на 1 м, поэтому длина ВК имеет существенное значение, так как определяет емкостное сопротивление кабеля и, следовательно, общую входную емкость.
n Общая входная емкость (с точки зрения источника сигнала) СВХ,, равна сумме емкостей кабеля СК и усилителя СУ, ЭЛО.
n Активное сопротивление кабеля пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением входного усилителя ЭЛО, и его можно не учитывать.
n Общее входное сопротивление с учетом ВК определяется параллельным соединением активного сопротивления входного усилителя RУ и суммарной входной емкости СВХ.
n Строго говоря, необходимо также учитывать и емкость собственно контактов щупов (наконечников), подсоединяемых к ОИ. Типичное значение этой емкости — 2..5 пФ.
n Чем меньше общая входная емкость и чем больше входное активное сопротивление, тем лучше, так как тем меньше будет погрешность взаимодействия и, следовательно, шире полоса частот пропускания.
n Пассивные ВК с делением (ВКД) сигнала содержат дополнительную внутреннюю резистивно-емкостную цепь (резистор R и конденсатор С), обеспечивающую увеличение входного активного сопротивления и одновременно уменьшение входной емкости, т. е. расширение полосы частот исследуемых сигналов.
n Схема включения ВКД показана на рис. 4.22.
n При соединении ОИ с ЭЛО таким кабелем возникает делитель напряжения, верхнее плечо которого образовано суммарным комплексным сопротивлением резистивно-емкостной цепи кабеля (R и С), а нижнее --- параллельным соединением емкостей кабеля СК, усилителя- СУ и входного сопротивления RУ усилителя ЭЛО.
|
|
|
n На рис. 4.23 приведена эквивалентная схема подключения такого делителя.
n В этом случае входное активное сопротивление RВХ (с точки зрения ОП) имеет вид
n RВХ= R + RУ.
n Входная емкость СВХ при этом образована последовательным соединением емкости конденсатора С резистивно-емкостной цепи ВКД и суммарной емкости параллельного соединения емкостей кабеля СК и емкости усилителя СУ:
n СВХ = [ С (СК + СУ)] / (С+ СК + СУ)
n В данном случае суммарная входная емкость заметно уменьшается.
n Пример: для ВКД с коэффициентом деления 10: 1. Известны параметры ЭЛО и ВКД:
n RВХ = 1 МОм; СВХ = 50 пФ; СК = 50 пФ; R =9 МОм; С= 11 пФ.
n Сумма емкостей кабеля СК и усилителя ЭЛО СУ:
n СК + СУ =100 пФ
n Окончательные значения суммарных входного активного сопротивления RВХ и емкости СВХ (с точки зрения источника сигнала) равны соответственно:
n RВХ = 10 МОм; СВХ = IО пФ.
n В результате применения такого кабеля получаем значительно лучшие входные параметры прибора и, как следствие, лучшие динамические характеристики.
n Надо отметить, что использование ВКД пропорционально снижает чувствительность измерения.
n Напряжение (U2, поступающее на вход усилителя ЭЛО, в коэффициент деления раз меньше, чем измеряемое напряжение U1.
n В рассмотренном примере при постоянном (или низкочастотном) входном напряжении отношение U2 / U1= 10, т. е. чувствительность уменьшается в 10 раз.
n Значение емкости конденсатора С ВКД можно изменять в небольших пределах для настройки частотных свойств делителя.
n Если известны значения суммарных (с учетом соединительного кабеля любого типа) входного сопротивления и входной емкости, то погрешность взаимодействия для случая синусоидального сигнала оценивается следующим образом:
n ΔВЗ = — U [ (RИ / Rвх) + 0,5 (ωτ)² ],
n где U — результат измерения амплитуды; RИ — сопротивление источника сигнала; RВХ — суммарное входное сопротивление ЭЛО; ω — круговая частота сигнала (ω = 2πf частота входного сигнала);
n τ = RИ СВХ (С ВХ — суммарная входная емкость ЭЛО с кабелем).
n Первое слагаемое в этой сумме характеризует значение погрешности при постоянном входном напряжении, а второе — при переменном напряжении определенной частоты ω = 2πf
