Осцилографічний вимірювач амплітудних характеристик електричних сигналів

 

Пропоноване винахід ставитися до електровимірювальної техніки і може бути використане при розробці високоточних швидкодіючих осцилографічних вимірників наносекундного і субнаносекундного діапазонів і тестерів для перевірки швидкодіючих інтегральних мікросхем.

За основним свідоцтвом №599217, кл. G01R 13/30, заявл. 22.06.79 р., відомий осцилографічний вимірювач амплітудних характеристик електричних сигналів (вимірник), що містить осцилограф, перший вхід якого підключений до першої вхідний клеми, перший вихід - до першого входу блоку формування рівнів зон, другий вихід - до першого входу генератора імпульсів зон, вихід якого з'єднаний з входом подсвета осцилографа і другим входом блоку формування рівнів зон, а другий вхід - з третім виходом блоку управління, перший вихід якого пов'язаний з третім входом блоку формування рівнів зон, другий вихід - з входом керування другого перемикача, а четвертий вихід - з входом керування першого перемикача, вихід якого підключений до першого висновку конденсатора зв'язку та другого входу осцилографа, а перший і другий входи - до перших виходів першого і другого джерел опорного Ѕодной клемою і другим висновком конденсатора зв'язку, причому входи першої та другої плавно регульованих ліній затримки пов'язані з входом синхронізації вимірювача, а виходи - з першим і другим входами другого перемикача, вихід якого підключений до входу синхронізації осцилографа, а перший і другий виходи блоку формування рівнів зон з'єднані з входами індикатора рівності напруг [1].

Недоліком вимірювача є поява помилок амплітудних вимірювань внаслідок:

- залежності похибки амплітудних вимірювань від величини активної складової у вихідному опорі джерела досліджуваних сигналів (Rx);

Даний недолік обумовлений тим, що при змінній величині Rx і сумірності величин Rx і вхідного опору вимірювача (Rвх) коефіцієнт розподілу дільника, утвореного на вході вимірювача, є змінною величиною, що призводить до додаткових похибок при проведенні амплітудних вимірювань.

Таким чином, застосування даної схеми вимірювача може бути ефективним або при відомою і сталою величиною Rx, або при Rx<<Rвх.

- неможливості вимірювання величини Rx компенсаційним способом при однокаскадної схемі вимірювача (до складу одного каскаду входять два регульованих источочников опорних напруг на джерело досліджуваних сигналів;

Даний недолік обумовлений тим, що джерела опорних напруг підключаються послідовно з джерелом досліджуваних сигналів і при сумірності величин Rx і Rвх падіння напруги на Rx можуть бути порівнянні з величинами опорних напруг, що може призводити до порушень в роботі досліджуваного пристрою.

- неможливість розрахунку енергетичних характеристик досліджуваних сигналів, так як для даних розрахунків поряд з інформацією про амплітуду досліджуваних сигналів необхідна інформація про величину Rx.

З метою підвищення точності амплітудних вимірювань шляхом зменшення зазначених помилок і усунення зазначених недоліків осцилографічний вимірювач амплітудних характеристик електричних сигналів по додатковому винаходу авт. св. №815641 забезпечений третім і четвертим джерелом опорного напруги, додатковим вимірювачем різниці напруг, третім перемикачем, двома резисторами зв'язку та додатковим конденсатором зв'язку, перший висновок якого з'єднаний з другим входом осцилографа, першим висновком другого резистора зв'язку і виходом третього перемикача, а другий висновок - з виходом першого перемикача, першим висновком першого резистора зв'язку і�виконавчого вимірювача різниці напруг, а перші виходи з першим і другим входами третього перемикача, вхід управління якого підключений до п'ятого виходу блоку управління, причому другі виводи резисторів зв'язку з'єднані з першим входом осцилографа [2].

Цей вимірювач забезпечує:

- проведення вимірювань величини Rx на будь-якій ділянці досліджуваного періодичного цифрового сигналу компенсаційним способом внаслідок неідентичності умов у вхідних ланцюгах вимірювача для кожної з пар джерел опорних напруг;

- зменшення впливу змін величини Rx на похибку амплітудних вимірювань внаслідок обліку даних змін при проведенні обчислень за виведеним співвідношенням;

- можливість розрахунку енергетичних характеристик досліджуваних сигналів на підставі даних амплітудних вимірювань і вимірювань величини Rx.

Недоліком даного вимірника є поява помилок амплітудних вимірювань внаслідок впливу джерел опорних напруг на джерело досліджуваних сигналів при вимірюваннях величини Rx, що призводить до зниження точності та достовірності результатів вимірювань величини Rx.

Цей вплив зумовлений тим, що двухкаскадная схема вимірювача може забезпечити тільки односПри проведенні вимірювань величини Rx компенсація здійснюється на вході осцилографа, а на вхідні клеми вимірювача (і, отже, на вихід досліджуваного пристрою) впливають різні за величиною різниці падінь напруг двох пар опорних джерел напруги.

Вплив джерел опорних напруг на джерело досліджуваних сигналів при проведенні амплітудних вимірювань може порушувати роботу джерела досліджуваних сигналів, спотворювати форму досліджуваних сигналів і, відповідно, знижувати точність і вірогідність результатів вимірювань.

Метою пропонованого винаходу за опублікованій заявці №2012113266 від 30.03.2012 р. є підвищення точності і достовірності амплітудних вимірювань внаслідок усунення впливу джерел опорних напруг на джерело досліджуваних сигналів при вимірюваннях величини Rx.

Поставлена мета досягається тим, що осцилографічний вимірювач амплітудних характеристик електричних сигналів по опублікованій заявці на винахід №2012113266 від 30.03.2012 р., забезпечений п'ятим і шостим джерелами опорного напруги, третім вимірювачем різниці напруг, четвертим перемикачем, третім резистором зв'язку, третім конденсатором зв'язку, сьомим і восьмим джерелами опорного напруги, четвертим вимірювачем разностЋй висновок четвертого конденсатора зв'язку з'єднаний з другим виводом третього конденсатора зв'язку, першим висновком четвертого резистора зв'язку, виходом п'ятого перемикача і входами п'ятого і шостого джерел опорної напруги, другі виходи яких пов'язані з входами третього вимірювача різниці напруг, а перші виходи - з першим і другим входами четвертого перемикача, вхід управління якого підключений до шостого виходу блоку управління, причому другі висновки третього і четвертого резисторів зв'язку з'єднані з першим входом осцилографа, а перший висновок третього резистора зв'язку з'єднаний з першим висновком третього конденсатора зв'язку, другим висновком першого конденсатора зв'язку і виходом четвертого перемикача, поряд з цим другий висновок четвертого конденсатора зв'язку з'єднаний з другої клемою вимірювача і входами сьомого і восьмого джерел опорної напруги, другі виходи яких пов'язані з входами четвертого вимірювача різниці напруг, а перші виходи - з першим і другим входами п'ятого перемикача, вхід управління якого підключений до сьомого виходу блоку управління [4].

Цей вимірювач забезпечує:

- проведення вимірювань величини Rx на будь-якій ділянці досліджуваного періодичного (повторного) цифрового сигналу при повному усуненні ніж�слушною, незалежною регулювання режимів вимірювання і емулювання впливів на досліджуване пристрій, при поєднанні цих режимів у реальному часі.

Недоліком даного вимірника є поява помилок амплітудних вимірювань внаслідок наявності в контурі проходження досліджуваного сигналу Ux на вхід осцилографа ланцюжки з чотирьох послідовно з'єднаних джерел опорних напруг, що призводить до збільшення паразитних ємностей і індуктивностей вхідних ланцюгів вимірювача і, відповідно, знижує точність і достовірність амплітудних вимірювань.

