close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1brindli k elektronnye kontrol no izmeritel nye pribory

код для вставкиСкачать
ВВК
34.9
87
681.2.082.7
В
удк
Р
€: ц
е Н;! е н, т ы . В. С. Гутнцков,
~. И. Сычев
Редактор издатеJlЬСТJjа А. А. Устинов
Бриндли К.
В
87
Электронные контрольно-иэмерительные
ры: Пер. с англ.,
Энергоатомиэдат,
под
прибо.
ред. А. П. Фомина.
128с.: ил.
-
M., ~
1989. ISBN 5-283-02459-8 (рус.)
Представляет собой пособие для изучения
современных
контрольно-измерительных приборов и способов их примене­
ния. В популярной форме описаны
устройство и назнач~ние
осциллографов, генераторов сигналов, измерителей временных
интервалов,
частотомеров,
анализаторов
спектра
и
логических
анализаторов. Рассмотрены принципы аналоговых и цифровых
измерений,
основы
построения
автоматизированных
измери-
тельных систем .
'
Для инженерно-технических раБОтников, учащихся техни­
кумов и профтехучилищ, а также для читателей, самосто'Я­
тельно
изучающих современную
измерительную
Б 2402020000-182 256-89
аппаратуру.
ББК 34;9
051(01 )-89
KEIТH BRINDLY
MODERN ELECTRONIC TEST EQUlPMENT
1986
ISBN 5-283-02459-8
{рус.} '
ISBN 0·434-90567-4 .(англ.)
©
©
Keith Brindly, 1986
Перевод на русский язык,
Энергоатомиздат,
1989
ПРЕДИСЛОВИЕ - К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Основное назначение данной книги, написанной в по­
пулярной(но не элементарной) форме -"- ознакомить ши­
рокий круг читателей с конструкциями ипринципами ра­
боты современных контрольно-измернтельных приборов.
Не вдаваясь в детали электронных цепей, автор описы­
вает
основные
методы
проектированияэлектронных
из­
мерительных приборов: мультиметров, осциллографов,
генераторов сигналов, измерителей временных интерва­
лов,
частотомеров,
анализаторов
спектра,
логических
анализаторов. В доступной форме автор освещает спосо­
бы построенияавтоМатизирОВЗННЫХ измерительных си­
стем и интерфейсов к ним.
. Вопросы; изложенные в книге, отражены и в отечест­
венных изданиях (например, Мирский Г. Я. «Электрон­
ные измерения», М.:Радио и связь, 1986). Однако мате­
риал _в отечественной литературе изложен · не столь
популярно и в основном рассчитан на специалистов. Про­
читав данную книгу, любой специалист или любитель
в состоянии выбирать соответствующую аппаратуру для
решения той или иной технической задачи. Конечно, не на
все приборы, описанные в книге, он может ориентиро­
ваться в своей работе. Тем не менее, книга может быть
полезна для разработчиков отечественной контрольно­
измерительной техники как источник информации об
изделиях мирового уровня. С содержанием книги с интересом
а
также
ознакомятся
учащиеся;
инженеры,
занимающиеся
техники,
студенты,
электронными
изме­
рениями.
А. П. ФОМU1l
1-244
-
ПРЕДИСЛОВИЕ. ИЗДАТЕЛЯ
За последние восемь лет. Кейтом Бриндл.И написано
уже несколько книг по вопросам электроники. В этих
книгах отражены проблемы про~ктирования и изготов­
ления соответствующей аппаратуры, а также проведен
анализ ее рынков сбыта. К. Бриндли является автором
ff ряда других публикаций по данной тематике.
Становление К. Бриндли в полной мере как журна­
листа
и
автора
технической
литературы относится
к 1984 г., чему во многом способствовали публикации его
работ в таких технических журналах, как · «Personal
Computer World», «Electronics Today IпtегпаЦопаl»
и «Electronics Monthly».
К. Бриндли является автором «Справочника инжене­
ра по современной радиоэлектронике».
Посвящается Мери Мартин
ОТ АВТОРА
Существует не так много книг, посвященных описа­
нию всего 'комплекса испытательной аппаратуры, рабо­
тающей в настоящее время в электронных лаборатори­
ях. Целью написания данной книги явилось объединение
sсей имеющейся информации о различных приборах,
представление ее в понятном ' обобщенном виде и тем не
менее с достаточной глубиной. Не останавливаясь на
рассмотрении подробно' какого-либо отдельного прибора,
автор
. постарался
описать
типичные
принципы
проекти­
рования современной ' электронной испытательной аппа­
ратуры. Вам не потребуются глубокие знания электро­
ники для понимания того, как она работает.
Кому будет полезна эта книга? Можно . считать, что
каждому,
кто
использует
электронное
испытательное
оборудование для проведения своих исследований, вклю­
чая и первоклассных специалистов В' области электрони­
ки. В книге подробно рассмотрены принципы ' работы ис­
пытательной аппаратуры.
.
Кроме того, любому покупателю
или
пользователю
аппаратуры необходимо знать, используется ли эта ап­
паратура
по
своему
непосредственному
назначению.
Кейт Брuндлu
ВВЕДЕНИЕ
Испытательная аппаратура используется ВО всех об~
.настях техники. Так, при производстве электронных при­
боров, которое включает в себя непосредственно стадию
проектиров. ания, J]одготовительные работы, собственно
производство и испытания, или при их обслуживании.
а также в ходе проведения н. аучных исследований необ­
ходима испытательная аппаратура хотя бы просто для
наблюдения за работой приборов.
Прошлое. В «добрые старые времена» по.лный комп- .
лект испытательной аппаратуры обычно вкл ючал в себя
авометр, осцил.лоскоп
И,
возможно, генер.атор
сигналов.
При таком
оснащении большинство существовавших
приборов могли быть изготовлены, использоваНhI иис­
следованы соответственно с помощью этой аппаратуры.
ЭлеКТРОlIНЫЙ м ир был в сущности полностью анiшого- ,
вым, И имевшееся испытательное оборудование выполня­
ло требуемую работу достаточносовершенио.
'
Настоящее. В наши дни все изменилось. Теперь щи- '
роко используются цифровые приборы на базе микропро­
цессоров. Эти приборы, за редким исключением, гораздо
надежнее аналоговых, но значительно сложнее в эксп.лу·
атации.
Однако более сложные приборы требуют соответст­
венно более сложного испытательного оборудования,
а также создания более сл ожных новых типов контроль­
ной аппаратуры. Примером нового поколения испыта­
тельной аппаратуры является л огический анализатор.
созданный в связи с возникшей потребностью изучения
внутренних операций микропроцессорных систем.
До разработки микропроцессора проверка при боров
была достаточной простой, так как заключалась в по­
даче необходимого сигнала на вход прибора и после­
дующем
анализе
сигналов ,
полученных
в
каждом
кас­
каде схемы прибора в како й-то момент времени .
С появлением
шин
микропроцессора
6
возникла
по-
требность в наблюдении не только за однимсигн.алом.
а за всеми сигналами однов,ременно. Для решения этой
задаqи и был ~оздан логический анализ.атор.
Будущее. В ,перспективе испытательная аппаратура
будет . усло,жняться, поскольку
возрастает
спрос на
сложны:е приборы~ в, особенности выполненные на мик­
ропроцессорной базе. Большое .чнслоуправляемых с по­
мощ~ю микропроцессоров измерительных приборов(ос­
циллографов, счетчиков, генераторов сигналов и др.)
уже выпускается. Мнкропроцессорное управление обес­
пеqивае'Г приборам те отличительные особенности, КО'ГО­
рые невозможно было получить раньше .
'. Обычно управляемая микропроцессором испытатель­
ная аппаратура снабжается «мягкой» панелью управле­
ния, т. е. клавиатурой,
посредством
которой
вводятся
данные, необходимые для подготовки при бора к работе.
Раньше это обеспечивалось с помощью жестко присо­
единенных механических выключателей.
На дисплеях испытательной аппаратуры с электрон~
но-лучевыми трубками кроме информации в чисто ана­
логовой форме (которую могли обрабатывать более ста­
рые приборы) можно представлять информацию в бук­
венной и цифровой форме.
Рассмотренные особенности управляемой микропро­
цессорами испытательной аппаратуры составляют лишь
малую долю от ее перспективных возможностей. Обра~
щаясь
вновь
к логическому
анализатору
как
к
новому
виду испытательной аппаратуры можно отметить, что он
является микроЭВМ в чистом виде. Однако, несмотря
на то что анализатор являе'rСЯ компьютерной системой,
прибор нельзя использовать для решения других задач,
кроме логического анализа.
Возникает вопрос - почему этот прибор не может
быть запрограммирован для решения других задач, Н. а­
пример, для анализа спектра, измерений напряжения
;(тока), сопротивления, использования ' в качестве счет­
чика или даже генератора сигналов? Компьютер являет­
ся
наглядным
примером
отложенного
выполвения
про­
екта: оН выпускается ' как многофункциональный инст­
румент и решение его конечной операционной задачи
откладывается до момента, пока не будет выполнена
программа.
с этой точки зрения новые поколения испытательных
при60ров могут быть универса./IЬИЫМИ, способными вы-
7
полнятъ все функции' испытаний и измерений при нажа­
тии кнопки на панели управления (клавиатуре). в на­
стоящее
время
имеющаяся
автоматическая
испытатель­
ная аппаратура обладает сравнительно ограниченными
возможностями. Пользователь может запрограммиро­
вать автоматическую систему испытательных' приборов
для реализации всех необходимых видов проверок ииз­
мерений, снабдив ими соответствующие част'и систем.
Но такая система не является универсальной, один ком­
'пьютер не должен выполнять все задачи главнымобра­
зом за счет изменения управляющей программы.Для
автоматической системы испытательной аппаратурыбо­
лее целесообразно использование группы вычислитель­
ных маШИН,каждая из которых предназначена для реа­
лизации определенной задачи и управляется в соответ­
ствии с требованиями пользователя.
Используемая терминология. Рассмотрим основные,
наиболее важные технические термины, используемые
в книге. Это необходимо для того, чтобы исключить их
неправильное толкование.
Часто специалисты, особенно в Северной Америке,
пользуются терминами «испытываемая система» (SUT)
1:1 «испытываемый элемент» (UUT) дЛЯ описания как
испытаний, так и измерений, производимых в данном
приборе. Существуют специфичные функции прибора,
которые всегда проверяются с помощью
испытательной
аппаратуры. Однако такие пара метры, как высота, ши­
рина, глубина (длина) и другие, обычно приводятся в спе- ·
цификации и не изменяются, поэтому часто не требуется
. повторное их измерение. Количественную оценку изме­
ряемой величины обычно называют измеренным значе­
ни.ем;
этот термин
используется
и
при
исследованиях
электронных приборов. В большинстве случаев измеря- .
ются
электрические
величины -ток,
напряжение
или
частота. Кроме того, возникает необходимость в изме­
рении и таких физических величин, как натяжение, уси­
лие, перемещение, скорость и др. В этих случаях
обычно используются преобразователи, с ПОМОlЦью ко­
торых преобразуют физические измеренные значения
в электрические.
Точносrьизмерений, т. е. насколько измеренные зна··
чения приближаются к действительным, обычно пред­
ставляется в спецификациях ошuбfфЙ
(nогрешностью),
Т., е. максимально допустимым рассогласованием между
8
измеренным и действительным значениями. Например,
образец длиной 300 мм может иметь отклонения
1 мм.
Это ' означает, что его фактичес,кая длдна находится
+
в диапазоне от
299
ДО
301
мм, т; е. ' может быть точно
равна 300 мм, а может быть и нет. Любые измерення,
производимые с образцом, поэтому имеют максимально
допустимую погрешность 1 мм. В ряде случаев ошибка
выражается в процентах. В рассмотренном ' примере за­
дается ошибка ±0,0033
В некоторых особых случаях
%.
ошибка представляется в процентах полной шкалы ОТ­
клонения, т. е.
прибора
в
процентах
максимального показания
(считываемого значения). Погрешность может
быть присуща самому прибору или вноситься пользова­
телем.
Качественным nоказателем измерения является раз­
решающая способность, или цена деления. Если образец
отградуирован ; в миллиметрах, то следует иметь возмож­
ность
интерполировать
показания
между двумя
милли­
метровыми отметками в процессе измерений, чтобы по­
лучить разрешающую способность
0,5
мм. Однако фак­
тически если цена деления окажется меньше допустимой
ошибки, это не значит, что считываемое значение имеет
меньшую погрешность измерения. Общая ошибка, как
правило, больше.
Содержание книги. Существует множество разнооб­
разных приборов, используемых в качестве испытатель­
ной аппаратуры. Ряд таких приборовособенно специфи­
чен и удобен лишь для одного-двух случаев применения.
Рассмотрение таких приборов в данной книге было бы
нецелесообразным. Автор
пОследовательно приводит
описание 'лишь основ,ных классов (категорий) приборов.