Метою пропонованого винаходу є підвищення точності і достовірності амплітудних вимірювань внаслідок виключення з контуру проходження досліджуваного сигналу Ux на вхід осцилографа послідовно включених ланцюгів джерел опорних напруг і, відповідно, зменшення паразитних ємностей і індуктивностей вхідних ланцюгів вимірника. Поряд з цим, при використанні у складі вимірювача стандартних засобів вимірювання (ССВ), відпадає необхідність в наявності у них ізольованих або диференційних входів, що суттєво розширює перелік стандартних широкосмугових осцилографів, які можуть бути викори�литудних характеристик електричних сигналів, містить осцилограф, перший вихід якого підключений до першого входу блоку формування рівнів зон, другий вихід - до першого входу генератора імпульсів зон, вихід якого з'єднаний з входом подсвета осцилографа і другим входом блоку формування рівнів зон, а другий вхід генератора імпульсів зон з'єднаний з третім виходом блоку управління, перший вихід якого пов'язаний з третім входом формувача рівнів зон, другий вихід - з входом керування другого перемикача, а четвертий вихід - з входом керування першого перемикача, вихід якого підключений до першого висновку конденсатора зв'язку, а перший і другий входи - до перших виходів першого і другого джерел опорної напруги, другі виходи яких з'єднані з входами вимірювача різниці напруг, а входи - з другим висновком конденсатора зв'язку, причому входи першої та другої плавно регульованих ліній затримки пов'язані з входом синхронізації вимірювача, а виходи - з першим і другим входами другого перемикача, вихід якого підключений до входу синхронізації осцилографа, а перший і другий виходи блоку формування рівнів зон з'єднані з входами індикатора рівності напруг, при цьому перший висновок додатково�му третього перемикача, а другий висновок - з виходом першого перемикача, першим висновком першого резистора зв'язку і входами третього і четвертого джерел опорної напруги, другі виходи яких пов'язані з входами додаткового вимірювача різниці напруг, а перші виходи з першим і другим входами третього перемикача, вхід управління якого підключений до п'ятого виходу блоку управління, причому другі виводи резисторів зв'язку з'єднані з першим входом осцилографа, при цьому перший висновок четвертого конденсатора зв'язку з'єднаний з другим виводом третього конденсатора зв'язку, першим висновком четвертого резистора зв'язку, виходом п'ятого перемикача і входами п'ятого і шостого джерел опорної напруги, другі виходи яких пов'язані з входами третього вимірювача різниці напруг, а перші виходи з першим і другим входами четвертого перемикача, вхід управління якого підключений до шостого виходу блоку управління, причому перший висновок третього резистора зв'язку з'єднаний з першим висновком третього конденсатора зв'язку і виходом четвертого перемикача, при цьому другий висновок четвертого конденсатора зв'язку з'єднаний з другої вхідний клемою вимірювача і входами сьомого і восьмого источникопервие виходи з першим і другим входами п'ятого перемикача, вхід управління якого підключений до сьомого виходу блоку управління, забезпечений п'ятим і шостим резисторами зв'язку, при цьому другий висновок першого конденсатора зв'язку приєднаний до першого висновку шостого резистора зв'язку, другий висновок якого з'єднаний з першим входом осцилографа і першим висновком п'ятого резистора зв'язку, другий висновок якого з'єднаний з першої вхідний клемою вимірювача і другими висновками третього і четвертого резисторів зв'язку, а другий вхід осцилографа з'єднаний з другої вхідний клемою вимірювача.

Технічна сутність запропонованого рішення.

Приєднання другої (загальної) клеми вимірювача до другого (загального) входу осцилографа виключає з контуру проходження досліджуваного сигналу Ux на вхід осцилографа ланцюжок з чотирьох послідовно з'єднаних джерел опорних напруг, що забезпечує зменшення паразитних ємностей і індуктивностей вхідний ланцюга вимірювача і, відповідно, підвищує точність і достовірність амплітудних вимірювань.

Поділ чотирьох послідовно з'єднаних джерел опорних напруг на два сегменти, кожний з яких входить по два послідовно з'єднаних джерела опорних напруг і які підключення�имодействуют через резистор зв'язку, включений в розрив лінії зв'язку між першою вхідний клемою вимірювача і першим входом осцилографа, забезпечує можливість вимірювання величини Rx по двухкаскадному варіанту, при цьому використовуються каскади із різних сегментів, а також можливість вимірювання величини Rx по четирехкаскадному варіанту, при використанні двох двокаскадних вимірників, взаємодіючих в режимах взаємної компенсації небажаних впливів джерел опорних напруг на вхідних клемах вимірювача. Виведено співвідношення, що забезпечують виконання умов взаємної компенсації.

Позитивний ефект запропонованого пристрою виникає внаслідок зменшення паразитних ємностей і індуктивностей вхідний ланцюга вимірювача, що забезпечує підвищення точності амплітудних вимірювань, а також внаслідок того, що об'єднання загальних висновків вимірювача і осцилографа дозволяє використовувати у складі вимірювача стандартні засоби вимірювань (наприклад, широкосмугові стробоскопічні осцилографи), не мають ізольованих або диференційних входів, тобто виникають нові «сверхсуммарние» властивості, крім обумовлених відомими властивостями прототипу.

Запропонована сукупність �ганною сукупності ознак, а також властивостей, які проявляються цими ознаками в заявленому пристрої, що виражається його принципом дії, з ознаками і властивостями технічних рішень, відомих в науці і техніці, не встановлено.

Принцип дії вимірювача пояснюється Фіг.1, 2, 3...5, де зображені:

- на Фіг.1 - блок-схема пристрою;

- на Фіг.2 - еквівалентні схеми ланцюгів на вході вимірювача;

- на Фіг.3...5 - тимчасові діаграми, що пояснюють роботу пристрою.

Пристрій складається з осцилографа 1, першого і другого джерел 2, 3 опорного напруги, першого перемикача 4, вимірювача 5 різниці напруг, першої та другої плавно регульованих ліній 6 і 7 затримки, другого перемикача 8, блоку 9 формування рівнів зон, генератора 10 імпульсів зон, індикатора 11 рівності напруг, блоку управління 12, першого конденсатора 13 зв'язку, третього і четвертого джерел 14 і 15 опорного напруги, третього перемикача 16, додаткового вимірювача 17 різниці напруги, додаткового конденсатора 18 зв'язку, першого і другого резисторів 19 і 20 зв'язку, п'ятого і шостого джерел 21 і 22 опорного напруги, четвертого перемикача 23, третього вимірювача 24 різниці напруг, третього конденсатора 25 зв'язку, тре�вертого вимірювача 30 різниці напруг, четвертого конденсатора 31 зв'язку, четвертого резистора 32 зв'язку, п'ятого резистора зв'язку 33 і шостого резистора зв'язку 34.

Пристрій працює наступним чином (Фіг.1). Досліджуваний періодичний (повторюваний) цифровий сигнал Ux надходить на вхід осцилографа 1 (надалі розглядаються цифрові системи передачі інформації). Передбачається, що внутрішні опору Ri джерел опорних напруг 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 багато менше опорів R19, R20, R26, R32, R33, R34. Опір R20 включає в себе активну складову вхідного опору осцилографа 1. Величини опорів R19, R20, R26, R32, R33, R34 в діапазоні змін рівнів досліджуваних сигналів Ux вважаються постійними. Вибір величин конденсаторів зв'язку С13, С18, С25, С31 проводиться з умов неспотвореній передачі форми досліджуваного сигналу Ux на вхід осцилографа 1. Виняток послідовно з'єднаних джерел опорних напруг 2,3; 14,15; 21,22; 27,28, перемикачів 4, 16, 23, 29 з контуру проходження досліджуваного сигналу Ux на вхід осцилографа 1 забезпечує, в поєднанні з конденсаторами зв'язку С13, С18, С25, С31, малі спотворення досліджуваних сигналів в області високих частот внаслідок малих значень паразитної ємності і індуктивності входнескольких конденсаторів для передачі різних ділянок спектра досліджуваного сигналу Ux, зокрема, для передачі високочастотних складових спектру можуть бути використані малоиндуктивние безкорпусні конденсатори або конструктивні ємності.

У разі якщо вхідна частина вимірювача реалізована у вигляді виносного пробника, то в конструкцію пробника із зазначених елементів можуть входити лише резистори зв'язку R19, R20, R26, R32, R33, R34, малогабаритні конденсатори (конструктивні ємності), пристрій перетворення вхідного сигналу (наприклад, змішувач стробоскопічного осцилографа).

Еквівалентний вхідний опір вимірювача (активна складова) дорівнює:

Коефіцієнт ділення напруги досліджуваного сигналу Ux на вході осцилографа:

Визначення активної складової у вихідному опорі джерела досліджуваних сигналів Ux (поточних значень у вибрані моменти часу) проводиться наступним чином.

Контрольований сигнал виводиться органами управління осцилографа 1 на екран (Фіг.3). Мітка зони за допомогою блоку управління 12 встановлюється на контрольований ділянку сигналу Ux. За сигналами блоку управління 12 виробляється синхронна комутація джерел опорних напруг 2,3; 14,15; и різниці напруг опорних джерел мали протилежні знаки (наприклад: Е1-Е2=+Е1', Е3-Е4=-Е2', Е5-Е6=-Е3', Е7-Е8=+Е4'). Що відбувається при цьому зміщення досліджуваного сигналу Ux по осі амплітуд сприймається оператором як роздвоєння зображення сигналу і мітки зони. Зміна величин різниць опорних напруг джерел 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 проводиться таким чином, щоб взаємно компенсувати зміщення досліджуваного сигналу Ux по осі амплітуд, що відбувається від кожної з пар опорних джерел 2,3; 14,15; 21,22; 27,28. Контроль суміщення проводиться візуально по екрану або за збігом міток імпульсів зон з допомогою індикатора рівності напруг 11. Осцилограф 1 при цьому повинен мати зв'язку по постійному струму.

Після збігу міток зон на досліджуваній ділянці сигналу Ux (U'-->0 або U"-->0), при певних значеннях різниць опорних напруг джерел 2,3; 14,15;21, 22, 27, 28, виробляється обчислення величини активної складової Rx у вихідному опорі джерела досліджуваних сигналів Ux.

Вимірювання величини Rx може проводитися при використанні двох, трьох або чотирьох каскадів в різних поєднаннях.

Нижче наведено виведені співвідношення для ряду різних поєднань використовуваних каскадів.

Виведені співвідношення для розрахунку Rx при Е1', Е3'≠0; Е2', Е4'=0:

004.tif" height="44" width="158" />

Виведені співвідношення для розрахунку Rx, при Е2', Е3'≠0; Е1', Е4'=0:

Виведені співвідношення для розрахунку Rx, при Е1', Е4'≠0; Е2', Е3'=0:

Величина Rx є частиною активного вихідного опору джерела досліджуваних сигналів - Rдж., вимірюваного на постійному струмі. На сталих ділянках досліджуваного сигналу Rx --> Rдж.

При визначенні Rx величини Е1', Е2', Е3', Е4' вимірюються вимірниками різниць напруг 5, 17, 24, 30, а величини R19, R20, R26, R32, R33, R34 відомі.

Аналогічно проводиться визначення величини Rx у вихідному опорі джерела досліджуваних сигналів Ux в будь-який момент часу, згідно з ділянкою обраному на зображенні сигналу Ux, див. (Фіг.3).

Виміряні значення величини Rx (Rx13, Rx24, Rx14, Rx23), при різних поєднаннях використовуються каскадів повинні бути ідентичні і можуть відрізнятися в разі залежності величини Rx від впливів різних за величиною різниць падінь напруг на вхідних клемах вимірювача (Ux').

Детально процедура вимірювання величини Rx і вимоги до співвідношення величин Е1', Е2', Е3', Е4' будуть розглянуті нижче.

Для виведення основних залежностей розглянемо упроще

де Uo1', Uo2', Uo3', Uo4' - різниці падінь напруг на резисторі зв'язку R20 (на вході осцилографа 1);

Ux1', Ux2', Ux3', Ux4' - різниці падінь напруг на вихідному опорі джерела досліджуваних сигналів (на вхідних клемах вимірника);

UR331', UR332', UR333', UR334' - різниці падінь напруг на резисторі зв'язку R33.

Зображення досліджуваного сигналу на екрані осцилографа 1 зміщується по осі амплітуд пропорційно величинам різниць падінь напруг Uo1', Uo2', Uo3', Uo4'.

Так як при вимірюванні величини Rx проводиться взаємна компенсація зміщень досліджуваного сигналу Ux по осі амплітуд, що походять від кожної з пар опорних джерел напруги 2,3; 14,15; 21,22; 27,28, із співвідношень (7) випливає:

Uo1'+Uo2'+Uo3'+Uo4'=0;

і, відповідно:

Визначимо величини Ux1', Ux2', Ux3', Ux4' через відомі величини резисторів зв'язку R19, R20, R26, R32, R33, R34, вимірювані величини різниць опорних напруг джерел Е1', Е2', Е3', Е4' і величину Rx (див. еквівалентні схеми ланцюгів на вході вимірювача (Фіг.2)):

З розгляду схем ланцюгів на вході вимірювача (Фіг.2) визначимо різниці падінь напруг Uo1', Uo2', Uo3', Uo4' на вході осцилографа через відомі величини резисторів зв'язку R19, R20, R26, R32, R33, R34, вимірювані величини різниць опорних напруг джерел Е1', Е2', Е3', Е4' і величину Rx:

Результуюче вплив різниць падінь напруг Uo1', Uo2', Uo3', Uo4', на вході осцилографа 1 і, відповідно, величина зміщення досліджуваного сигналу Ux по осі амплітуд на екрані осцилографа, одно:

Розглянемо можливі варіанти роботи четирехкаскадной схеми вимірювача при вимірюваннях величини Rx, коли використовуються два каскаду:

- варіант, коли використовується перший і третій каскади, відповідно Е2' і Е4' дорівнюють нулю:

Підставляючи співвідношення (15), (17) в рівняння (20) і вирішуючи його відносно Rx, отримуємо співвідношення (3);

- варіант, ко149" />

Підставляючи співвідношення (16), (18) рівняння (21) і вирішуючи його відносно Rx, отримуємо співвідношення (4);

- варіант, коли використовуються другий і третій каскади, відповідно Е1' і Е4' дорівнюють нулю:

Підставляючи співвідношення (16), (17) в рівняння (22) і вирішуючи його відносно Rx, отримуємо співвідношення (5);

- варіант, коли використовуються перший та четвертий каскади, відповідно Е2 і Е3' дорівнюють нулю:

Підставляючи співвідношення (15), (18) рівняння (23) і вирішуючи його відносно Rx, отримуємо співвідношення (6).

При роботі вимірювача в двухкаскадном варіанті, при вимірюваннях величини Rx, по черзі використовуються перший, третій, другий, четвертий, другий, третій; перший, четвертий каскади.

Розрахунок величин Rx13, Rx24, Rx23, Rx14 проводиться у відповідності із співвідношеннями (3)...(6). При визначенні величин Rx13, Rx24, Rx23, Rx14 величини Uo13', Uo24', Uo23', Uo14' встановлюються рівними 0 візуально по екрану осцилографа 1 або за збігом міток імпульсів зон з допомогою індикатора рівності напруг 11.

В П. 1...4, 5...8 табл.1 в якості прикладів наведено результати розрахунків при вимірюваннях величини Rx при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

З розгляду результатів измеренийй Ux' (Ux13', Ux24', Ux23', Ux14'), що може порушувати роботу досліджуваного пристрою і знижувати достовірність і точність вимірювань.

Таблиця 1
U,E,R nФормула (№ xxx)1234Примітка
Uo',V19 (87)0000
Uo2',V16 (84)000.5098040.5105566
Uo1',V15 (83)-0.254902-0.255278300
Uo3',V17 (85)0.254902Uo4',V18 (86)00-0.509804-0.5105566
E2',V0011
E1',V-1-100
E3',V1312.0909100
E4',V00-13-12.09091
Е3'/Е1'-13-12.09091td align="left">---13-12.09091
Ux2',V10 (78)003.921569 E-024.222649 E-02
Ux1',V9 (77)-1.960784 E-02-2.111324 E-0200
Ux3',V11 (79)1.0196081.02111300
Ux4',V12 (80)00-2.039216-2.042227
Ux13',V1100-2-2
Ux',V14 (82)11-2-2
Rx13, kOm3 (73)100110--
Rx24, kOm4 (74)--100110

Розглянемо два варіанти роботи вимірювача в режимі вимірювань величини Rx, коли використовуються чотири каскаду.

При роботі вимірювача в чотирьохкаскадному варіанті, при вимірюваннях величини Rx, маємо синхронну роботу двох двокаскадних вимірників, що працюють в протифазі (з точки зору впливу на досліджуване пристрою), з метою виключення небажаного результуючого впливу рознос�графа з'єднані, то ланцюг проходження досліджуваного сигналу Ux на вхід осцилографа (Фіг.2е) має мінімальні паразитні параметри (Lпар., Спар.), а також з'являється можливість використовувати у складі вимірювача стандартні швидкодіючі осцилографи, які не мають ізольованих або диференційних входів.

Таблиця 1 - продовження
U,E,R nФормула (№ xxx)5678Примітка
Uo',V19 (87)0000
Uo2',V16 (84)0.2549020.255278300
Uo1',V15 (83)00Uo3',V17 (85)-0.254902-0.255278300
Uo4',V18 (86)00-0.254902-0.2552783
E2',V0.50.500
E1',V0011
E3',V-13-12.0909100
E4',V00-6.5-26-24.18182--
E4'/E1'---6.5-6.045455
Ux2',V10 (78)1.960784 E-022.111324 E-0200
Ux1',V9 (77)001.960784 E-022.111324 E-02
Ux3',V11 (79)-1.019608-1.02111300
Ux4',V12 (80)00-1.01960800-1-1
Ux23',V-1-100
Ux',V14 (82)-1-1-1-1
Rx23 kOm5 (75)100110--
Rx14 kOm6 (76)--100110

Розглянемо перший варіант роботи вимірювача в чотирьохкаскадному варіанті, відповідно можна записати співвідношення:

Підставляючи співвідношення(9), (10), (11), (12) в�и визначаються в процесі вимірювання величин Rx13 і Rx24 [див. співвідношення (3) і (4)], тому, після проведення обчислень згідно з співвідношенням (25), можливо визначити значення співвідношення.

Встановлюючи в процесі проведення вимірювань абсолютне значення одного з величин Е1', Е2' Е3', Е4", можливо, при дотриманні встановлених співвідношеньвстановити абсолютні значення інших величин.

При необхідності проводиться декілька ітерацій з уточнення величини Rx і, відповідно, уточнення співвідношень величин Е1', Е2', Е3', Е4'.