В книге рассмотрены классы современной испыта­
тельноЙ аппаратуры и наиболее специфичные испыта­
тельные приборы, широко представленные в современ­
ных электронных лабораториях. По этой причине, рис­
куя вызвать недовольство некоторых читателей, в книгу
не включено рассмотрение отдельных видов испытатель­
ных приборов, например ' мостов, сравнительно мало нс­
пользующихся в настоящее время. Напротив, ' вкниге рас­
смотрены
считают
аналоговые ,
«уходящим»
измерители,
поколением
которые
некоторые
испытательных
при­
боров.
Внедрением микропроцессорной испытательной аппа­
ратурывнеслоопределенные трудности при описании ин-
9
дивнд.уаJlЬНЫХ приборов" ABII:OP ИСП:ОJIьэуer шо IЮ3МОЖ'"
нос.ти структурные схемы ДЛЯ ИJblIюстр;аnJllll р,збаты 8lmа·:
ратуры" а 11а:кже, ~СЛИ конcrРУК.ЩIИ прибо:ров широко
известны. ОСЩ~ЛЛOf'р'афы ил'и гене.рзторы сигналов.
~ига не ЯВЛЯf.тся «путеводителем» ДЛЯ 1'10МУПМИ В,С·
пыт'атеJJ:ЫfОЙr аппаратуры. Это-, скорее. справо'Шик~ ха.­
liНilcrеризующнй работу ОСНОIШЫХ. КЛЗ.ССОВ исIlыательноi\
ЗIШзратуры;,
по которому lJ!итатель может
их
сравыить,.
кваJИfФИЩИiрова.нно: ВЫ'бр·атъ необходимый д,ля него при­
бор из orpOMHOFO юtож:еетва в ИiДО:В' испытзтеo1JЬНОЙ &IIП' 8:­
ратур'ы и эффективно: во ИСПОJIъзов,ать.
AftАПorовЫЕ ИЗМЕРИТЕnЬНbl.Е "РН&ОРЫ
Большую часть о.бычных испыт:ательныБlриборов,.
встречающихся в лаООр.аториях, ·состав.ляю"Г ,ан:алоroвые
из:мер. ИтeJiьные п,рибор.ы, мсполъ:зующие подвижную ка­
тушку Ip:aMKY)в качеСl'ве ицдикатора.Эrо, по-видимо­
му, по.кажетеястр:аННЫ:NI., поскOJIЪКУ аИ&JIОГОВЫИ измери­
тель, как мы СiЮРО увидим, не ,06.л:ад.а.етвысокойй точно­
СТЬЮ. Одн:акоон является универсальным прибором и И'с­
польэуеifСЯ в .различных мади фиющиях ,с .прие'м . л-емыми
реЗУJ1lЬтатами.М,ы используеме:rоздесъкаксреДСТБО.
IЮ3ВQJ1иющее ра.ССМ'О1"р,еть некоторые оообепности КОНТ­
РОЛЬНiOИаппаратуры.
Перемещение
подвижной
катушки
на
сегод'Ня
(см. приложение) . представляет собой кульминацию про­
цесса развития измерительной техники, длившегосябо­
лее 1.50.nет. начIШ3ЯС 'Открытия <СВойства liI'роводника
с током перемещаться в м :агниrном II-ол,е.
В приборах е '1ШДВИЖНОЙ катушкой ировод свернут
в обмотку и вращается IЮД воздействием СИЛЫ, про'Пор­
циональной току, одновременно увлекая за собой стре. л­
ку (указатель~, ко:roР'ая Iюказьwает на отградуирован­
ной шкале значение roкэ.. Б. лаf1Oдаря относительной
прос'Готе исравниreлыюй точ ности измерений при'lЩШl
перемещения [IО.!J::ВИЖIЮЙ катушки являетс'я основным
пршщиrюм р.а'боты многих приборо'В испытательной-ап­
l1аратуры . ДействитеJJЬНО, еще лишь несколько лет назад
БОJJЫJ;LИНСI'. ВО изм,ерений :в эл·ектрwч:.ески,Х и электронных
цепях вЫполнялись
с помощью
аналоговых измеРИТeJIЬ­
НЫХ приборов.
В н, аши ДНИ произошли заметные изменения, :и хотя
аналоговые измерительные при:боры распространены по­
ка
достаточно
ШИРОi{О,
их
l'lOстепенно 'Н 'а 'Чинают 'Вытес­
нять 'Цифровые приборы . Однако пройдет еще немало
времени, прежде чем приборы, в основе работы которых
11
лежит принцип перемещения подвижной катушки, будут
признаны устаревшими, поскольку в ряде измерительных
процессов они обеспечивают более точные показания, чем
существующие цифровые приборы.
1.1. Универсальные измерительные приборы
Приборы с подвижной катушкой обладают чувств'и-~
тельностью от 1О мкА до 1 мА при полной шкале OT~
КЛQненuя (FSD), т. е.' в этом случае CTpeiKa 'отклоняется
до' предельного (самого , дальнего) положения пi~алы
ПРI:I протекании данного тока. КатуШkа,конечно; имеет
некоторое . сопротивление, находящеесяв диапазо'не от 5
до 5000 Ом. В соответствии с законом Ома подача на­
прюкения на катушку от
50 мкВ до 5 В вызывает отклр:'
ненйе стрелки прибора на полную шкалу отсчета. В Э:ГОМ
случае любая одна катушка будет способна измерять
только один конкретный диапазон значений тока или На­
пряжения. Конечно, если такое движение рамки пот,ре­
буется для измерения в нескольких пределах измере!iИЙ~
ТО возникнет необходимость в преобразовании получен­
ных значений до допустимых для данной катушки. В ~po­
стейшем случае измерительным преобразователем явля­
ется простой резистор, включенный последовательно или
параллельно с катушкой.
При последовательном соединении преобраЗ'ователь
(умн,ожитель) увеличивает общее сопротивление цепи,
в результате чего катушкой в сочетании с дополнитель­
ным сопротивлением можно измерять более высокое на­
пряжение.
При
параллельном
соединении
преобразователь
(шунт) снижает общее сопротивление цепи, обеспечивая
возможность
измерения
больших
токов.
Отметим, что
в обоих рассмотренных случаях по подвижной катушке
протекает ток, не больший, чем прежде (без введения до­
I:JOлнительных сопротивлений), т. е. только ток, необхо­
димый для отклонения указателя (стрелки) до конечной
отметки шкалы.
При использовании внешнего источника энергии, на­
пример батарейки, прибор можно применять для изме­
рения сопротивлений. Если соединить последовательно '
катушку
надо
и
элемент
измерить,
, текающего
питания
то стрелка
с
сопротивлением,
которое
покажет значение тока, про-
через сопротивление.
12
Этот ток согласно за~
Рис.
метр
Аналоговый муJ!Ьiи­
А vometer 1000
(Thorn
1.1.
EMI Instruments)
Рис.
метр
1.2. Аналоговый мульти­
Avometer8 МК.6 (Thorn
ЕМ} Instruments)
кону Ома обратно пропорциона.iIен сопротивлению, по­
этому показания на шкале прибора также будут обрат. но пропорциональны сопротивлению. В соответствии
с этим градуировка шкалы для измерения сопротивления
должна производиться
в противоположном направлении
по отношению к шкале токов и напряжений .. Очевидно,
чем меньше измеряемое сопротивление, тем на большее
число делений отклонится стрелка (указатель).
Использовав механические переключатели для под­
ключения умножителей, шунтов и элементов питания
в цепь подвижной катушки, можно построить аналоговый
измер.ительныЙ
прибор,
способный
измерять
напрй­
жение, ток и сопротивление в широких диапазонах (пре­
делах измерений). Такой прибор называется вольтом­
миллиамперметром (VOM) , хотя более общее его назва­
ние мультиметр. , Внешние виды мулыиметров показаны
на рис.
рис.
1.1, 1.2,
а функциональная схема приведена на
1.3.
13
в
Ом I
I
I
IУназamель
I ((}t!аЖ!lщаЯСir
котишка)
I
J(леММbI
. npa6qpa
Рис.
1.3.
Функциональная схема
вого
аналого­
мультиметра
1.1.1. Измерение напряжения постоянноrо тока
Типовая схема умножителя (переключателя) показ.з­
на на 'рис. 1.4 для мультиметра (50 мкА) с сопротивле­
нием обмотки 2 кОм . Устройство имеет шесть диапазо­
нов, пять из которых (2,5; 10; 50; 250 и 1000 В) пере­
ключаются
с
помощью
механического
переключателя, а шестой диапазон
пользователем
путем
подсоединения
щупа к отдельной клемме
довательной
цепи
(5000
«+5000
поворотного
В) выбирается
положительного
В», имеющей в после­
сопротивление
МОм. , Отдельное
80
гнездо потребовалось потому, что обычные ' поворотные
переключатели
1000
рассчитаны
на
напряжения
не
Если поставить переключатель в положение
легко подсчитать, что суммарное
ВО МОм
50l,AKA
2000 Ом
+
50006
выше
.
В.
«2,5
В».
последовательное
со-
Рис.
ма
1.4.
Структурная схе,­
измерения
постоянного
+
говом
напряжеиия
тока
жителем
14
в
мулыиметре
анало­
с
умно-
противление цепи
составляет
50
кОм {Т. е-.
48
кОм+
кОм). В таком случае входное сопротивление изме­
рительного
прибора
равно·
50000/2,5 . 0м/В,
или
20.000 Ом/В. Аналогичные расчеты показывают, что та­
+2
кое же значение сопротивления остается ~ каждом
из­
мерительном диапазоне.
Измерение постоянного тока
1;1.2.
На · рис.
1.5
показана схема подключения подвижной
катушки прибора, шунтов и переключателя в цепь изме­
рения постоянного тока. Особенностью измерений в та­
ких цепях
является
использование
кольцевого
50M~Д
Рис.
ная
1.5. . Структур­
схема
тока
аналоговом
му~ьти­
е
20м
2000 Ом
O,'f750M O,0Z50M
измерения
постоянного
метре
JKOM ;Z,БОМ
шунта.
в
шунтами
и переключателем
+
Осяовное преимущества прибора заключается в TOr.J, что
катушка прибора постоянно шунтируется, даже
менты перехода
переключателя
диапазонов
из
в
мо­
одного
положения . в другое. Таким образом обеспечивается за­
щита прибора
строя).
ОТ
случайного
перегорания (выхода .И3
1.1.3. Измерение напряжения переменного тока
Схема подключения прибора при измерении напря­
жения переменного тока приведена на рис. 1.6. Она ана­
логична
:11
схеме измерения
напряжения
постоянного тока
:(см. рис. 1.4), но входное сопротивление цепи здесь мень­
ше и составляет порядка 1/3 сопротивления цепи посто­
янного тока. Это объясняется главным образом тем, что
приложенное напряжение переменного тока должно быть
выпрямлено диодным выпрямителем прежде, чем оно по­
ступит 1:1.3 изм;ерительный элемент (катушку). Катушка
15
прибора реагирует на среднее значение выпрямленного
переменногонапряжения, ' которое равно
значения
для
однополупериодного
0;318
пикового
выпрямителя,
рас­
смотренного в даННОJ14 примере. Поэтому входное сопро­
-
тивление цепи вольтметра переменного тока снижено ДО
31 ,8 % его значения в цепи ПОСl'оянного тока (или до
6360 Ом/В).
50мкд
200001.1
5000 В
Рис.
1.6,
Схема измер ения напряжения переменного тока в аналого­
вом мультиметре с умножителем,
поворотным переключателем и ди­
одами
Интересно
отметить, что
если
мультиметр, исполь­
зующий основную схему выпрямления, применяется для
Н3J,Jерения напряжения постоянного тока, когда переклю­
;чатель установлен в положение для измерения перемеи­
ного тока, то показания прибора будут значительно вы­
ше, чем должны были быть фактически. Это объясняет­
ся
тем,
что
шкала
напряжений калибруется
для
среднеквадратичных значений синусоидального напря­
жения, т. е. 0,707 пиковых значений. Поэтому показания
прибора
равняются
отношению
среднеквадратичного
значения напряжения к среднему значению напряжения:
0.707/0,318=2,22,
ренных
значений
т. е. в
2,22
раза отличаются от изме­
напряжения
по
шкале
постоянного
тока.
По аналогии среднее значение напряжения при двух'­
полупериодной схеме выпрямления составит 0,636 пико,­
вого значения, а показания прибора при использовании
такого выпрямителя будут в 1,11 раза больше показаний
напряжения по шкале постоянного тока. Схемы, подоб.
ные этой, не отличаются особой ТОЧНОСТЬЮ, так как rrред,.
полагается,
что
измеряемая
16
величина
имеетстрого
синусоидальную
искажение
форму.
напряжения
Любое, даже
при
измерении
незначительное
.
приводит KCOOT~
ветствующей погрешности . Имеющиеся индуктивности
и емкости цепей ограничивают верхний предел рабочей
частоты измерения переменного тока до 10 кГц: Нижний
предел частоты напряжения теоретически снижается до
нуля,
10
однако
практически
ограничивается .
частотой
Гц. Проведению измерений на более низких частотах
препятствую~ вибрации стрелочного указателя.
Тем не менее аналоговые мультиметры довольно ши·
роко применяются благодаря невысокой цене, хорошей
чувствительности и достаточно быстрой скорости изме­
рения.