Поступове збільшення абсолютних значень величин Е1', Е2', Е3', Е4' забезпечує мінімізацію можливих небажаних результуючих впливів різниць падінь напруг Ux1', Ux2', Ux3', Ux4' на досліджуване пристрій на етапі уточнення величини Rx.

Визначимо зв'язок між співвідношеннямипри проведенні вимірювань величини Rx в чотирьохкаскадному варіанті.

При синхронній роботі двох двокаскадних вимірників проводиться визначення величин Rx13 і Rй кожного з двокаскадних вимірників повинні бути рівні - Rx13=Rx24. Відповідно після перетворень співвідношень (3) і (4) отримуємо вираз, що визначає взаємозв'язок співвідношеньнезалежно від величини Rx:

При установці абсолютних значень величин Е1', Е2', Е3', Е4', при проведенні вимірювань величини Rx, взаємозв'язок співвідношеньповинна відповідати виразом (26).

В п. 9, 10 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при проведенні вимірювань величин Rx при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Розглянемо другий варіант роботи вимірювача в чотирьохкаскадному варіанті, відповідно можна записати співвідношення:

Підставляючи співвідношення(9), (10), (11), (12) рівняння (27) і провівши перетворення, отримуємо співвідношення (28):

Співвідношеннявизначаються в процесі вимірювання величин Rx14 і Rx23 [див. співвідношення (5) і (6)], тому, після проведення обчислень згідно з співвідношенням (28), можливо визначити значення.

Встановлюючи в процесі проведення зм�овівстановити абсолютні значення інших величин.

При необхідності проводиться декілька ітерацій з уточнення величини Rx і, відповідно, уточнення співвідношень величин Е1', Е2', Е3', Е4'.

Поступове збільшення абсолютних значень величин Е1', Е2', Е3', Е4' забезпечує мінімізацію можливих небажаних результуючих впливів різниць падінь напруг Ux1', Ux2', Ux3', Ux4' на досліджуване пристрій на етапі уточнення величини Rx.

Визначимо зв'язок між співвідношеннямипри проведенні вимірі величини Rx в чотирьохкаскадному варіанті.

При синхронній роботі двох двокаскадних вимірників проводиться визначення величин Rx14h Rx23 на контрольованому ділянці досліджуваного сигналу у відповідності із співвідношеннями (5) і (6). Результати вимірювань кожного з двокаскадних вимірників повинні бути рівні - Rx14=Rx23. Відповідно після перетворень співвідношень (5) і (6) отримуємо вираз, що визначає взаємозв'язок співвідношеньнезалежно від величини Rx:

При встановленні а�src="http://img.russianpatents.com/1212/12129565-s.jpg" height="10" width="7" /> повинна відповідати виразу (29).

В п. 11, 12 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при проведенні вимірювань величин Rx при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Амплітудні вимірювання досліджуваних сигналів проводяться наступним чином. Досліджуваний сигнал з допомогою органів керування осцилографа 1 виводиться на екран (Фіг.4). Мітки зон встановлюються на ділянки досліджуваного сигналу Ux, між якими проводяться амплітудні вимірювання. За сигналами блоку управління 12 виробляється синхронна комутація джерел опорної напруги 2,3; 14,15; 21,22; 27,28, а також плавно регульованих ліній затримки 6, 7. Одночасно проводиться зміна напруг опорних джерел 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 і величин затримок ліній затримки 6,7 до поєднання міток зон на досліджуваному сигналі (Фіг.4). Поєднання міток зон може проводитися при високій чутливості осцилографа 1 і на "швидких" розгортках.

Розглянемо ряд варіантів амплітудних вимірювань, коли вплив різниць опорних напруг джерел (Е1...Е4') на досліджуване пристрій є небажаним, тобто співвідношення величин Е1'...Е4' повинно бути таким, щоб постійно дотримувалася умова компенсації Ux�венно Uo2', Uo4' і Ux2', Uo4' також дорівнюють нулю.

З розгляду еквівалентних схем на вході вимірювача (Фіг.2) слід:

-1.960784-E-02
Таблиця 1 - продовження
U,E,R nФормула (№ xxx)9101112Примітка
Uo',V19 (87)0000
Uo2',V16 (84)0.2549020.25527830.2549020.2552783
Uo1',V15 (83)-0.254902-0.2552783-0.254902-0.2552783
-0.254902-0.2552783
Uo4',V18 (86)-0.254902-0.25527830.2549020.2552783
E2',V0.50.50.50.5
E1',V-1-1-1-1
E3',V1312.09091-13-12.09091
E4',V-6.5-6.0454556.56.045455
--
E4'/E2'-13-12.09091--
E3'/E2'---26-24.18182
Е4'/Е1'---6.5-6.045455
E1'/E2'25,28 (88, 90)-2-2-2-2
Ux2',V10 (78)1.960784 E-022.111324 E-021.960784 E-022.111324 E-02
Ux1',V-2.111324 E-02
Ux3',V11 (79)1.0196081.021113-1.019608-1.021113
Ux4',V12 (80)-1.019608-1.0211131.0196081.021113
Ux13',V11--
Ux24',V-1-1--
Ux14',V--11
Ux23',V-1
Ux',V14 (82)0000
Rx13, kOm3 (73)100110--
Rx24, kOm4 (74)100110--
Rx23 kOm5 (75)--100110
Rx14 kOm6 (76)--100110

Після підстановки в співвідношення (30), (31) виразів(9), (11); (15), (17) і перетворень отримуємо:

ний Е1', Е3', при проведенні амплітудних вимірювань, проводиться до поєднання міток зон на контрольованих ділянках досліджуваного сигналу Ux (Фіг.4) з дотриманням співвідношення (32). Після суміщення міток зон проводиться визначення амплітуди досліджуваного сигналу Ux відповідно до співвідношення (33), з урахуванням коефіцієнта ділення напруги досліджуваного сигналу Ux на вході осцилографа Ux=Кдел.Uo' (див. співвідношення 2), при цьому виключається вплив джерел опорної напруги на досліджуване пристрій (Ux'=0).

У співвідношеннях (32), (33) величини R19, R20, R26, R33, R34 відомі, а величини Е1', Е3' вимірюються вимірниками різниць напруг 5, 24.

В п. 13, 14 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при вимірюванні амплітуди досліджуваного сигналу Ux=3B (Ux=Кдел.Uo'). Розрахунки зроблені з урахуванням співвідношень (32), (33) для двох значень Rx - 15 кОм до 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Якщо при проведенні амплітудних вимірювань потрібно встановити певне значення величини Uo', при виключенні впливу різниць опорних напруг джерел Е1', Е3' на досліджуване пристрій (Ux'=0), встановлення величин Е1', Е3' проводиться у відповідності з перетвореними співвідношеннями(32), (33):

Задаючись величиною Uo', визначаємо, у відповідності із співвідношеннями (34), (35), величини Е1', Е3'.

Після встановлення розрахункових значень величин Е1', Е3' зміщення досліджуваного сигналу на екрані осцилографа 1 по осі амплітуд відповідає заданій величині Uo', незалежно від величини Rx і при Ux'=0. Використовуючи отримується зміщення досліджуваного сигналу Ux по осі амплітуд, в поєднанні зі зміщенням досліджуваного сигналу Ux по осі часу, при комутації ліній затримок 6 і 7, можливо проводити амплітудні вимірювання (Фіг.4).

В п. 15, 16 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при вимірюваннях при Uo'=3.5 B. Розрахунки зроблені з урахуванням співвідношень (40), (41) для двох значень Rx - 15 кОм до 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Другий варіант амплітудних вимірювань - приймемо що E1'=0, Е3'=0; відповідно Uo1', Uo3' і Ux1', Uo3' також дорівнюють нулю.

З розгляду еквівалентних схем на вході вимірювача (Фіг.2) слід:

140
Таблиця 1 - продовження1516Примітка
Uo',V19 (87)0.750.753.53.5
Ux,V331414
Uo2',V16 (84)0000
Uo1',V15 (83)0.75270110.76470593.5126053.568627
Uo3',V17 (85)-2.70108 E-03-1.470588 E-02-1.260504 E-02-6.862745 E-0200
E2',V0000
E1',V331414
E3',V-0.75-0.75-3.5-3.5
E4',V0000
Ux2',V10 (78)0000
Ux1',V9 (70.2745098
Ux3',V11 (79)-1.080432 E-02-5.882353 E-02-5.042017 E-02-0.2745098
Ux4',V12 (80)0000
Ux13',V0000
Ux24',V0000
Ux',V14 (82)0000
Rx, kOmolspan="0">

Після підстановки в співвідношення (36), (37) виразів(10), (12); (16), (18) і перетворень отримуємо:

Таким чином, зміна різниць напруг Е2', Е4', при проведенні амплітудних вимірювань, проводиться до поєднання міток зон на контрольованих ділянках досліджуваного сигналу Ux (Фіг.4) з дотриманням співвідношення (38). Після суміщення міток зон проводиться визначення амплітуди досліджуваного сигналу Ux відповідно до співвідношення (39), з урахуванням коефіцієнта ділення напруги досліджуваного сигналу Ux на вході осцилографа Ux=Кдел.Uo' (див. співвідношення 2), при цьому виключається вплив джерел опорної напруги на досліджуване пристрій (Ux'=0).