Функции дополнительного диапазона для специаль­
ных
применений
универса.:тrьного
мультиметра
часто
обеспечиваются за счет внешних и внутренних множи­
телей, шунтов, пробников, трансформаторов, преобразо­
вателей и других приборов, но основная схема аналого­
вого измерителя не больше той, которая здесь описана
и показана.
1.1.4.
ИСТОЧНИКИ погреwностей
Мультиметры проектируются как универсальные при­
"боры, и поэтому они имеют среднюю точность порядка
.,./- (2-5)
Аналоговые измерители более высокого ка­
чества имеют 'соответственно лучшую точность. В том
%.
случае, если
допущение на влияние
нагрузки, которую
при бор оказывает на исследуемую цепь, сделано, то при­
бор оказывается вполне адекватным
для
большинства
применениЙ. Класс точности мультиметразадается в про­
центах наибольшего (конечного) значения шкалы прибо-
Jpa,
а это означает, что точность любого отдельного нзме­
рения зависит от положения стрелки на отметках шкалы.
Например, при заданной (паспортной) точности
)
%,
4 % при-
бор имеет текущую поtрешность ±40
если показание
снимается, когда стрелка находится на отметке 1/10 пол­
ной шкалы. Во избежание больших погрешностей изме­
fI:
рений мультиметр обычно следует использовать таким
обраЗОм, ' чтобы снимаемые показания находились в верхней трети шкалы (в зоне максимальных значений). Это,
1.
как правило, возможиопри
и
наличии нескольких диапа-
•
зонов (пределов измерений), частично перекрывающихося в соотношениях 1-2-5 или .1-3-10. Пример воз-
2-244
17
· можноЙкомбинации-. шкал МУЛЬТlIмеrра покаэац ца
рис. 1.7; Сочеrание правильноro лрименения и хорошей
КОНСТРУКЦИИ пр.ибора ·позволяет снизить ошибки изме~
рений до приемлемого уровня.
' Типовое входное сопротивление МУЛЬТ1iметрапрн ИЗ 4
мерении на IЮСТОЯННОМ: токе обычно составляет 20 кОм/В..
Это означает,ЧТО : есдн на пред~ле
tивление прибора равно
будет равно
2
10 В входное. сопро..,
200 кОм, то на пределе 0,1 В ане
кОм. Поскольку влияние нагрузки иа цепь
измерения во.зр .астает по мере сиижения входного сопро-
> ;.
Рис.
1.7..
Пример ВЫПQлнения шкалы мультиметра
тивления прибора, то пользователь всегда
должен
по­
мнить, что точность измерений зависит от сопротивления
прибора. Как правило, входное сопротивление измери­
тельного прибора должно быть по крайней мере в 10ра3,
выше (а желательно и более) сопротивления измеряемоij
цепи в точке измерения. При меньшем значении вход.'­
ного сопротивления_измерительный прибор будет нагру­
жать исследуемую цепь, что приведет к ошибке . из:мере­
ния (которую В ряде случаеЕ!можноскомпенсироваТI;».
Если сопротивление измеряемой цепи неизвестно, то
про~еряется, нагружена цепь ПЛИ нет, и если нагружеlIЗ,
то осуществляется коррекция показаний прибора.
Проверка очень проста: нужно СНЯть два .показания
измеряемого
напряжения
нз двух
пределах
измереция.
Если исследуемая цепь имеет большое сопротивление
и нагружена прибором, то пок~ззния будут значительно
отличаться друг от друга. Действительное напряжение
теперь может быть подсчитано следующим образом:
Е 1 Е! (R'2 -R1 )
U = ---"--"-'--""---"'"
18
(1.1)
.:
,"де Е". Е2 -
показания приоора при установке перв:ого
й второtопределов измерения; Rt, R 2 - входные сопро­
тивления прибора для первого и второгопределов изме~
рения.
Строго говоря, этот метод коррекции пригоден толь­
ко для линейных систем. Однако он может быть исполь­
зован в большинстве случаев, когда прибор не обладает
достаточно большим входным сопротивлением для вы­
полнения более точного измерения.
Другим фактором, способным повлиять на точность
иамерения с использованием аналогового измерительно­
прибора, являетсяразр,ешающая способность, с ко­
торой измерение воспринимается пользователем. -Строго
говоря, это ошибка пользователя, а не недостаток при­
бора. Здесь возможны две главные ошибки: параллакс
и ошибочное ;считывание€субъектнвныЙ! отсчет) при пра­
ro
вильном показании стрелки.
t.2.
Спецнапнзнровамные аНВJlоговые
нзмернтепьиые npнборы
В тех случаях, когда пренебречь эффектом нагруже­
ния цепи из-за низкого входного сопротивления прибора
нельзя или когда не используется метод коррекции, рас­
смотренный выше, целесообразно применя'FЬ активные
цепи в сочетании с IЮДВИЖНОЙ катушкой для увеличения
ВХОДНОГОСОПРО'ПlВления прибора.
В таких
усилители
мультиметрах
или
ление которых
полевые
используются
транзисторы,
измеряется
в
операционные
входное сопротив­
мегаомах.
Мультиметры
этого типа позволяют проводить более точные измерения
на переменном токе, поскольку в прибор добавляются
цепи, позволяющие считывать действительные средне­
квадратичные значения, даже если измеряемые сигналы
имеют несинусоидалъную форму
и
частота
составляет
около 100 МГц. В спецификации на мультиметр с таки­
ми цепями приводится пик-фактор (отношение ампли­
тудного значения к среднеквадратичному), определяю­
щий форму периодической функции, которая может быть
измерена достаточно точно (см. более подробно в гл. 2).
Включение активных цепей совместно
системой
)
не означает,
что
таким
с
способом
подвижной
создаются
только мультиметры. Аналогично можно создать и дру­
гие типы аналоговых приборов со стандартной подвиж-
2*
19
ной системой в качестве ИНДiщатора и дополнительными ,
активными цепями для формирования и обеспечения
особых функций при измерении.
Аналоговое измерение Мощности
1.2.1.
Пример выполнения измерителя мощности, работаю­
щего по принципу измерения количества тепла, приведен '
на рис.
1.8.
Элемент, мощность которого необходимо из­
мерить, подключается к внутренней резистивной нагруз-
, ке. Термопарой или аналогичным прибором измеряется
температура нагрузки по отношению к температуре окру­
жающей среды. Выходное напряжение термопары уси­
ливается и управляет движением подвижной системы,
шкала которой
На рис.
1.9
отградуирована в единицах
мощности.
приведена структурная схема термоэлектри­
ческого измерителя мощности.
Большинство измерителей
не
только
в
милливаттах
и
мощности
ваттах,
но
градуируются
также
и
в деци­
белах. Обычно отметка О дБ соответствует отметке 1 мВт
на
измерительной
озн~чает,
Рис.
что
1.8.
шкале.
измеритель
Ваттметр
Raca! -'- Dana 9103
~MP
Рис.
из
"
1.9.
Структурная
- измереиное
,
Наличие
мощности
шкалы
может
Щасаl
децибелов
использо-
Group Services)
Н Н ~
тп
схема
у
термоэлектрического
измерителя
мощ-
ности:
значен~е (входиой снгнал): мр - местный резистор; ТЛ-
термопара; У
- усилитель; ОУ -
20
отсчетНое устройство
,
ваться для измерения частотной характеристики И ' ОТНО-'
шения
сигнал/шум.,
Частотную характеристику ис~ .
следуемой цепи проще всего определить с помощью
ступенчатого
изменения частоты входного сигнала
ответствующего
измерения
выходного
сигнала
и
на
со­
этих
частотах.
Характеристика определяется как полоса частот меж­
ду двумя корневыми частотами,\ на которыJ{ вьiходная
мощность цепи падает на 3 дБ ниже средней выходной
мощности полосы частот. С другой стороны, отношение
сигнал/шум легко определить, измерив выходную мощ­
ность
цепи
сначала
с
подключенным
сигналом,
а затем
в отсутствие этого сигнала. Изменение уровней мощно­
сти будет соответствовать отношению сигнал/шум.
1.2.2.
Измерение искажений
Аналоговые измерительные приборы часто применя­
ются для измерения искажений . Такие приборы извест­
ны как анализаторы искажений. Однако это название
некорректно, поскольку приборы не анализируют иска­
жение в истинном смысле этого слова, а только показы"
ваютсуществующий уровень искажений.
Под искажением обычно понимают изменения, проис­
ходящие с сигналом при его прохождении через систему.
Таким образом ', если выходной . сигна л системы отлича­
ется от входного сигнала,
то это означает,
что
он
иска­
жен. В . этом смысле любые отличия, такие, например,
как изменение частотной характеристики, сдвиг фазы
или наличие шума, я'вляЮтся искажением. Существуют
и более специфичные . тиriыIскажений,' которые ' рассмот­
рены ниже. Эти искажения обычно вызваны наличием
дополнительных
частотных
составляющих,
определен­
ным образом связанных с ' частотой входного сигнала . .
Наиболее общими . типами искажений, которые необ­
ходимо
измерять, являются
гармонические
искажения
и искажения взаимной модуляции. Гармонические иска­
жения встречаются там, ' где избыточные частотные
ставляющие, дополняющие
сигнал,
являются
f
со­
его гармо­
никами. Если входной сигнал с частотой
подается в си­
стему, то гармонически искаженный выходной сигнал
может содержать частотные составляющие
f, 2f, 3f, 4f
и т. д. На рис. 1.1 О приведена зависимость амплитуды
сигнала от частоты. Здесь дополнительные частотные со-
21
ставляющие
гармонически
искаженного
сиrнала
явля·
ются целыми множителями основной частоты. Амплиту­
ды этих дополнительных гармоник
плитудой
полезного
сигнала
в · сравнеlIИН
определяют
с
·ам;
амплитуду
гармонических искажений. Мерой гармонического иска­
жения,
очевидно,
моник
к
является
тармонике
отношение
полезного
суммы
сигнала,
всех гар­
выраженное
в f:Iроцентах.
1
Рис.
1.11
1.10.
моническими
~/"
I
'1' .
На рис.
со­
гар­
/ '-
ис!{ажеииЯ1lИ~ ;
основная состаВJlяющая;2....
составл я ющие
гармоииках
I
измерения
Частотные
ставляющиесигналас
искажений
основной
при
составля,
ющей
приведена структурная схема системы
гармонического
искажения,
которая
может
использоваться в анализаторе искажений. Блок измери­
тельного
преобразователя
преобразует поступающий
входной сигнал к базовому уровню (обычно 1 В). Поэто­
му в схеме применяется
из
комбинация
резисторов
атте.
лс
ИЛ
Пl:
Рис.
1.11 .
Структурная
схема
системЬ\
искажения:
-
измерения
гармоническогр
.
из
и з мер я емый ВХ ОДН О Й снгна л ; ИП-иэмсрятельныil пр ео браэ о ватель (КОВ­
вертер); НЧ - настройка частоты; СФ - ступенчатый фильтр; ПС - npеобра­
зовательсреднеквадратичного эмачени я ; Д - делитель; .011 -отсчетное yc:r. .
ройство (из меритель)
.
22
>
Рис.
1.12.
Частотные
ст~вляющие
сигнала
со-
искаженного
взаимной · модуляции
нюации и усилител я . Таким образом , сигналы , превы­
шающие базовый уровень, должны ослабляться, а сиг­
налы, меньшие базового уровня,
усидиваться.
-
Затем
приведенный сигнал поступает на режекторный фильтр,
настроенный на удаление основной гармоники и пропус-
ДН
ип
.....,
8ЧIfJ
-<>-
'"'-' .
ry..-
~
НЧIfJ
.....
ПС
~
"-
I
д
/
к)
J
пс
'.
Рис.
1.13.
Структурная схема системы измерения искажений взаим­
ной модуляции:
8ЧФ · R nЧФ
- высокочаСТОТIfЫЙ в низ коч астотны!! фн.льтр ы ; дм - деМОДУJl R­
тор; остальные оБОЗlfач ения. СМ. рис. 1. 11
кание гармоник шума. После этого гармоники шума по­
ступают на преобразователь среднеквадратичного зна­
чеНJ:Ш,
Параллельнос этим нормированный сигнал подается
на другой ПС без фильтрации . Цепь делителя определя­
ет отношение · между двумя
чениями
сигнала,
а ее
измерителем, стрелка
монического
среднеквадратичными
зна­
выходное напряжение управляет
которого показывает уровень гар­
искажения.
Прежние
23
методы
измерения
гармонических помех требовали, чтобы снаt;tала выход­
ной
сигнал
был
стандартному
приведен
вручную
к
определенному
(базовому) уровню. Затем фиксировался
среднеквадратичный
уровень гармонических составляю­
щих, и после этого выполнялось измерение. При исполь­
зовании нового метода такого двухступенчатого измере­
ния не требуется. Искажения взаимной модуляции воз­
никают тогда, когда две или более частотные составляю­
щие взаимодействуют в нелинейной системе таким обра­
зом,
что
появляются
дополнительные,
гармонически
не
связанные составляющие.
На рис. 1.12 приведеназависимость амплитуды сиг­
нала от частоты для случая искажений взаимной моду­
ляции, где искажения вызваны взаимодействием двух
f Xf.
Xf-f; Xf+f; Xf-
частотных составляющих на частотах
и
Гармоники
помехи могут возникнуть на частотах
и т. д. Сигналы в области частоты Xf пред­
-2f; Xf+2f
ставляют собой боковые полосы частот, идентичные . бо­
ковым полосам частот модулированного
радиосигнала.
Существуют и другие типы искажений взаимной мо­
дуляции составляющих сложного сигнала, каждый из
которых требует своей методики измерения . Схема из­
мерений искажений взаимной модуляции
рис. 1.13.
показана
на
Так же как и в системе измерения гармонических ис­
кажений (см. рис. 1.11), первый блок ИП является пре­
образователем, который позволяет привести входной
сигнал к базовому уровню. Затем сигнал базового уров­
ня проходит через высокочастотный фильтр, настроен­
ный для пропускания всех частотных составляющих, рас­
положенных выше нижней из двух взаимодействующих
частотных составляющих. Цепь демодулятора отделяет
боковые полосы частот и,
ляющей
Xf.
2f
и т. д.) от частотной состав­
Сигнал затем проходит через фильтр низкой
Xf.
частоты, настроенный на фильтрацию составляющей
Оставшиеся состаВ.J]яющие помехи затем проходят через
преобрззователь среднеквадратичного Зllачения . . Тем
временем часть немодулированного сигнала (т. е.состав"
ляющая Х' вместе со своими боковыми полосами частот)
проходит через другой ле. Оба сигнала подаются в цепь
делителя, который с помощью электронных схем рассчи­
тывает соотношение между сигналами. Затем это соот"
ношение преобразуется и передается в ОУ, стрелка кота';
рого показывает полученный результ~т.
24
Принцип работы современных анализаторов искаже­
нии гораздо сложнее, чем приведенный выше, ' в смысле
упрощениSl объяснении. Более" точные системы ' автомати­
чески обеспечиваю! настройку фильтров < и установку
уровня,
а также имеЮТ . генераторы
шума,
встроенные
таким образом, что пользователь должен лишь подсо­
единить
.к
анализатору
испытываемую
цепь,
включить
его и ожидать индикации результатов на дисплее.
Глава
ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИ60РЫ
<
1.
2
в электронике все больше и больше функций, кото­
рые
прежде
считались . исключительно
аналоговыми
по
своей природе, теперь обеспечиваются с использованием
цифровой техники. Наглядным примером является аппа­
ратура записи звука
на
компакт-диске, использующая
цифровой способ записи музыки. При этом слушатели
имеют возможность воспринимать высококачественный
звук, не имеющий недостатков, присущих существую­
а
щим
аналоговым
средствам
звукозаписи
на
виниловых
пластинках.
Цифровая техника, обычно более сложная и дорогая
(по крайней мере, на начальной стадии развития), чем
ее аналоговые прототипы, обладает определенными экс­
1-
плуатационными преимуществами: высокой точностью,
надежностью, хорошими возможностями для дальней­
:-
шегосовершенствования, Внутренние цепи цифровых из­
.-
мерительных приборов гораздо сложнее, чем такие же
цепи в аналоговых приборах, поскольку в них аналого­
вые измеряемые значения преобразуются в циф'ровые,
прежде чем поступить на индикацию.
Точность измерений, полученная
при
использова­
нии цифровых
измерительных riрибор6в
не ограни­
чивается точностью электромеханических измерительных
устройств или разрешающей способностью, с которой
наблюдатель считывает показания прибора. Вместо это~
го точность полностью определяется измерительными цe~
пями прибора, а это означает, что можно получить более
высокую точность;
Цифровые измерительные приборы (так же как
и аналоговые) наиболее ШИРОКОIIрименяются в мульти:
25
Рис.
2.2.
Цифровой
прибор для
измерения индуктивности, емкости,
сопротивления
типа
АУО
В
183
(Thorn EMI Instruments)
ИЛ
Рис. 2.1. Портативный циф·
ровой мультиметр Fluke
8021 В (RS Component
Ltd.)
Рис. . . 2 ..3. Структурнак схема базового цифровог() мулътнме'r.ра:
-
нз
аН&ЛОFОВЫЙ
СИМl ЗЛ из"еренного
значення; ИЛ - нз"ерительный пре06·
разовате.nь ; АД" аналога-цифровой
преобразователь
метрах широкогопрофиля, хотя имеются
;(как показано в гл .
1)
АЦП
возможности
использования цифровой измери­
тельной техники в качестве дисплеев в измерителях мощ·
IIOСТИ, искажений и др. Внешний вид цифровых мульти.
метров показан на рис. 2.1, 2.2.
Типовой цифровой мульти.м.етр выполняет все обыч·
вые функции аналогового измерительного прибора, но,
как правило, с лучшим качеством. На рис.
2..3
при веде.
на структурная схема, по которой можно судить в упрQ-o
щенной форме о принципе действия базового цифровоFO
мультиметра. Блок измерительного преобразователя ире·:
образует измеренное значение напряжения, тока,. сопр&-'
тивления и других величин в сигнал, который затем 110"'-
ступает в АЦП. Обычно это постоянное напряжение
мВ или 2 В. После преобразования в АЦП резуль~,
200
таты измерения высвечиваются на дисплее.
26
мым сопроtивлением.В этом случае
IiC'
используется
точник базового напряжения, расположенный внутри са-
.
мого прибора.
-
-
Переключение измерительных диапазонов осуществ­
ляется обычно вручную. Однако ряд современных муль­
тиметров ' имеют автоматическое переключение пределов
измерения,
при этом
электронные
чувствительные
эле~
менты в зависимости от уровня измеренного сигнала вы­
бирают требуемый диапазон для индикации.
Более дешевые цифровые мультиметры без автома­
тического переключения диапазонов обычно имеют ин­
дикацию превышения данного диапазона. В таком слу­
чае в наиболее значимом разряде цифрового индикатора
высвечивается единица при отсутствии индикации в дру­
гих разрядах. Защита от превышения напряжения обыч~
но встроена во все цепи преобразования сигналов циф­
рового
мультиметра,
и
поэтому
попытки
измерения
прибором больших, потенциально опасных напряжений
и токов не приводят к его повреждению.
2.2.
АнаПОГО-ЦНфровое преобразованне
Осуществить процесс преобразования аналогового
сигнала в цифровой в принципе достаточно легко. С по­
мощью
квантования
сигнала
- измеряется
его
значение
через равные промежутки времени. Каждая дискрета
представляется в двоичном коде. Например, аналоговое
напряжение .1,5 В может быть представлено в цифровом
виде двоичным числом 1010. В обычном цифровом муль­
тиметре это двоичное число затем декодируется для
ин­
дикации на дисплее, где высвечиваются десятичные циф'­
ры
1,5.
При определенных условиях ряд дискрет совершенно
точно представляют измеряемый сигнал. Главным усло­
вием, обеспечивающим регулирование преобразования,
является то, что дискреты должны выбираться на таких
коротких интервалах, чтобы все вариации (даже самые
быстрые) сигнала были · подвергнуты преобразованию.
Другими словами, если исследуемый аналоговый сигнад.i
содержит
частотные
f
составляющие
в
диапазоне
от
по·;
стоянного тока до mах, Гц, то он должен быть дискре~
тизирован с частотой 2f тах дискрет в секунду.
В случае цифрового МУЛЬТi:Iметра общего применения.
используемого для измерения фиксированного или очень
28
медленно l:Iэменяющегося напряжения илиток~, не воз.
никает
никаких проблем и квантование происходит
,-
очень медленно. Например, если входнойсигнал изме·
няется . С максимальной частотой, скажем
,.
рость
в
достаточной, чтобы
В , цифровой форме.
:-
.-
,'а
'-
к~антования дважды
. Цифровой
за
секунду
представить
1
ГЦ, то ско­
представляется
измеренное
значение
.
мультиметр, показания
которого изменя­
ются более часто, чем это требуется, в , лучшем случае
вызывает
раздражение,
а
в
худшем
-
эти
показания
просто невозможн() считывать, Большинство цифровых
мульtиметров общего назначения имеют скорость кван­
тования, равную 2-2;5 измеренных значений в секунду.
На рис.
2.4
показан цифровой мультиметр с ' ИН,Дика­
тором на жидких кристаллах.
1-
я
й
о
1е
а
,е
м
,-
Рис.
Цифровой мультиметр РhШрs РМ
(на дисплее показан выбор адреса уни­
версальной интерфейсной шины OPIВ)
2.4.
2534
[).
Рис.
2.5.
Структуриая
.схема
аналого-цифрового преобразоватеЛII
с двухстадийным .Интегрированием:
fI.
IЬ
АВх - аналоrовый вход; Эl(У - электронное коммутирующее устройство; Н_
интегратор;
Ч - часы;
УС - устройство сравнения
(компаратор); С - счет.
чик; ЦВ - цнфровойвыход
Аналого~цифровой
преобразовател.ь, используемый
в цифровых мультиметрах, обыч.но является преобразо­
вателемс двустадийным · иНтегрированием. , Принцип его
действия hОК8зан иарнс . . 2;5. ' АиалоговыЙ . .входноЙ сиг­
пал интегратора i1ереключается с помощью . электронно­
го реле между опорным '(базовым) напряжением Uб
и напряжением, которое HY)i{HO преобрззовать. При нн­
тегрировании
входного
аналогового напряжения
в тече­
ние опредеJIенноговремени {!, когда выходное напряже­
ние интегратора
возрастает от нуля, СЧЦтывля тактовые
импульсы генератора за переменное . время
которого
выходное
t2 ,
напряжение интегратора
Сч
Ит
-1-
в течение
спадает до
ИА
I
I
I
I
Рис.
2.6.
Изменение выходного напряжения
VВЫХ'ИНТ
интегратора
в анаЛОГО~ЦlIфровом преобразователе с двустадийным интегрирова­
нием ДЛЯ двух возможных значений входного напряжени'Я:
Ит
- ИRтеГРИРОВ8иilе;Сч - считываиие ; Ид - иидикация; /. - напряжение, со­
полной
шкале;
2 - напряжение, соответствующее половнне
ответствующее
шкалы
нуля, можно выполнит.ь очень точное цифра-аналоговое
преобразование, потому что время t2 пропорционально
аналоговому напряжению.
Два примера должны пояснить работу преобразова.
теля. Если измеряется напряжение, скажем 1,999 В, то
выходное напряжение интегратора (рис. 2.6) возрастает
за время t l до полного напряжения шкалы. Когда Ha-I
пряжение снижается до нуля, в течение времени
t2
счи ...
тываются 1999 импульсов и на дисплее индицируетсst
число «1.999». Если же входное напряжение равно 1 В.
то выходное напряжение интегратора за время
t 1 достиг'"!
нет только половины напряжения шкалы. Поэтому лишь
1000 импульсов будут считаны за время t2 , прежде чем
выходное напряжение интегратора снизится до нуля. На
дисплее ИНДИЦИlэуется в этом случае число «1.000».
30
Рис. 2.7. Вольтметры цифровой системы
Solatron 7061
7062 (Solatron Instruments)
Рис. 2.8. Цифровые муль­
тиметры Fluke 8840А и Fluke 8842А
со­
~He
ое
IЮ
а·
го
ет
a·1
и
А8х
...
ел:
В.
[Г'"!
Рис. 2.9. Структурная
ма преобраЗ0вателя
«ана­
лог-цифра» последовательного приближения:
IlЬ
~M
lа
к
схе­
АВх нал;
аналоговый входной сиг­
l( -
компаратор;
управления;
ДВ -
Рее
ВУ-блок
-
цифровой ВЫХОД;
n-нумерация
разряда
регистр;
J, 2, ... ,
регистра
31
БУ
и
Solatro!'1
Преобразователь
с двустадийным интегрированием
идеально подходит для использования в цифровом муль­
тиметре общего назначения - он обладает низкой стои­
мостью и высокой точностью. Однако невысокое быстро­
действие ограничивает возможности применения таких
преобразователеЙ. Цифровые мультиметры, используе­
мые для измерений « быстрых» процессов (рис. 2.7, 2.8),
должны быть оборудованы более быстродействующими
(и обычно более дорогими) преобразователями, напри­
мер преобразователем посл едовательного приближения,
структурная схема которого приведена на рис . 2.9.
Преобразователь
последовательного
приближения
являетСЯ примером аналого-цифрового преобразоват'еля
:<АЦП), который при нормальной эксплуатации может
использоваться в качестве цифро-аналогового преобра­
зователя (ЦАП). ПО существу цифровой сигнал преоб­
разователя повторно преобразуется в аналоговый сиг­
нал с помощью ЦАП, а затем сравнивается с аналого­
вым входным напряжением на компараторе кНа выходе компаратора появляется логическая 1, ес·
ли аналоговый входной сигнал
больше
сигнала
ЦАП,
или логический О, если преобразо'ванный сигнал больше
аналогового. Обычно в исходном состоянии все разряды
выхода устанавливаются в «О » , поэтому на выходе ЦАП
также нули. Таким образом, подача любого аналогового
сигнала
на
в ходе
приводит к тому ,
что
на
выходе ком­
паратора устанавливается логическая 1. С приходом пер­
вого тактового импульса БУ устанавливает наибольший
значимый бит (бит
1)
регистра Рег. в
1,
т. е. выход ЦАП
увеличивается. Если приложенное входное напряжение
все еще больше напряжения выхода
компаратора остается 1 и следующий
вынудит блок управления установить
наиболее значимый бит, т. е. бит 2 и т.