У співвідношеннях (38), (39) величини R19, R20, R26, R32, R33, R34 відомі, а величини Е2', Е4' вимірюються вимірниками різниць напруг 17, 30.

В п. 17, 18 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при вимірюванні амплітуди досліджуваного сигналу Ux=6B (Ux=Кдел.Uo'). Розрахунки зроблені з урахуванням співвідношень (38), (39) для двох значень Rx - 15 кОм до 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Якщо при проведенні амплітудних вимірювань потрібно встановити певне значення величини Uo', пвстановлення величин Е2', Е4' проводиться у відповідності з перетвореними співвідношеннями(38), (39):

Даний варіант амплітудних вимірювань може використовуватися для встановлення граничних значень, при дослідженні сигналів зі змінною амплітудою, а також для калібрування амплітудної шкали осцилографа.

Задаючись величиною Uo', визначаємо, у відповідності із співвідношеннями (40), (41), величини Е2', Е4'.

Після встановлення розрахункових значень величин Е2', Е4' зміщення досліджуваного сигналу на екрані осцилографа 1 по осі амплітуд відповідає заданій величині Uo', незалежно від величини Rx і при Ux'=0. Використовуючи отримується зміщення досліджуваного сигналу Ux по осі амплітуд, в поєднанні зі зміщенням досліджуваного сигналу Ux по осі часу, при комутації ліній затримок 6 і 7, можливо проводити амплітудні вимірювання (Фіг.4).

В п. 19, 20 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при вимірюваннях при Uo'=3.5 B. Розрахунки зроблені з урахуванням співвідношень (40), (41) для двох значень Rx - 15 кОм до 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Третій варіант амплітудних вимірювань - приймемо що Е1'=0, Е4'=0; відповідно Uo1', Uo4' і Ux1', Uo4' також дорівнюють нулю.

З розгляду" height="8" width="142" />

rowspan="1">0
Таблиця 1 - продовження
U,E,R nФормула (№ xxx)17181920Примітка
Uo',V19 (87)1.51.53.53.5
Ux,V661414
Uo2',V16 (84)1.5054021.5294123.5126053.568627
Uo1',V15 (83)000000
Uo4',V18 (86)-5.402161 E-03-2.941176 E-02-1.260504 E-02-6.862745 E-02
E2',V3377
E1',V0000
E3',V0000
E4',V-0.75-0.75-1.75-1.75
Ux2',V5.042017 E-020.2745098
Ux1',V9 (77)0000
Ux3',V11 (79)0000
Ux4',V12 (80)-2.160864 E-02-0.1176471-5.042017 E-02-0.2745098
Ux13',V0000
Ux24',V0000
Ux',V0
Rx, kOm1510015100

Після підстановки в співвідношення (42), (43) виразів(10), (11); (16), (17) і перетворень отримуємо:

Таким чином, зміна різниць напруг Е2', Е4', при проведенні амплітудних вимірювань, проводиться до поєднання міток зон на контрольованих ділянках досліджуваного сигналу Ux (Фіг.4) з дотриманням співвідношення (44). Після суміщення міток зон проводиться визначення амплітуди досліджуваного сигналу Ux згідно з співвідношенням (45), з урахуванням коефіцієнта ділення напруги досліджуваного сигналу Ux на вході осцилографа Ux=Кдел.Uo' (див. співвідношення 2), при цьому виключається вплив джерел опорної напруги на досліджуване пристрій (Ux'=0).

У співвідношеннях (44), (45) величини R19, R20, R26, R33, R34 відомі, а величини Е2', Е4' вимірюються вимірниками різниць напруг 17, 24.

В п. 21, 22 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при вимірюванні амплітуди досліджуваного сR20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Якщо при проведенні амплітудних вимірювань потрібно встановити певне значення величини Uo', при виключенні впливу різниць опорних напруг джерел Е2', Е3' на досліджуване пристрій (Ux'=0), встановлення величин Е2', Е3' проводиться у відповідності з перетвореними співвідношеннями(44), (45):

Даний варіант амплітудних вимірювань може використовуватися для встановлення граничних значень, при дослідженні сигналів зі змінною амплітудою, а також для калібрування амплітудної шкали осцилографа.

Задаючись величиною Uo', визначаємо, у відповідності із співвідношеннями (46), (47), величини Е2', Е3'.

Після встановлення розрахункових значень величин Е2', Е3' зміщення досліджуваного сигналу на екрані осцилографа 1 по осі амплітуд відповідає заданій величині Uo', незалежно від величини Rx і при Ux'=0. Використовуючи отримується зміщення досліджуваного сигналу Ux по осі амплітуд, в поєднанні зі зміщенням досліджуваного сигналу Ux по осі часу, при комутації ліній затримок 6 і 7, можливо проводити амплітудні вимірювання (Фіг.4).

В п. 23, 24 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при вимірюваннях при Uo'=3.5 B. Р Четвертий варіант амплітудних вимірювань - приймемо що Е2'=0, Е3'=0; відповідно Uo2', Uo3' і Ux2', Uo3' також дорівнюють нулю.

З розгляду еквівалентних схем на вході вимірювача (Фіг.2) слід:

Таблиця 1 - продовження
U,E,R nФормула (№ xxx)21222324Примітка
Uo',V19 (87)1.51.53.53.5
Ux,V661414
Uo2',V16 (84)1.5054021.5294123.5126053.568627000
Uo3',V17 (85)-5.402161 E-02-2.941176 E-02-1.260504 E-02-6.862745 E-02
Uo4',V18 (86)0000
E2',V3377
E1',V0000
E3',V-1.5-1.5-3.5-3.5
E4',V="1">00
Ux2',V10 (78)2.160864 E-020.11764715.042017 E-020.2745098
Ux1',V9 (77)0000
Ux3',V11 (79)-2.160864 E-02-0.1176471-5.042017 E-02-0.2745098
Ux4',V12 (80)0000
Ux14',V0000
Ux23',V0
Ux',V14 (82)0000
Rx kOm1510015100

Після підстановки в співвідношення (48), (49) виразів(9), (12); (15), (18) і перетворень отримуємо:

Таким чином, зміна різниць напруги Е1', Е4', при проведенні амплітудних вимірювань, проводиться до поєднання міток зон на контрольованих ділянках досліджуваного сигналу Ux (Фіг.4) з дотриманням співвідношення (50). Після суміщення міток зон проводиться визначення амплітуди досліджуваного сигналу Ux згідно з співвідношенням (51), з урахуванням коефіцієнта ділення напруги досліджуваного сигналу на вході осцилографа Ux=Кдел.Uo' (див. співвідношення 2), при цьому виключається вплив джерел опорної напруги на досліджуване пристрій (Ux'=0).

У співвідношеннях (50), (51) ве�.25, 26 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при вимірюванні амплітуди досліджуваного сигналу Ux=3B (Ux=Кдел.Uo'). Розрахунки зроблені з урахуванням співвідношень (50), (51) для двох значень Rx - 15 кОм до 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Якщо при проведенні амплітудних вимірювань потрібно встановити певне значення величини Uo', при виключенні впливу різниць опорних напруг джерел Е1', Е4' на досліджуване пристрій (Ux'=0), встановлення величин Е1', Е4' проводиться у відповідності з перетвореними співвідношеннями(50), (51):

Даний варіант амплітудних вимірювань може використовуватися для встановлення граничних значень, при дослідженні сигналів зі змінною амплітудою, а також для калібрування амплітудної шкали осцилографа.

Задаючись величиною Uo', визначаємо, у відповідності із співвідношеннями (52), (53), величини Е1', Е4'.

Після встановлення розрахункових значень величин Е1', Е4' зміщення досліджуваного сигналу на екрані осцилографа 1 по осі амплітуд відповідає заданій величині Uo', незалежно від величини Rx і при Ux'=0. Використовуючи отримується зміщення досліджуваного сигналу Ux по осі амплітуд, в поєднанні з тудние вимірювання (Фіг.4).

В п. 27,28 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при вимірюваннях при Uo'=3.5 Ст. Розрахунки зроблені з урахуванням співвідношень (52), (53) для двох значень Rx - 15 кОм до 100 кОм, при R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм.

Розглянемо ряд варіантів амплітудних вимірювань, коли результуюче вплив різниць падінь напруги Ux' використовується як засіб емулювання впливів на досліджуване пристрій, при цьому два каскаду у вхідний ланцюга вимірника використовуються для проведення амплітудних вимірювань і працюють в режимах, що виключають їх вплив на досліджуване пристрій, а два інших каскаду використовуються для емулювання впливів на досліджуване пристрій і працюють в режимах, що виключають їх вплив на вхід осцилографа, при цьому попередньо виміряна величина Rx на досліджуваних ділянках сигналу Ux є постійною.