Когда выходное напряжение ЦАП
ложенного
напряжения,
выход
ЦАП, на выходе
тактовый импульс
в «1» следующий
Д.
станет выше при­
компаратора
изменится
на логический О и следующий тактовый импульс заста­
вит блок управления установить в последнем разряде О,
а в последующем разряде 1. Таким образом, можно ви­
деть, что процесс преобразования состоит из множества
последовательных аппроксимаций приложенного напря­
жения.
На рис. 2.10 приведена временная диаграмма изме­
нения аналогового выходного напря~ения цифро-анало-
32
ГQВQГQпреобраэователя за 8 тактов работы ана,IJОГО-ЦИф­
рощ>го IIреобразователя с последовательной аппрокси­
мацией . .. После
последней . аппроксимации цифровой
ры:ход преобразователя представляетсо60Й , точное преоб­
разованиеприложенного аналогового входного напряже­
ния, которое может быть подано непосредственно на ин·,
дикацию.
Общее время преобраэовавия преобраэователя после-
о·
f
2
3
4
5
8
7
8
Циклы чаеМ
Рнс.
2.10.
Временная днаграмма изменения аналогового
выходного
напряжения цифро·аналогового преобразователя в аналого·цифро·
вом преобразователе с ПОCJIедовательной аппроксимацией:
UвыхЦАп-выходное напряжение цнфро·аналогового преобразователя; и Авх­
входное аналоговое напряженне
Рис. 2.11. Цифровой опти­
ческий · измеритель l,iощно,
сти MEGGER ОТР 510, ис·
поль~уеl>!Ы!'i для измерения
свеТовых вспышек от опти,
ческих' ВОnOКОН диаметром
1
мм
(Thorn EMI Instruments)
3-244
_.
33
довательного i1риближ~ния равно
N
временных тактов,
rде N-.~шсло разрядов. Время преобрззоваННЯ,таким
образом (В отличие от времени преобрззования преоб­
разователя с двустадийным интегрированием), не З8ВИ­
СIП ОТ входного напряжения и фактически ограничивает­
ся только задержками цепей. При ИСПОЛЬЗ0вании данно-
Рис. 2.12. Испытательный при бор Rohde & Schwarz СМТ дЛЯ радио­
связи,
использующий
несколько
цифровых
индикаторов
(Centrum);
го метода можно обрабатывать значительно большее
число дискрст в секунду, и современные цифровые муль­
тиметры могут воспринимать от 200 до 1000 дискрет в се­
кунду в зависимости от числа разрядов преобразования.
Примеры
рис. 2.11,
исполнения
таких
приборов
приведены
2.3.
Индикаторы
В большинстве цифровых мультиметров общего
значения
на
2.12.
используются
семисегментные
ин д и к аторы
на­
на
жидких кристаллах. Малое потребление мощности таки­
ми индика. торами означает, что при малом потреблении
тока преобразователем сигнала и цепями ЛЦП общее по.
требление тока мульти м етромсоставляет всего несколь­
ко микроампер. Это очевидное преимущество для порта­
тивного оборудования, питающегося от батарей. Однако
стационарное контрольно-измерительное оборудование
не имеет ограничений с точки зрения мощности, и поэто­
му в крупных цифровых мультиметрах обычно применя-
34
3,
М
Рис.
2.13.
Переносной портатив­
НЫЙ мультиметр
Thandar ТМ 452
(Thandar Electronics)
)1-
'.
).
ЮТСR
индикаторы на
свето­
диодах или флуоресцентные
индикаторы.
Обычно
устройства
от­
счета цифровых мультимет­
рав
имеют
от
четырех
восьми разрядов.
рах
В
предусмотрена
ная запятая
рая
десятич­
(точка),
может
до
прибо­
кото­
перемещаться
вдоль индикатора в соответ­
ствии с выбранными преде­
лами измерения. Как прави­
'ЛО, в старшем разряде инди­
катора
)-
11
семь
JiСПОЛЬЗУЮТСЯ,
сегментов
а
ПрОС1:0
не
ин­
,j\ицируется либо 1, либо ничего. По этой причине гово­
.
,-
рят, что измерительный при­
бор
с
тремя
полными
1.
кого типа имеет «З,Б-знаковый» индикатор. Большинство
е
семисегментными
а
переносных,
разрядами
портативных
и
старшим
цифровых
разрядом
та­
мультиметров
~рис. 2.13)
общего
назначения
имеют индикаторы
такого размера. Максимально, что можно показать на
3,5-индика10ре, это только число 1.999, а т, ам, где тре­
буется получить большую точность, можно применять
более дорогостоящие мультиметры с размером индика­
i·
а
и
..
1.
о
тора вплоть до
1.4.
Пренмущества цифровых измеритеп~ных
'.
приборов
В гл. 1 отмечалось, что точностьаналоroвых измери­
тельных приборов определяется главным образом пере­
мещением подвижной катушки, а также положением
стрелочного указ,ателя. Таким образом, наивысшая точ­
ность, которую приборс подвижной катушкой может
иметь,
1.
8,5.
определяется
его
классом,
в процентах при отклонении
т.
,е.
указателя на
погрешностью
полную шка­
лу. Другими источниками погреlШЮСТИ являются:
3*
35
нагрузка иссщщуемой цепи входным сопротивлением
прибора при измерении напряжения;
разрешающая способность, с которой считывается по­
казание пользователем.
В цифровом измерительном приборе эти погрешности
исключаются. Индикатор здесь полностью электронный.
без каких-либо движущихся частей, и поэтому он не мо"
жет быть неточным - что он получает от предшествую­
щих цепей, то и индицирует. Числовое представление ин­
формации не связано с проблемами разрешающей спо­
собности, такими,
как
ошибки
из-за
параллакса
или
положения указателя на шкале. В заключение можно
сказать, что электронные цепи в цифровых измеритель­
ных приборах обеспечивают очень большое входно"е со­
противление (порядка 10 МОм.).
Поэтому исключаются погрешности из-за нагружения
исследуемых цепей, даже самых высокоомных. Вместо
этого точность и разрешающая способность цифровых
измерительных приборов зависят от точности и разре­
шающей способности внутренних электронных цепей.
Ошибки измерений главным образом обусловлены неточ­
ностью компонентов схем или плохой калибровкой при­
боров. Однако иногда погрешности измерений возника­
ют в результате ошибок на стадии проектирования этих
устройств. Типовая погрешность недорогого универсаль­
ного мультиметра составляет менее + 1
показания
прибора (а не полного размаха шкалы, как в аналого­
вых приборах), а разрешающая способность - около
1/2000. Погрешности высококачественных цифровых
мультиметров обычно меньше +0,005
при разрешаю­
щей способности порядка 1/100000.
В целом цифровые мультиметры и измерительные
приборы обладают рядом преимуществ по сравнению
с аналоговыми приборами. Для большей точности изме­
рений цифровые приборы все чаще применяются в ка­
%
%
честве контрольно-измерительного оборудования.
Несмотря на то что цифровые мультиметры обшеГQ)
назначения дороже своих аналоговых двойников, анало"',
говые измерительные приборы по своей точности и раз.
решающей способности никогда не смогут заменить циф­
ровые приборы вне зависимости от их стоимости. Циф­
ровые измерительные приборы завоевали преимущество
на коммерческом рынке, которое не смогут себе вернуть
аналоговые приборы.
36
rna.a
э
о-
ОСЦИЛЛОГРАФЫ
ги
flИ
Строго говоря, осцил~ографом является любой при­
бор, который может показывать форму колебаний. Тер­
мин . «осциллограф», или «осциллоскоп», образован ' из
латинского слова oscillore, означающего качания назад
и вперед, и греческого слова skopein, означающего на ­
блюдать, следить. Многие электронные . приборы обла­
дают такой способностью: ХУ-графопостроители и перье­
1i0
вые самописцы являются тому наглядными примерами.
: Й,
О·
:о­
н­
o~
:ь­
Однако этот термин будет нами использован приме­
о-
нительно к определенному классу приборов, обсуждае­
мых в данной главе. Ряд других испытательных прибо­
ров, используемых для демонстрации формы сигнала
1Я
го
.IX
е­
ой.
ч­
и­
и, таким образом, включенных в . данную категорию при­
боров, рассмотрен в других главах .
После всех рассмотренных аналоговых и цифровых
измерительных приборов осциллографы . являются сле­
дующим, наиболее общим классом испытательных при­
боров. С их помощью можно анализировать внутренние
а-
процессы
"х
осциллографа воспроизводятся те процессы, которые ре­
в
цепи
в
реальном
е.
на
экране
Ь-
ально
студентам, которые еще не имеют опыта работы с аппа­
ратурой и не знают; правильно ли функционируют цепи.
По сравнению с аналоговыми измерительными при­
о­
.с
подвижной
Это
т.
н.
'10
происходят в цепи.
времени,
катушкой
необходимо, например,
[х
борами
о-
щими значения только постоянных напряжений . и токов
(рамкой ), показываю­
.re
осциллографы могут фиксировать переменные напряже­
:(или, по крайней мере, очень медленно измеНЯIQЩИХСЯ),
ю
ния и токи.
Кроме того, аналоговый
е­
а-
измерительный прибор по­
казывает амплитуду измеренного значения в любое за­
данное , время только водной размерности. Осциллогра­
фы
. же
обеспечивают
пространственное
изображение
в двух измерениях: амплитуду ·' измеренного значения
в функции времени. Таким путем быстрое изменение ам­
плитуды может быть легко показано.
Эта способность осциллографа /представлять изобра­
жение двухмерных измерений появляется вследствие ис­
пользова'ния ' дисплея особого вида. Более точное техни­
ческое его название - элекiроюt('J-лучевой осциллограф
37 ·
(ЭЛО) , которому возможность изображенияhредставля­
ется благодаря применению электронно-лучевой трубки
(ЭЛТ). Более подробно описание структуры и работы
ЭЛТ приведено в приложении 1. Все, что нам следует
знать сейчас, это то, что электронно-лучевая трубка
может использоваться для двухмерного отображения на
ее экране измеряемого сигнала:
по
амплитуде и во вре­
мени. Это осуществляется за счет движения электронно­
го луча в ЭЛТ, пересекающего экран при определенном
управлении. В резулЬтате на экране появляется изобра- ­
жение измеряемой переменной, в котором вертикальная
амплитуда соответствует амплитуде измеряемой пере­
менной, а горизонтальная амплитуда - единицам вре­
мени, в пределах которого наблюдается переменная.
3.1.
Что показывает осциппоrраф
Осциллографы общего назначения, работающие в ре­
альном времени, главным образом применяются для
представления
периодически
изменяющихся
измеренных
значений. На рис. 3.1, а приведено довольно упрощенное
представление формы ' периодически изменяющегося на­
пряжения. Для показа на осциллографе это изображе­
ние разбито на отдельные участки размером с экран, ' как
показанона рис . 3.1,6. Эти участки, показывающие фор­
му колебаний, затем поочередно высвечиваются на экра­
не (рис. 3.1, в), как кадры детского кино в фильмоскопе,
с той лищь разницей, что эти кадры (участки изображе­
ния) разделены поминутно таким образом, что при их
мерцании
создается
иллюзия
движения,
в
то
время , как
картинки на осциллографе все идентичны, и поэтому соз­
дается иллюзия постоянной картинки. Итак, при про­
должительной периодической форме колебаний видимое
на экране изображение будет подобно одному из приве­
денных участков, как показано, например, на рис. 3.1, г.
Окончательное изображение является фактически графи­
ком
изменения
напряжения
во
времени для данного
ви~
димого единичного участка. Такое представление изме­
ренного значения, которое формируется на экране труб­
ки осциллографа, обычно называется разверткой.
Важно помнить, что развертка на экран е получается
при непрерывной смене множества отдельных циклов.
Эффект аналогичен наблюдаемому при прqСМQтре кино­
фильма, когда происходит быстрая смена большого коли- ,
38
1И
Ы
~T
-
,
а :
а
~
Время
а)
..
)м
1- '
Я
L __ ---Jo....-- _ _ _ J .... ____ ....JL ____ .....J_
1
Z
3
't
Время
!lчасmt<u uзоораженuя
.
о)
я
х
le
1к
)-
1е,
б)
~-
г)
:х
,к
3))е
Рис.
3.1.
Возможные периодические
колебания
нзмеренного зна'
чения:
а
в
-
как это фактически происходит; 15 - разделенное на участки изображение;
отдельные картииы иа экраие осциллографа; г - то , что видит наблюда­
тель
чества «мертвых» кадров или телевизионной картинки,
созданной в результате быстрой смены большого коли­
~-
5-
чества рисунков. Это соответствует свойству человеческо­
го глаза объединять отдельные образцы из каждого по­
казанного цикла, делая умственное заключение, что име­
:я
ется лишь единственная стабильная картина процесса.
..
В.
)
39
3.2.
6азовый qсциnnоrраф
Более сложные осциллографы могут также представ­
лять непериодические формы колебаний, что будет рас­
смотрено далее. Здесь анализируются возможности при­
бора, показывающего периодические формы колебаний.
Рассмотрим различные части цепи осциллографа, кот()­
рые обеспечивают выполнение его функций. На рис. 3.2
Вход
3КУ
Рис.
3.2.
Структурная схема базового
осциллографа с указанием
формы колебаний в различных точках:
ПУВ - предусилитель вертикальиой развертки;
УВО -усилитель
вертикаль­
иого отклоиеиия луча; ПГО - пластииы
горизоитальиого· отклонення луча;
ПВО - пластины вертикального отклонения; эк.У - электронное коммутирую­
щее устройство (триггер); УГО - усилитель горизонтального отклонення; гргенератор разверткн; ЭЛТ - электронно-лучевая трубка
показан принцип работы базового осциллографа. Приве­
денные формы колебаний в различных точках структур­
ной схемы иллю'стрируют работу цепи.
Для возможности отображения измеренного значе·
ния на дисплее электронный луч должен перемещаться
по экрану ЭЛТ в соответствии с заданным законом
управления. Во-первых, ему необходимо двигаться гори­
зонтально слева направо (как видно на экране). Когда
луч достигнет правой стороны экрана, он должен вер­
нуться влево, чтобы начать новую развертку. Вся эта
40
процедура ' ПРОИЗБОДИТСЯ
регулярно
через определенные
интервалы времени. Во-первых, амПJЩТУД~ изображае-
3-
мой формы колебаний должна COOTB~TCTBOBaTb амплиту-
:_
де измеренного значения, поэтому электронный луч дол-
i-
жен перемещаться также по вертикали. При этом гори-
и.
зонтальное
з_
соответствующей времени
.2
тикальное
перемещение
луча
происходит
по
протекания процесса,
оси,
а ' вер-
смещение ' обеспечивается по оси, соответст­
вующей амплитуде измерения.
Движение горизонтального луча происходит под воз­
действием напряжени~, называемых напряжениями раз­
вертки и приложенных от генератора развертки к плас-
3
Рис.
3.3.
Возможная
форма изменения напря-
9//1
жения развертки
1
тинам
горизонтального
отклонения
форма изменения напряжения
рис.
3.3.
ПГО.
Возможная
развертки приведена на
Это напряжение имеет наклонную форму
пе­
реднего фронта и может подаваться на одну из пластин
горизонт'ального отклонения. Другое напряжение раз­
вертки, имеющее , точно такую же форму, но противопо­
ем
ль­
· ча;
ую­
р-
ложное
по знаку,
поступает
на другую
пластину.
Когда
напряжение
сравнительно мал('),например
в точке 1, луч откльняет'ся в левую сторону экрана. Если
напряжение соответствует , точке,2, луч не отклоняется
и находится в центре экрана ,электронно-лучевой трубки.
Когда напряжение достигает точки
3,
луч
отклоняется
в правую часть экрана и т. д. Форма напряжения раз­
,е­
вертки , показывает
:р-
Луч
ie-
жения.
нам,
как луч
движется слева направо
проходит
регулярно
через
с
экран.
постоянной
скоростью, определяемой крутизной возрастания напря­
ся
)м
и-
1I.а
р­
та
На своем обратном пути справа налево (известном
как обратный ход луча) луч мгновенно, скачкообразно
возвращается в первоначальное положение. ' И вновь он
готов для начала более медленного движения ' слева на­
право. При мгновенном обратном скачке луча справа на­
лево, обеспечиваемом практически за время. равное НУ-
41
.пю, пользователь не успевает заметить на экране обрат­
ный ход луча.
На практике генератор развертки не может обеспе ..
чить идеального напряжения развертки. Обычно напря ..
жение на наклонном участке 1-2-3 (см. рис. 3.3) воз·
растает не с постоянной скоростью, однако это отклоне ..
ние очень незначительно. Кроме того, обратные ходылу­
ча имеют конечную, но относительно
небольшую
дли­
тельность.
Длина наклонного участка напряжения, т. е., говоря '
иначе,
время
нии
слева
лем,
что
развертки
направо,
позволяет
луча
может
на
экране
при
регулироваться
различные
измеряемые
его движе­
пользовате­
переменные
цоказывать с различной временной разверткой.
Для того чтобы иметь возможность показывать на
экране одни и те же части колебаний каждый раз с по­
мощью
развертки
луча,
пересекающего
экран ,
исполь­
зуется триггер (электронное ком м утирующее устройст­
во). Он обеспечивает подачу импульса для запуска гене­
ратора развертки точно в момент, когда входной сигнал
достигает определенного напряжения . Этот элемент цепи
настраивается пользователем так, что может быть , вы­
брана точка во временном диапазоне, когда именно на­
чинается развертка.
Для преобразования входного напряжения, соответ­
ствующего
измеренному
значению,
до
значения
напря­
жения, требуемого для пластин вертикального отклоне­
ния, обычно прнменяются усилители, известные как уси­
лители вертцкаЛbl-LOго отклонения луча У ВО '(см . рис.
Используются две ступени усиления. На первой сту­
пени усилитель, более известный как предусилитель вер­
3.3).
тикальной развертки, преобразует форму колебаний вход­
ного сигнала в стандартный сигнал. Для возможности
исследования входного сигнала с различной амплитудой
коэффициент усиления предусилителя вертикальной раз­
вертки должен иметь регулировку, которая при необхо­
димости настраивается пользователем, хотя сам 110 себе
коэффициент усиления усилителя имеет фиксированное
значение для каждого конкретного случая.
Осциллограф, как правило, имеет значительно боль­
ше блоков н узлов, чем это было представлено на базо­
вой схеме, и соответственно обладает большими возмож­
ностями. Усложненная структурная схема осциллографа
приведена на рис. 3.4. Базовая модель имела ' воз~ож-
42
IlOстьвЫСвечивать на · экране формы колебаний посто­
янного тока. Дополнениями в этой схеме являются кон­
денсатор и 'переключатель на· входе У, которые позволя­
ют пользователю
выбирать
колебания
на
постоянном
.
и переменном токе.
При больших измеряемых напряжениях постоянного
тока
или
напряжениях
переменного
тока
со
значитель­
ной составляющей постоянного тока, которые необходи8коО У
~
ЛУВ
У80
/l3
Смещение У
~
ВНТ 64---<>----1
:; 0 > - - - - - - - - 0
УГО
ГР
ВНШ
ЛС
8)'00%
:..--
o~----
СнещеНl1еК
4
4
Рис. 3.4, Усложненная структурная схема базовой модели осциллографа:
ЛЗ - лииии задержки; АЭ/( - автоматически!! 9лектронный коммутатор; лс­
переключаТeJlЬ сннхронизации (АВТ - автоматическая синхронизация, внт_
внутреиняя,
ВНШ - внешияя); 1- переклю ч атель рода изм еряемых величии
('" и - - пере!dенный и постоянны!! ток); 2 - включеиие/отключеиие входа
регулировка уровня з апуска; 5 _ пе­
реключение полярности сигнала; 6 - регулировка скорости; остальные обозна .
чения те же, что и на рис. 3.2
Х; 3 -вход ви ешне!! синхронизации; 4 -
мо представить на экране, должна быть предусмотрена
регулировка
пользователем
напряжения
вертикального
отклонения. Это соответствует управлению смещением
по оси У (или просто смещением У), которое обеспечи­
вает при нулевом напряжении, подаваемом на пластины
по оси У, например задание горизонтальной линии по
центру экрана. Аналогичное управление, регулирующее
напряжение
отклонения
луча
по
горизонтали,
известно
как смещение Х. Это смещение позволяет полностью пе-
43
ремещать влево или вправо по экрану временной YtIacТОК с исследуемым колебанием.
"
довольно часто пользователю требуетсязаПУСl{ать
развертку
осциллографа
не
от
исследуемого
сигнала,
а от внешнего источника. Таким образом, форму , во.пны
исследуемого сигнала можно наблюдать в сравнении
с внешним запускающим сигналом. Эту функцию обес­
печивает селектор запуска.
,
Момент, в который осуществляется запуск генератора
развертки, регулируется с помощью настройки уровня'
запуска. А с помощью цепи АВТ производится автома­
тический запуск генератора развертки без необходимо­
сти подгонки уровня запуска . Запуск может произво­
диться при выбранном положительном или отрицатель­
ном
направлении
изменения
сигнала,
в
зависимости
от
положения выключателя б.
Один из внешних входов (вход Х) обеспечивает от­
ключение
генератора
развертки
и
управление
горизон­
тальным отклонением с помощью внешнего напряжения.
В данном случае рассматривается осциллограф, хо­
тя и работающий в реальном времени, но не нашедший
широкого распространения. На практике чаще при меня­
ются осциллографы с двойной записью, в которых два
луча , обеспечивают визуальное отображение двух раз­
личных видов волн. В осциллографах с двойной записью
электронный луч быстро переключается с регистрации
волны одной формы на регистрацию волны другой фор­
мы так, что глаз наблюдателя практически видит два
отображения различных волн. Существуют также осцил­
лографы, записывающие четыре и более сигналов. :ко­
нечно, разделение одного электронного луча
между дву­
мя, четырьмя или более записями означает, что при этом
все
меньшее
и
меньшее
время
затрачивается
лучом
на '
отображение любой отдельной волны, и поэтому изобра­
жения получаются на экране менее контрастными. Для
решения этой проблемы некоторые осциллографысиаб­
жены
раздельными
электронными
пушками
и
называ-!
ются двухлучевыми осциллографами.
Рассматриваемые нами осциллографы, работающие
в реальном времени, имеют также и ряд других особен­
ностей (рис. 3.5). :к этим особенностям относятся, на­
пример, использование раздельных генераторов разверт­
ки '(по одному на каждый канал), возможность задержю~
генераторов
развертки
и
задержки
44
ввода
исследуе-
J
.,
,
мыхколе6~НИй (для нейтрализации задержек цепей o(:~
циллографа, препятствующих возможностям изучения
изменений быстро изменяющихся сигналов) и др.
Некоторые осциллографы, работающие в реальном
времени, могут быть использованы только для отобра­
жениябыстро riОВroряющихся сигналов. Также сущест~
вуют осциллографы, работающие не в реальном време­
ни, которые позволяют наблюдать неповторяющиеся,
>
1
1
т. е. однократные, события, не отображаемые осцилло­
графами, работающими в реальном времени. Примером
r
1
)
i
1
Рис.
3.5. . ОсциллограФ ' с рабочей частотой
350 МГц Phi1ips РМ 3295 (Руе Unicam)
до
такого однократного события является сигнал запроса
прерывания микропроцессора. Он может появиться лишь
однажды, и его длительность составляет несколько мик­
-.
росекунд. Для отображения сигнала такого рода исполь­
зуется запоминающий осциллограф, в котором видимый
след на экране представляет один временной интервал
полного сигнала, запоминаемый внутри осциллографа;
Существуют два основных типа запоминающих ос­
циллографов:
1) осциллографы со специальной электронно-лучевой
трубкой (ЭЛТ) , которая задерживае1.' (<<запоминает»)
изображение на экране некоторое время после прохож­
дения электронного луча (см. рис. П.З.1 вприложении);
2) осциллографы, преобразующие сигнал в цифровую
45
форму и запоминающие его в памяти для последующего
вызова и индикации на экране.
Осциллографы с запоминающей ЭЛТ дешевле цифро­
вых осциллографов, хотя последние обладают более ши­
рокими возможностями. Изображение, запомненное на
ЭЛТ, не может быть перемещено или изменено. В то же
время в цифровом осциллографе запомненная развертка
передвигается,
увеличивается,
уменьшается,
стирается
и вновь воспроизводится пользователем даже значитель-
Многократная
с eaIlHUIIHOil
разt!ерткоii
Рис .
3.6.
С "{}оЙной.
разВерткой
ДдухлучеlJые
разlJертка,
за8еРЖ/(Q разtJеprr1/(I.l,
На 9ЛТ
Ц//{рро66lе
заiJержка
Входного сигнала
СемеЙС1ВО основных типов применяемых осциллографов
но позже рассматриваемого события. Большинство за­
поминающих осциллографов можно переключать с ре­
жима работы в реальдом времени (т. е. без запомина­
ния) на работу с запоминанием процесса (т. е. не
в реальном времени), поэтому не требуется иметь ' два
отдельных
осциллографа,
чтобы
получить
все Э.ти
функции.
Квантование входного сигнала, используемое в запо­
минающих цифровых осциллографах, осуществляется
также в стробоскопических осцuллографах.
Эти приборы, однако, не запоминают все дискреты
рассматриваемых колебаний. Они просто удерживаю'Г
каждую дискрету на один
период
квантования,
а затем
З'!.меняют ее следующей дискретоН. Т~кая технология
позволяет получить очень бо{!ьшую полосу частот {свы-
46
шеJОГГц) и применяется главным образом в специали­
зированном оборудовании . На рис. 3.6 приведено семей­
ство различных типов осциллографов.
3.3.
Техннчес:кне характернс:тнкн
Теперь сосредоточим наше внимание на тех аспектах
осциллографов, которые определяют, что один прибор ху­
же или лучше, чем другой. Другими словами, по каким
показзтелям следует выбирать осциллограф?