Перший варіант амплітудних вимірювань - приймемо, що перший і третій каскади використовуються для проведення амплітудних вимірювань і працюють у відповідності з описаними вище процедурами (див. співвідношення (30)...(35), при цьому другий і четвертий каскади використовуються для емулювання впливів на досліджуване пристрій.

З розгляду еквівалентних схем на вході і�ки в співвідношення (54), (55) виразів(16), (18); (10), (12) і перетворень отримуємо:

Задаючись величиною Ux' визначаємо у відповідності із співвідношеннями (56), (57), величини Е2' і Е4', при цьому виключається вплив різниць опорних напруг джерел Е2', Е4' на вхід осцилографа (Uo'=0).

У співвідношеннях (56), (57) величини R19, R26, R32, R33, R34 відомі, величина Ux' задається величина Rx на контрольованому ділянці досліджуваного сигналу Ux, визначається попередньо, відповідно до раніше виведеними співвідношеннями (24)...(26) (27)...(29), а величини Е2', Е4' вимірюються вимірниками різниць напруг 17, 30.

В п. 29, 30 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при вимірах амплітуд досліджуваних сигналів Ux=12B і Ux=6B (Ux=Кдел.Uo'). Розрахунки зроблені з урахуванням співвідношень(30)...(35), (54)...(57) при Ux'=2B, Rx=100 кОм, R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм. Коефіцієнт розподілу досліджуваного сигналу Ux на вході осцилографа Кдел.=4 (див. співвідношення (2)).

Таблиця 1 - продовження
U,E,R nФормула (№ xxx)2526Uo',V19 (87)0.750.753.53.5
Ux,V331414
Uo2',V16 (84)0000
Uo1',V15 (83)0.75270110.76470593.5126053.568627
Uo3',V17 (85)0000
Uo4',V18 (86)-2.70108 E-03-1.470588 E-02E2',V0000
E1',V331414
E3',V0000
E4',V-0.375-0.375-1.75-1.75
Ux2',V10 (78)0000
Ux1',V9 (77)1.080432 E-025.882353 E-025.042017 E-0211 (79)0000
Ux4',V12 (80)-1.080432 E-02-5.882353 E-02-5.042017 E-02-0.2745098
Ux14',V0000
Ux23',V0000
Ux',V14 (82)0000
Rx, kOm1510015100З розгляду еквівалентних схем на вході вимірювача (Фіг.2) слід:

Після підстановки в співвідношення (58), (59) виразів(15), (17); (9), (11) і перетворень отримуємо:

Задаючись величиною Ux', визначаємо, у відповідності із співвідношеннями (60), (61), величини Е1 і Е3', при цьому виключається вплив різниць опорних напруг джерел Е1', Е3' на вхід осцилографа (Uo'=0).

У співвідношеннях (60), (61) величини R26, R32, R33, R34 відомі, величина Ux' задається величина Rx, на контрольованому ділянці досліджуваного сигналу Ux, визначається попередньо, відповідно до раніше виведеними співвідношеннями (24)...(26) (27)...(29), а величини Е1', Е3' вимірюються вимірниками різниць напруг 5, 24.

В п. 31, 32 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при вимірах амплітуд досліджуваних сигналів Ux=12В і Ux=6B (Ux=Кдел.Uo'). Розрахунки зроблені з урахуванням співвідношень(36)...(41), (58)...(61) при Ux'=2B, Rx=100 кОм, R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм. Коефіцієнт розподілу досліджуваного що другий і третій каскади використовуються для проведення амплітудних вимірювань і працюють у відповідності з описаними вище процедурами (див. співвідношення (42)...(47), при цьому перший і четвертий каскади використовуються для емулювання впливів на досліджуване пристрій.

З розгляду еквівалентних схем на вході вимірювача (Фіг.2) слід:

Після підстановки в співвідношення (62), (63) виразів(15), (18); (9), (12) і перетворень отримуємо:

Задаючись величиною Ux' визначаємо у відповідності із співвідношеннями (60), (61), величини Е1 і Е3', при цьому виключається вплив різниць опорних напруг джерел Е1', Е3' на вхід осцилографа (Uo'=0).

У співвідношеннях (60), (61) величини R26, R32, R33, R34 відомі, величина Ux' задається величина Rx, на контрольованому ділянці досліджуваного сигналу Ux, визначається попередньо, відповідно до раніше виведеними співвідношеннями (24)...(26) (27)...(29), а величини Е1', Е4' вимірюються вимірниками різниць напруг 5, 30.

Таблиця 1 - продовження
U,E,R nФормула (№xxx)2930Uo',V19 (87)31.531.5
Ux,V126126
Uo2',V16 (84)-0.509804-0.5098043.0588241.529412
Uo1',V15 (83)3.0588241.529412-0.509804-0.509804
Uo3',V17 (85)-5.882353 E-02-2.941176 E-020.5098040.509804
Uo4',V18 (86)0.509804
E2',V-1-163
E1',V126-2-2
E3',V-3-1.52626
E4',V1313-1.5-0.75
Ux2',V10 (78)-3.921569 E-02-3.921569 E-020.23529410.1176471
Ux1',V9 (77)0.23529410.1176471 d align="justify">Ux3',V11 (79)-0.2352941-0.11764712.0392162.039216
Ux4',V12 (80)2.0392162.039216-0.2352941-0.1176471
Ux13',V0022
Ux24',V2200
Ux',V14 (82)2222
Rx, kOm100100Четвертий варіант амплітудних вимірювань - приймемо, що перший і четвертий каскади використовуються для проведення амплітудних вимірювань і працюють у відповідності з описаними вище процедурами (див. співвідношення (48)...(53), при цьому другий і третій каскади використовуються для емулювання впливів на досліджуване пристрій.

З розгляду еквівалентних схем на вході вимірювача (Фіг.2) слід:

Після підстановки в співвідношення (66), (67) виразів(16), (17); (10), (11) і перетворень отримуємо:

Задаючись величиною Ux', визначаємо, у відповідності із співвідношеннями (68), (69), величини Е2 і Е3', при цьому виключається вплив різниць опорних напруг джерел Е2', Е3' на вхід осцилографа (Uo'=0).

У співвідношеннях (68), (69) величини R19, R26, R32, R33, R34 відомі, величина Ux' задається величина Rx, на контрольованому ділянці досліджуваного сигналу Ux, визначається попередньо, у відповідн�напруг 17, 24.

В п. 35, 36 табл.1, як приклад, наведено результати розрахунків при вимірах амплітуд досліджуваних сигналів Ux=12В і Ux=6B (Ux=Кдел.Uo'). Розрахунки зроблені з урахуванням співвідношень(48)...(53), (66)...(69) при Ux'=2B, Rx=100 кОм, R19=R20=R26=R32=R33=R34=1000 кОм. Коефіцієнт розподілу досліджуваного сигналу Ux на вході осцилографа Кдел.=4 (див. співвідношення (2)).

При проведенні амплітудних вимірювань, коли результуюче вплив різниць напруги Ux' використовується як засіб емулювання впливів на досліджуване пристрій і величина Rx є змінною, слід мати на увазі, що якщо для ділянки досліджуваного сигналу Ux з опором Rx1 встановити режим зміни величин Е1'...Е4' у відповідності з одним з вищерозглянутих чотирьох варіантів (див. співвідношення(56), (57); (60), (61); (64), (65); (68), (69)), тобто при заданому значенні величини Ux', то для ділянки сигналу з опором Rx2 значення величин Ux' і Uo' будуть змінюватися у відповідності із співвідношеннями (14), (19) і, відповідно, величина эмулирующего впливу Ux' на досліджуване пристрій буде відрізнятися від вказаного на ділянці сигналу з опором Rx1 (передбачається, що Rx не залежить від Ux').

Частота і шпаруватість комутації опорних джерел 2,3; 14,15; 21,22; 27,28�про сигналів від блоку управління 12.

Поряд з эмулирующим впливом на досліджуваний пристрій величини Ux', на досліджуване пристрій може впливати також постійна складова падінь напруг опорних джерел 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 на вхідних клемах вимірника-Ux0. Визначення значень величин постійних складових падінь напруг на вхідних клемах вимірювача Ux0 і на вході осцилографа Uo0 проводиться у відповідності із співвідношеннями (14), (19) при заміні значень приростів Е1'...Е3' на значення відповідних постійних складових опорних напруг джерел 2,3; 14,15; 21,22; 27,28. Полярності постійних складових визначають зазвичай щодо загального висновку вимірювача. Наявність постійної складової - Ux0, формованої джерелами опорних напруг, що може бути використано при безпосередньому дослідженні сигналів малого рівня, що мають значну по величині постійну складову.