Во-первых, анализируется его ширина полосы частот.
Подобно любой электронной цепи осциллограф пропус­
кает только ограниченный диапазон
частотных
состав­
ляющих. Составляющие вне допустимого диапазона час­
тот существенно уменьшаются по амплитуде. Обычно
ширина полосы ' частот цепи
]
определяется " диапазоном
частот, пропускаемых данной цепью, свыше которого
усиление мощности падает в определенной пропорции
:(обычно наполовину) от максимального значения.
Это означает, что во всех цепях выходной сигнал
включает в себя частотные составляющие неискаженной
мощиости
в
пределах
ширины
полосы
и
составляющие
с пониженной
мощностью вне полосы
пропускания.
В случае осциллографа выходом является отображае­
мый сигнал, который фиксируется по амплитуде, а не по
мощности. Половинная мощность соответствует умень-
шению амплитуды составляющей на Vз, т. е. амплитуда
"
е
а
и
будет равна приблизительно 0,7 амплитуды составляю­
щей в середине полосы частот. Поэтому пользователь
все же сможет наблюдать частотные составляющие, на­
ходящиеся вне полосы частот осциллографа, но они будут с уменьшенной амплитудой.
'
Очевидно, чем больше ширина полосы частот осцил­
лографа, тем он ' лучше. Для осциллографов общего при­
менения полоса частот обычно составляет 10-20 МГщ
для работ с· более высокими частотами применяются
приборы с полосой частот до 250 МГц. Специализиро­
ванные осциллографы имеют полосу частот до 1 ГГц, но
такие при боры очень дороги.
,,1
Другим важным фактором, связанным с поло.сой час­
Я
тот, является диапазон коэффициентов усиления верти­
кального усилителя . Чем больше усиление, тем меньшие
колебания могут быть отображены на экране. Изображе­
1-
ние на экране осциллографа разделяется координатной
оТ
М
47
сеткой с делениями 10X8 см. Коэффициент усиления
обозначается ' в вольтах на деление или в вольтах на . сан­
тиметр, так что k yc = 10 В/см означает, что на полной
высоте экрана умещается 80 В. Обычно коэффициент
усиления изменяется в пределах от 10 мВ/дел. до 5 В/дел.
Чем больше этот диалазон, тем лучше осциллограф. Для
высококачественных
приборов диапазон
усиления расширен от
.
1 мВ/дел.
Рассуждения, касающиеся
до
50
коэффициента
В/дел.
ширины
полосы
частот,
относились к цепям вертикального усиления (по оси У).
Однако это мало что дает, если иметь широкую полосу
частот в канале У и не иметь ее в канале Х. Ширина по­
лосы частот в канале Х соответствует допустимому диа­
пазону установок цепи управления генератора развертки
осциллографа. Наибольшее распространение нашли ге­
нераторы развертки,работающие в диапазоне от
примерно
ность
10
мкс. Данное
развертки
луча
время
слева
показывает
направо
по
2
с до
длитель­
экрану
элек­
тронно-лучевой трубки. Это время обычно обозначается
в расчете на одно деление, т. е. от
0,2 с/дел. до 1 мкс/дел.
Но для осциллографов с большей шириной полосы час­
тот по оси У общие интервалы времени развертки долж­
ны снижаться до
10
нс (т. е.
1 нс/дел.)
для полосы час­
тот по оси У около 250 МГц или менее для специализи­
рованных осциллографов.
3.4. Принадлежности осциллоrрафа
Стандартное входное сопротивление усилителей вер­
тикального отклонения луча составляет
1
МОм. Можно
было бы подумать, что такое большое сопротивление
обеспечивает возможность выполнения измерений боль­
шинства величин без нагружения исследуемой цепи ос­
циллографом любым ощутимым образом. Это отрази­
лось бы и на точности измерений. Однако даже при
столь высоком сопротивлении возникает необходимость
использования экранированного входного кабеля, соеди­
няющего осциллограф с измеряемой цепью, для того что­
бы предотвратить возникновение чрезмерного фона пе­
ременного тока. Обычно емкость экранированного кабе­
ля
составляет
50-100 пФ/м '(стандартная длина
кабельного ввода
емкостью, равной
1 м). Вместе
15-50 пФ (в
с собственной входной
зависимости от способа
изготовления и модели), общая входная емкость будет
48
;
(i)КОЛО 100~150 пФ. При входнои емкости такого поряд­
ка 'реактивное сопротивление на частоте 10 МГц COC'Nlвит около 140 ' Ом, т; -е. может возникнуть существенное
нагружение высокочастотных измеряемых величин, вли­
яющее на точность измерения.
Традиционным решением этой проблемы является ис­
пользование стандартной принадлежности - пассивного
делительного щупа. Такие щупы имеют встроенные атте­
нюаторы,
которые
повышают
активное
сопротивление,
iIрисоединяемое к исследуемой
цепи, одновременно
~меньшая емкость. Типичный щуп с аттенюатором обес­
печивает соотношение 1О : 1 и имеет активное сопротив­
ление, в
10
раз большее, чем сопротивление вертикаль­
ного входа осциллографа, т. е. 10 МОм , и 1/10 от вход­
Ной емкости, т. е. около 10-15 пФ, эффективно снижая
нагрузку. Ослабление, вызванное пассивным 10-кратным
щупом, может быть скомпенсировано простымувеличе­
нием коэффициента усиления вертикального усилителя
на то же самое значение.
В дополнение к обычному 10-кратному щупу сущест­
вуют пассивные щупы со 100- и даже 1000 - кратным
ослаблением. Однако такие делители целесообразно при­
менять лишь в случаях, когда необходимо измерять от­
носительно большие величины, поскольку вертикальный
усилитель осциллографа может не обладатьдостаточ­
ным коэффициентом усиления, чтобы противостоять вы­
сокой аттенюации.
Альтернативой являются активные щупы, использую­
щие усилитель на полевом транзисторе, кОторый имеет
большое сопротивление и малую емкость для измеряе­
мой цепи при единичном коэффициенте усиления (т. е.
без ослабления сигнала) или даже при некотором уси­
лении. Активные щупы дороже своих пассивных анало­
г()в и, кроме того, требуют наличия источников питания
Jобычно это неболыuой аккумулятор) для встроенного
усилителя на полевом транзисторе.
Осциллограф является прибором для измерения на·
пряжения, но это не исключает возможностей его при­
менения
для
измерения
других
электрических
парамет­
ров, таких, как ток и др. Обычным способом измерения
значения тока является измерен:ие напряжения на резис­
торе с известным номиналом при прохождении через не-
1
r
го неизвестного тока . Отображаемое на экране напряжение в точности соответствует току. Более предпочтитель-
4-244
49
ным
является
применение
токового
щупа,
в
, котором
используется встроенный трансформатор для п<?лучения
эквивалентного
напряжения,
представляемого затем
на
экране осциллографа. Однако такой щуп имеет ограни·
ченные
возможности
для
воспроизведения
низкочастот,
ных составляющих. От этого недостатка свободны актив"
1(ые токовые щупы, использующие принцип эффекта Хол­
ла и позволяющие измерять осциллографом
менный, так и постоянный ток.
как пере·
3.5. Точность прнборов
Существуют
три
главных
источника
погрешностей
при применении осциллографа в I,{ачестве измерительно·
го прибора. Первым источником ошибок являются щупы
осцилло г рафа. Несмотря на то, что щупы снижают на·
гружение исследуемых цепей
нагружение
все-таки
до
происходит,
~ребуемых
и
поэтому
значений,
измерения
напряжения будут не настолько точными, как это счита·
ет пользователь. Что касается пассивных щупов, то
встроенный в них компенсирующий конденсатор должен
быть так отрегулирован, чтобы свести к минимуму иска­
жения формы колебаний и ошибки по амплитуде . . Как
правило, эту регулировку следует производить в каждом
отдельном с,лучае использования осциллографа. Метод
контроля при этом относительно прост. Наиболее удоб­
ным способом является наблюдение прямоугольных им·
пульсов ,частотой 1 кГц и регулировка емкости до тех
пор, пока на экране не будет получено изображение точ­
ной прямоугольной формы. На рис . 3.7, а приведены ко­
лебания прямоугольной формы в случае применения
точно скомпенсированного щупа. На рис. 3.7, б рассмот­
рен случай недокомпенсации щупа, а на рис. 3.1О, в вариант его перекомпенсации . Многие осцил лографы
имеют на передней панели гнездо с напряжением прямо­
угольной формы, специально предназначенное для ком­
пенсации пассивных щупов.
Вторым главным источником ошибок являются внут­
ренние цепи осциллографа. Ошибки могут возникать IIЗ­
за неточной регулировки коэффициентов усиления уси­
лителей вертикального отклонения или из-за неправиль­
настройки временных интервалов в генераторах
ной
развертки. При установка органа управления усилитеJJЯ
вертикального отклонения в положение «Калибровка»,
50
например, при подаче входного напряжения
быть
получено
изображение,
кальному смещению на экране
установке
органа
1
В должно
соответствующее
1
верти­
В. По аналогии при
управления ., генератором
развертки
в положение « Калибровка» подача входного импул ьса,
например, длительностью 1 с должна вызвать на экра­
не изображение сигнала, соответствующего этому гори­
зонтальномi смещению.
Такое же выходное напряжение прямоугольной фор­
мы, используемое для
компенсации щупов, часто приме­
няется для проверки и регулировки ошибок усилителя
вертикального отклонения и генератора развертки.
· ~a)
Рис.
3.7.
Представление коле­
LГLГt5)
бательного
процесса
прямо­
угольной формы на экране осциллографа
Наконец,
третьим
~.)
источником
ошибок
являются
ошибки самого пользователя. Наиболее частой ошибкой
является параллакс. В большинстве осциллографов ко­
ординатная сетка на экране находится на различном рас­
стоянии от слоя фосфора, на котором
происходит
раз­
вертка с помощью электронного луча. Таким образом,
если пользователь наблюдает за экраном из любого дру­
гого положения, кроме перпендикулярного !{ изображе­
НИЮ,то возникают ошибки параллакса при считывании
информации. В ряде осциллографов сетка нанесена на
внутренней стороне экрана, фактически в той же плос­
кости, что и слой фосфора. Благодаря этому ошибки па­
раллакса сводятся к минимуму.
Нелинейные искажения могут возникать на краях эк­
ранов
эJiектронно-лучевых
трубок,
поэтому
наиболее
ответственные измерения по возможности следует произ­
водить
в
центре экрана, скажем
в
прямоугольнике раз­
мером 6Х4 делений, являющемся частью полной коор­
динатной сетки (10Х8 деJIениЙ).
Яркость луча необходимо выбирать наименьшей, по-
51
скольку слабый луч обеспечивает более узкую ' разверт­
ку и наблюдателю легче правильно Qпределить точныii
центр луча. Для этой цели необходимо при измерениях
регулярно следить за фокусировкой луча.
3.6. Новые разработки
Наиболее важными разработками в технологии про­
изводства осциллографов являются реализации соеди­
ненийаппаратуры через интерфейсные шины, управляе­
мые микропроцессором. Данный принцип рассматрива­
ется в другой главе, но упомянуть о нем стоит уже
сейчас.
Рис.
3.8. Портативный осцнллограф Thandar (Thandar Elec.
tronics)
Конструкции осциллографов, выпускаемых в послед­
ние годы, имеют модульный принцип.
Осциллографы состоят из нескольких блоков с разъ­
емами, которые пользователь
со своими
обладают
а
выбирает в соответствии
требованиями. Такие осциллографы обычно
чрезвычайно высокими
характеристиками,
модульная
структура
позволяет
удерживать
их
стои­
мость на приемлемом (низком) уровне, поскольку поль­
зователь приобретает только необходимые для данного
конкретного исследования блоки. Остальные , блоки мож­
но купить позднее, по мере необходимости. Единствен­
нымприбором, пригодным ранее для индикации (пред.
52
~тавления I;fзображения) ' в · осциллографе, была элек~
тронно·лучевая . трубка. В настоящее время все шире
внедряются ' для этой цели дисплеи на жидких кристал­
пах (LCD). Несмотря на свою ограниченную реан:цию,
которая обусловливает их приме~ение только в низко­
частотных
осциллографах, дисплеи обладают малым
потреблением мощности, что весьма существенно. В по­
следнее
время
стало
возможным
производство
по-на­
стоящему портативных (с питанием от батареек) осцил­
JIографов на жидких кристаллах (рис. 3.8).
Гла8а
4
ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ
Источники сигналов обычно разделяются на две ка­
тегории: звуковЬЙ . частоты и радиочастотные. Источники,
производящие сигналы звуковой частоты, на щiактике
называют низкочастотными ' генераторами,
а
источники,
которые обеспечивают сигналы радиочастоты - генера­
торами сигналов. Однако большой логики в этих назва­
ниях нет.
Рис.
4.1. ПрограММИРУЕ:МЫЙ частотный синтезатор-генератор
ций
Philips
РМ
5193
(Руе
Короче говоря, источники сигналов (рис.