3<�трически змінною величиною Rx (т. е. при відсутності джерела сигналів Ux) на екрані осцилографа 1 буде відображатися залежність Rx=F(t). Визначення величини Rx в обраних точках при цьому проводиться у відповідності з виведеними співвідношеннями.

Після вимірювання амплітуди досліджуваного сигналу Ux та активної складової у вихідному опорі джерела досліджуваних сигналів Rx можливо обчислення повної амплітуди досліджуваного сигналу:

активної складової струму Ix=Ux/Rx і активної складової потужності досліджуваного сигналу Px=IxUx (поточних значень у вибрані моменти часу), а також побудова об'єднаних у часі залежностей Ux(t), Rx(t), Ix(t), Px(t), що забезпечує можливість комплексної оцінки джерела досліджуваних сигналів.

При проведенні часових вимірів (Фіг.5) мітки зон встановлюються на контрольовані ділянки досліджуваного сигналу Ux, між якими проводяться вимірювання. Завдання рівнів відліку часових параметрів проводиться аналогічно до процедур, використовуваних при амплітудних вимірюваннях. За сигналами блоку управління 12 виробляється синхронна комутація джерел опорних напруг 2,3; 14,15; 21,22, 27,28, а також плавно регульованих ліній затримки 6,7. Одночасно пѱражениях досліджуваного сигналу Ux. Поєднання міток зон може проводитися при високій чутливості осцилографа 1 і на "швидких" розгортках. Величина різниці затримок, попередньо відкаліброваних ліній затримок 6,7 [3], відповідає величині вимірюваного тимчасового параметра.

Основні виведені співвідношення істотно спрощуються, якщо прийняти R19=R20=R26=R32=R32=R33=R34=R, і приводяться до наступного вигляду:

- співвідношення (1) для розрахунку еквівалентного вхідного опору вимірювача:

- співвідношення (2) для розрахунку коефіцієнта ділення напруги досліджуваного сигналу Ux на вході осцилографа:

- співвідношення (3) для розрахунку Rx при Е1', E3'≠0; Е2', Е4'=0:

- співвідношення (4) для розрахунку Rx при Е2', Е4'≠0; Е1', Е3'=0:

- співвідношення (5) для розрахунку Rx, при Е2', E3'≠0; Е1', Е4'=0:

- співвідношення (6) для розрахунку Rx, при Е1', Е4'≠0; Е2', Е3'=0:

- співвідношення (9)...(12) для розрахунку величин Ux1', Ux2', Ux3', Ux4':

- 6.tif" height="15" width="139" />

- співвідношення (15)...(18) для розрахунку величин Uo1', Uo2', Uo3', Uo4':

- співвідношення (19) для розрахунку величини Uo1:

- співвідношення (25), визначають, при проведенні вимірювань величини Rx, умови взаємної компенсації впливів величин Ux1', Ux2', Ux3', Ux4' на досліджуване пристрій і величин Uo1', Uo2', Uo3', Uo4' на вході осцилографа 1 (перший варіант):

- вираз (26), що визначає взаємозв'язок співвідношеньпри проведенні вимірювань величини Rx в чотирьохкаскадному варіанті:

- співвідношення (28), визначають, при проведенні вимірювань величини Rx, умови взаємної компенсації впливів величин Ux1', Ux2', Ux3', Ux4' на досліджуване пристрій і величин Uo1', Uo2', Uo3', Uo4' на вході осцилографа 1 (другий варіант):

- вираз (29), що визначає взаємозв'язок співвідношеньпри проведенні вимірювань величини Rx в чотирьохкаскадному варіанті:

�личин Е1', Е3', при яких постійно дотримується умова компенсації Ux'=0 (перший варіант):

- співвідношення (34), (35) при проведенні амплітудних вимірювань для визначення величин Е1', Е3' при заданій величині Uo', Ux'=0 і довільному значенні величини Rx:

- співвідношення (38), (39) при проведенні амплітудних вимірювань для визначення величин Е1', Е3', при яких постійно дотримується умова компенсації Ux'=0 (другий варіант):

- співвідношення (40), (41) при проведенні амплітудних вимірювань для визначення величин Е2', Е4' при заданій величині Uo', Ux'=0 і довільному значенні величини Rx:

- співвідношення (44), (45) при проведенні амплітудних вимірювань для визначення величин Е2', Е3', при яких постійно дотримується умова компенсації Ux'=0 (третій варіант):

- співвідношення (46), (47) при проведенні амплітудних вимірювань для визначення величин Е2', Е3' при заданій величині Uo', Ux'=0�відносини (50), (51) при проведенні амплітудних вимірювань для визначення величин Е1', Е4', при яких постійно дотримується умова компенсації Ux'=0 (четвертий варіант):

- співвідношення (52), (53) при проведенні амплітудних вимірювань для визначення величин Е1', Е4' при заданій величині Uo', Ux'=0 і довільному значенні величини Rx:

- співвідношення (56), (57) для визначення величин Е2', Е4' при проведенні амплітудних вимірювань, суміщених з эмулированием впливів на досліджуване пристрій, при заданому значенні величини Ux' і постійному значенні величини Rx (перший варіант):

- співвідношення (60), (61) для визначення величин Е1', Е3' при проведенні амплітудних вимірювань, суміщених з эмулированием впливів на досліджуване пристрій, при заданому значенні величини Ux' і постійному значенні величини Rx (другий варіант):

- співвідношення (64), (65) для визначення величин Е1', Е4' при проведенні амплітудних вимірювань, суміщених з эмулированием �ретий варіант):

- співвідношення (68), (69) для визначення величин Е2', Е3' при проведенні амплітудних вимірювань, суміщених з эмулированием впливів на досліджуване пристрій, при заданому значенні величини Ux' і постійному значенні величини Rx (четвертий варіант):

Вимірник може бути реалізований у вигляді автономного, функціонально закінченого пристрою або у вигляді модульного вимірювального комплексу, що включає типовий комп'ютер, стандартний швидкодіючий осцилограф, додаткові пристрої, що підключаються до вимірювального входу осцилографа, входу синхронізації осцилографа, входу каналу формування міток і до одного із стандартних інтерфейсів комп'ютера, наприклад USB, а також прикладного програмного забезпечення. Реалізація вимірювача у вигляді модульного вимірювального комплексу дозволяє мінімізувати витрати на апаратні засоби. Для забезпечення логіки роботи вимірювача, синхронізації всіх блоків і підключення до стандартних інтерфейсів комп'ютера представляється доцільним використання в складі блоку управління мікросхем програм�льзовани схеми ЦАП, для зменшення цифрового шуму за гонки фронтів, різниці часу встановлення ЦАП можуть бути використані схеми стробування.

Вхідну частину вимірювача доцільно реалізувати у вигляді спеціалізованої замовний БІС.

Засоби вимірювання для дослідження швидкоплинних процесів, типу стробоскопічних осцилографів, є необхідним інструментом при розробці, налагодженні, серійному випуску високонадійної радіоелектронної апаратури. На ринку в даний час представлена велика кількість такого роду виробів від провідних виробників, реалізованих у вигляді закінчених пристроїв з відповідним апаратним і програмним забезпеченням. У теж час ціна даних виробів досить висока (до декількох мільйонів рублів), що обмежує можливість їх широкого застосування.

Альтернативою використання дорогих автономних вимірювальних пристроїв може бути перехід до технологій, аналогічних використовуваним в швидко розвиваються сервісах хмарних обчислень. При цьому можливо зменшити витрати на апаратне забезпечення, яке реалізується у вигляді відносно недорогих додаткових пристроїв до типових комп'ютерів з базовим програмним обеѻьной середовища), аналогічно, наприклад, концепції фірми Intel по створенню середовища хмарних обчислень - Open Data center. Прикладне програмне забезпечення можливо оперативно закачувати по мірі необхідності з віртуальних серверів, там же можна зберігати результати вимірювань і обробки інформації (надання віртуальних ресурсів з каталогу, створення приватних хмар і їх об'єднання з загальнодоступними хмарами для створення гібридних хмар).

За пропонованого винаходу був розроблений макет вимірювача.

Величини резисторів зв'язку R19, R20, R26, R32, R33, R34 вибиралися рівними 1000 кОм. Діапазон змін рівнів напруг опорних джерел 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 склав ± 30В. Похибка вимірювання різниць опорних напруг джерел напруги 2,3; 14,15; 21,22; 27,28 склала 0,1%. Похибка суміщення сигналів на екрані осцилографа склала 5 мВ і визначалася чутливість осцилографа 1, шумами і нестабільністю зображень досліджуваних сигналів. Частота комутації джерел опорної напруги і ліній затримки змінювалася від одиниць герц до 1 кГц. Діапазон перебудови різниць затримки плавно регульованих ліній затримки 6,7 склав 0-1 мкс, похибка калібрування ліній затримки склала: ±10-5Тх+� швидкодіючих інтегральних мікросхем.

Пропоноване винахід може бути використано:

- при створенні агрегатованих вимірювальних комплексів з розширеними функціональними можливостями і підвищеною точністю, що включають стандартні засоби вимірювання, спеціалізовані апаратні і програмні модулі, типові ПЕОМ.

Як ЯЗКУ можуть бути використані різні типи осцилографів, стробвольтметров, у тому числі з високим швидкодією.

Агрегатовані вимірювальні комплекси необхідні при дослідженнях і випробуваннях швидкодіючих радіоелектронних виробів різних класів. Використання у складі комплексів ЯЗКУ і типових ПЕОМ дозволяє мінімізувати витрати на їх створення;

- при створенні швидкодіючих тестерів для параметричного контролю і випробувань НВІС, ССИС і функціональних вузлів бортових обчислювальних комплексів. Вирішення проблеми параметричного контролю елементної бази обчислювальних комплексів дозволяє підвищити надійність радіотехнічних систем телекерування, УВС, навігації і посадки;

- при створенні параметричних аналізаторів-емуляторів системних магістралей бортових обчислювальних комплексів.

Широке використання магістрально-мо�го контролю шин системних магістралей при створенні високонадійних радіотехнічних систем;

- в медицині, в рефлексотерапії;

- в енергетиці.

Найбільш ефективно використання пропонованого винаходу при створенні високоінтегрованих швидкодіючих бортових обчислювальних комплексів систем УВС, навігації та посадки. Зростаючі вимоги до надійності бортових радіоелектронних систем призводять до необхідності підвищення точнісних характеристик використовуваних засобів вимірювання, розширення їх функціональних можливостей при проведенні комплексних досліджень, а також при включенні засобів вимірювання в різні інформаційно-вимірювальні системи, комплекси полунатурного моделювання, автоматизовані станції проектування.

Актуальність даної проблеми обумовлена взаємозв'язком параметричних і функціональних ідентифікацій БІС бортових ЕОМ і системних магістралей радіотехнічних систем (РТС).

Дана взаємозв'язок дозволяє прогнозувати виникнення функціональних відмов РТС, при несприятливих поєднаннях технологічних, кліматичних і експлуатаційних факторів, а також передбачати заходи щодо зменшення ймовірностей параметричних і функціональних відмов і, відповідно, підвищенню надійності РТС.

Положитерений і, як наслідок цього, підвищення достовірності результатів досліджень, підвищення надійності радіоелектронних систем або збільшення виходу придатних випробовуваних радіоелектронних пристроїв, при використанні запропонованого пристрою у промисловості;

- в результаті розширення функціональних можливостей осцилографічних вимірників при комплексних дослідженнях і випробуваннях різних радіоелектронних пристроїв;

- в результаті можливостей автоматизації процесу проведення вимірювань.

Джерела інформації

1. Авторське свідоцтво СРСР №599217, кл. GOIR 13/30, заявл. 03.12.76 р.

2. Авторське свідоцтво СРСР №815641, кл. GOIR 13/30, заявл. 22.06.79 р.

3. Авторське свідоцтво СРСР №575618, кл. G04F 10/04, заявл. 07.06.76 р.

4. Заявка на видачу патенту на винахід №2012113266, заявл. 30.03.2012 р.

Осцилографічний вимірювач амплітудних характеристик електричних сигналів, що містить осцилограф, перший вихід якого підключений до першого входу блоку формування рівнів зон, другий вихід - до першого входу генератора імпульсів зон, вихід якого з'єднаний з входом подсвета осцилографа і другим входом блоку формування рівнів зон, а другий вхід генератора імпульсів зон соедизон, другий вихід - з входом керування другого перемикача, а четвертий вихід - з входом керування першого перемикача, вихід якого підключений до першого висновку конденсатора зв'язку, а перший і другий входи - до перших виходів першого і другого джерел опорної напруги, другі виходи яких з'єднані з входами вимірювача різниці напруг, а входи - з другим висновком конденсатора зв'язку, причому входи першої та другої плавно регульованих ліній затримки пов'язані з входом синхронізації вимірювача, а виходи - з першим і другим входами другого перемикача, вихід якого підключений до входу синхронізації осцилографа, а перший і другий виходи блоку формування рівнів зон з'єднані з входами індикатора рівності напруг, при цьому перший висновок додаткового конденсатора зв'язку з'єднаний з другим входом осцилографа, першим висновком другого резистора зв'язку і виходом третього перемикача, а другий висновок - з виходом першого перемикача, першим висновком першого резистора зв'язку і входами третього і четвертого джерел опорної напруги, другі виходи яких пов'язані з входами додаткового вимірювача різниці напруг, а перші виходи з першим і другим входами тр�оди резисторів зв'язку з'єднані з першим входом осцилографа, при цьому перший висновок четвертого конденсатора зв'язку з'єднаний з другим виводом третього конденсатора зв'язку, першим висновком четвертого резистора зв'язку, виходом п'ятого перемикача і входами п'ятого і шостого джерел опорної напруги, другі виходи яких пов'язані з входами третього вимірювача різниці напруг, а перші виходи - з першим і другим входами четвертого перемикача, вхід управління якого підключений до шостого виходу блоку управління, причому перший висновок третього резистора зв'язку з'єднаний з першим висновком третього конденсатора зв'язку і виходом четвертого перемикача, при цьому другий висновок четвертого конденсатора зв'язку з'єднаний з другої вхідний клемою вимірювача і входами сьомого і восьмого джерел опорної напруги, другі виходи яких пов'язані з входами четвертого вимірювача різниці напруг, а перші виходи з першим і другим входами п'ятого перемикача, вхід управління якого підключений до сьомого виходу блоку управління, який відрізняється тим, що з метою підвищення точності він забезпечений п'ятим і шостим резисторами зв'язку, при цьому другий висновок першого конденсатора зв'язку приєднаний до першого висновку шостого резистора зв'язку, другий висновок котоединен з першої вхідний клемою вимірювача і другими висновками третього і четвертого резисторів зв'язку, а другий вхід осцилографа з'єднаний з другої вхідний клемою вимірювача.



 

Схожі патенти:

Осцилографічний вимірювач амплітудних характеристик електричних сигналів

Винахід відноситься до вимірювальної техніки, зокрема до вимірювачів амплітудних характеристик. Пристрій складається з осцилографа, першого і другого джерел опорної напруги, першого перемикача, вимірювача різниці напруг, першої та другої плавно регульованих ліній затримки, другого перемикача, блоку формування рівнів зон, генератора імпульсів зон, індикатора рівності напруг, блоку управління, першого конденсатора зв'язку, третього і четвертого джерел опорної напруги, третього перемикача, додаткового вимірювача різниці напруги, додаткового конденсатора зв'язку, першого і другого резисторів зв'язку, п'ятого і шостого джерел опорної напруги, четвертого перемикача, третього вимірювача різниці напруг, третього конденсатора зв'язку, третього резистора зв'язку, сьомого і восьмого джерел опорної напруги, п'ятого перемикача, четвертого вимірювача різниці напруг, четвертого конденсатора зв'язку, четвертого резистора зв'язку. Технічний результат - підвищення точності вимірювань. 5 іл., 1 табл.

Спосіб виділення обвідної сигналу випадкового процесу

Винахід відноситься до галузі вимірювальної техніки, зокрема до перетворення сигналів і випадкових процесів, і може бути використане в автоматине обчислювальної, побутової, медтехніки і телеметричних системах

Цифровий осцилограф

Винахід відноситься до радиоизмерительнс і техніки і може бути використане при побудові цифрових осцилографів і знали авторів логічних рівнів

Пристрій формування електронного візира для знімання координат з екрана електронно-променевої трубки з растровою розгорткою

Винахід відноситься до автоматики, обчислювальної та вимірювальної техніки і може бути використане в периферійних пристроях інформаційно-обчислювальних систем та вимірювальних пристроїв

Осцилограф

Винахід відноситься до радіовимірювальної техніки

Осцилограф

Винахід відноситься до електровимірювальної техніки і може бути використане в осциллографии для вимірювання параметрів вхідних сигналів
Up!
Таблиця 1 - продовження
U,E,R nФормула (№ xxx)333435361.531.5
Ux,V126126
Uo2',V16 (84)3.0588241.529412-0.509804-0.509804
Uo1',V15 (83)-0.509804-0.5098043.0588241.529412
Uo3',V17 (85)-5.882353 E-02-2.941176 E-020.5098040.509804
Uo4',V18 (86)0.5098040.509804-5.882353 E-0263-1-1
E1',V-2-2126
E3',V-3-1.52626
E4',V1313-1.5-0.75
Ux2',V10 (78)0.23529410.1176471-3.921569 E-02-3.921569 E-02
Ux1',V9 (77)-3.921569 E-02-3.921569 E-020.2352941-0.2352941-0.11764712.0392162.039216
Ux4',V12 (80)2.0392162.039216-0.2352941-0.1176471
Ux14',V2200
Ux23',V0022
Ux',V14 (82)2222
Rx kOm100100100100