используются
для
получения
функ­
Unicam)
сигналов,
4.1)
обычно
подаваемых
в различные цепи для того, чтобы проверить их 'харак­
теристики
на
стадиях
проектирования,
производства
и эксплуатации. Из , ЭТОГО следует,ЧТО источники сигна­
лов, применяе.мые для испытаний какой-то определенной
цепи, должны быть требуемого типа, например звуко-
53
вой усилитель нельзя
радиочастоты .
испытывать с помощью
"
Однако следует отметить,
источников
сигнала
'
сигналов
гораздо
по
области
шире,
чем
применения
только
испыта·
ния цепей сигналами радио- и звуковой частоты. Серво.
системы, например, требуют наличия источника сигна­
лов, варьируемых от долей герца до нескольких гepц~
Такие частоты гораздо ниже частот звукового диапазо­
на. Для испытания ультразвуковой аппаратуры применsr­
ются источники с частотой 30 кГц, что, очевидно, выше
звукового
диапазона,
Микроволновые
но
цепи,
ниже
диапазона
радиочастот.
работающие на частотах
выше
ГГц, едва ли оправдывают название радиочастотных
10
цепей (т. е. их частоты выше средних частот радиопе­
редач) .
Необходимо отметить, что рассмотренные выше при­
менения
источников
сигналов
в
основном
являются
ана­
логовыми по своей природе, однако возрастающая ПQ­
требность в испытаниях цифровых цепей вызывает не­
обходимость в источниках цифровых сигналов.
Генераторы логической последовательности или «ге­
нераторы слов» являются источниками цифровых сигна·
лов
и
генерируют
последовательные
или
параллельные
коды с выбранной скоростью. Имеются также цифровые
генераторы
сигналов,
оснащенные
дисплеями
на
элек­
тронно-лучевых трубках.
Итак, хотя мы и отметили разнообразные возможно­
сти
применения
объяснений
источников
сигналов,
целесообразно
все-таки
но
для
простоты
вернуться к двум
традиционным категориям.
4.1.
Хотя
Низкочастотные генераторы
в испытательных приборах этой группы име­
ются существенные различия, большинство генераторов
низкой частоты способны выдавать сигналы в частотном
диапазоне от 1 Гц до 1 МГц. Большинство приборов
данной категории, обеспечивая этот общий частотный
диапазон, имеют несколько
переключаемых поддиапазо­
нов для необходимой регулировки в пределах каждого
небольшого диапазона с помощью потенциометра или
подобного
подстроечного
устройства. В этом
случае
точность, стабильность частоты сигналам его амплиту-
54
о
~:
Вь/хо!}
f.j
с
Рис.
4.2.
Структурная схема, ха­
той
.. -
усилитеJlЬ;
связи .
ОС
12)
-
рактеризующая принцип работы
генератора
колебаний с часто-
fo:
- схема
сеJlективная
ПО
обратной
частоте
Рис. 4.3. Ра3JIичные типы частот­
но-зависимых
обратных
связей,
используемых
в
генератор ах
ко-
лебаний
ды зависят, главным образом, от способа генерирования
сигнала и его деления.
В качестве низкочастотных генераторов при испыта­
ниях
аппаратуры традиционно используются генераторы
гармонических колебаний, которые производят выход­
ные сигналы синусоидальной формы. Говоря в терми­
нах электроники, генератор гармонических колебаний
является усилителем, на вход которого поступает сигнал
с его выхода. Однако только часть
подается
на
вход,
оставшаяся
выходного
часть
сигнала
сигнала
с
выхода
передается в исследуемую аппаратуру.
На рис. 4.2 показан основной принцип работы гене­
ратора колебаний. Чтобы генератор функционировал,
должны выполняться два условия. Во-первых, на неIЮ­
торой частоте fo общий сдвиг фазы, вызванный усилите­
лем и схемой обратной связи, должен быть равен нулю.
Во-вторых, на частоте
fo
коэффициент усиления усили­
теля должен быть достаточным для компенсации потерь,
вызванных подключением цепи обратной связи.
55
Практически все генераторы гармонических колеба­
ний отвечают этим требованиям. Однако на частотах,
ОТJЩЧНЫХ от [о, один из двух приведенных крцтериев не
выполняется и генерирование
Другими
словами,
не
генератор
может осуществляться.
обеспечивает
требуемые
колебания . лишь на отдельной частоте [о. В цепи обрат­
ной
.связи используется цепь резистор - конденсатор
:(RC), у которой сдвиг фазы и ослабление сигнала зави­
сят от частоты. В нцзкочастотных генераторах гармони­
ческихколебаний применяются три основных вида
RC-
цепей: мост Вина,
цепь
фазосмещения и Т -образный
мост, приведенные соответственно на рис. 4.3, а-в. Наи­
более распространенным является мостовой генератор
Вина. Благодаря использованию комплекта потенцио­
метров в качестве сопротивлений в цепи обратной связи.
частота
пазоне,
генератора
а
за
счет
настраивается
подключения
к
в
ограниченномдиа­
цепи
различных
кон­
денсаторов получаются различные частотные диапазоны,
Типовой уровень искажений генераторов гармоничес­
ких колебаний 'не более 0,1 %, но имеются специализи­
рованные приборы с уровнем искажения 0,001 %.
4.1.1. Генераторы функций
В современных разработках в качестве генераторов
низкой частоты широко используются релаксационные
генераторы. В таких генераторах одно или более напря­
жений или токов изменяются скачком в течение каждо­
го цикла колебаний. Существует множество схемных ре­
шений генераторов, но наиБОЛЕ!е общими примерами яв~
ляются моностабильный
мультивибратор и генератор
. на однопереходном транзисторе. Наибольшее же рас­
пространение
в
качестве
низкочастотного
генератора
получил так называемый генератор функций, структурнаясхема которого представлена на рис. 4.4.
.
Главным элементом генератора функций является
генератор, управляемый напряжением и генерирующий
сигналы прямоугольной формы требуемой частоты. ' Из
этих
прямоугольных
импульсов
С
помощью
интегратора
получают колебания треугольной формы, а с помощью
других цепей - синусоидальные колебания. Цепи . фор­
мирования синусоидальных
колебаний
могут
только
приближенно обеспечивать истинную форму синусоиды,
и уровень искажений в этом случае составляет обычно
56
около 1,5%. Некоторые высококачественные генерато­
ры функций также формируют пилообразные колеба­
Ния и импульсные сигналы.
На
практике генератор прямоугольных колебаний
и интегратор не являются полностью отдельными бло­
ками,
поскольку
между
ними
существует
тесная
взаи­
мосвязь. Например, значение емкости конденсатора ин­
тегратора также определяет базовый частотный диапа­
зонгенератора прямоугольных колебаний, поэтому при
8ыхо8ы
бход
'----<JI\!V\ а)
и
ВПН
ФеН
Рис .
а
-
4.4.
f\./V
5)
Структурная схема генератора функций и различные формы напряжений, обеспечиваемые на его выходе:
треугольная;
6-
синусоидальная ;
с игнал управляющего напряжения; ВПН
в
-
прямоугольная;
Вход
-
в х одной
- управл я емы!! внбратор прямоуголь­
ного напря жени я ; И - интегратор; ФеН - формнрователь сннусоидального нзпряжения
включении
или
отключении
различных
конденсаторов
в рассматриваемой цепи генератор функций обеспечива­
ет различные частотные диапазоны. Обычно частотный
диапазон генераторов функций находится в пределах
от 0,01 Гц до 2 МГц.
Точная настройка частоты сигнала генератора функ­
ций ' про изводится за счет изменения напр~жения на уп­
равляющем входе генератора
прямоугольных колеба­
ний . Поскольку частота зависит от управляющего на­
пряжения,
достаточно
простым
решением
является
встраивание второго генератора колебаний в генератор
функций, который используется для развертки частоты
в пределах выбранного диапазона. В высококачественном
генераторе функций (рис. 4.5) второй генератор имеет
регулируемые частоту
и ампли~уду, что позволяет поль-
57
зователю управлять диапазоном и скоростью развертки.
Однако генераторы среднего
качества
рой генератор только с фиксированной
вертки.
Более
дешевые
используют вто­
скоростью раз­
функциональные
генераторы
имеют только входную клемму развертки, позволяющую
пользователю
присоединить
внешний
низкочастотный
генератор.
PtlIL\P5
':-I~.j..I'j).t
_
.' ;~~ r~.i~.~"~ ~:,:
о,
Рис.
4.5.
Эталонный генератор для цветного телевидения РМ
Philips (Руе Unicam)
5515
4.1.2. Цифровые низкочастотные генераторы
В генераторах колебаний данного типа аналоговый
колебательный выходной сигнал синтезируется из за­
ПО~'lНенной цифровой информации. Эта информация, со­
ответствующая необходимому аналоговому сигналу, за­
поминается в ROMl и считывается по шагам, а затем пре­
образуется в аналоговую форму с помощью ЦАП (рис.
4.6). Сигнал любой формы, будь то прямоугольная или
треугольная волна, хранится в ПЗУ и считывается по
мере необходимости. Цифровая информация
первона­
чально запоминается в ПЗУ после квантования сигна­
лов каждой требуемой формы и последующего аналого­
цифрового преобразования каждой дискреты.
Выбор формы колебаний
'(прямоугольной или тре!
ROM -
постояниое запоминающее устройство
'(ПЗУ) -~aCTЬ
общей памяти компьютера с постоянным хранением определенной час­
ти информации. - Прuм. пер.
58
угольной), которую следует выводить с' цифрового син­
тезирующего
генератора,
вании данных из ПЗУ,
форме
колебаний.
заключается в
простом
соответствующих
Микропроцессор
считы­
определенной
опрашивает
часть
ПЗУ, содержащую выбранную форму колебаний, и одна
из ячеек в памяти считывается · в каждый момент после­
довательно с тактовой , частотой. Следовательно, часто­
та сигнала определяет.ся частотой тактовых импульсов.
Например, если, скажем, запомнено 100 СЛ9В, данных
для каждого цикла колебаний, то частота сигнала рав­
на тактовой частоте, деленной на 100.
ЦАП
Рис.
BbIxoiJ
4.6. Структурная схема цифрового синтезирования форм коле­
баний с использованием образцовых запомненных колебаний:.
т ~ тактовый rеиератор; МП -
микропроцессор
Рассмотренный метод генерирования сигналов обла­
дает рядом преимуществ.
Во-первых, частота генерато­
ра ,актовых ИМПУЛЬСОВ может быть сделана KpaTHo!i
част()те эталонного кварцевого генератора, чтобы сигнал
с выхода генератора имел фиксированную частоту; по­
лученную с точностью
тактового
генератора
±O,OOOS
можно
%.
Во-вторых, частотой
управлять
пряжения, обеспечивая тем самым
с' помощью
на­
широкие ' возможно:
сти (j(качания» частоты при сравнительно небольших до­
полнительных затратах. В-третьих, благодаря
зованиюцифровой . техники
генерирования
исполь­
удается
получить высокую стабильность амплитуды . сигнала.
Недостатком данного метода является наличие ikкажений порядка 1 %, связанных главным образом
с квантованием сигнала в процессе аналого-цифрового
и.' цифро-аналогового
преОбразован~Й. · · Умеljьшение ис..-
кажений обеспечивается двумя способам~; за счет y~e.­
личения числа
шагов
квантования
и
использования низ­
кочастотных фильтров в выходных цепях. ВысококачеСТt
59
венные
синтезирующие
обычно имеют уровень
низкочастотные
искажений
менее
генераторы
0,1, % Jри,С~
4.7).
Рис.
4.7.
Генератор развертки
Rohde & Schwarz SWP при совмест­
ZAS (Centrum)
ном использовании со скалярным анализатором сети
4.1.
Генераторы сигналов
Базовые низкочастотные генераторы (LC-генерато­
ры)
выполняются на основе
простых
колебательных
контуров. Среди LC-генераторDВ нашли наиболее широ­
кое применение два типа генераторов: Хартли и Колпит­
ца, приведенных на рис.
переменных
подстроечных
4.8.
Благодаря использованию
конденсаторов
в
этих
схемах
обеспечивается регулировка диапазона только в отно­
шении 3: 1, а для большего диапазона необходимо под­
ключение других
LC-KOHTYPOB.
ХОТ,я искажения гармо­
ник геfiерируемых синусоидальных колебаний для дан­
ного вида генераторов незначительны, стабильность их
частоты не особенно высока.
Применение ваРlJкапов, полупроводниковых пр ибо­
ров, собственная емкость которых изменяется в зависи­
мости
от
значения
приложенного
напряжения,
вместо
подстроечных конденсаторов в колебательных контурах
генераторов означает, что частота колебаний может ре-
60
Рис. 4,8. Две цепи генераторов
колебаний" ~ формирующие ос­
нову наиболее общих генераторов сигналов:
а
-, генератора/Хартли;
6-
генера.
тора I(олпитца
гулироваться
«электрон­
но» (с помощью электрон­
ных устройств). Это
не
особенно важно для гене­
раторов
ми
с
о
колебательны­
контурами,
но
имеет
большое значение для бо­
лее сложных
сигналов (рис.
генераторов
4.9).
В некоторых случаях
LC-генераторbl не могут
обеспечить
требуемый
диапазон частоты и поль­
зователю
приходится
ис­
пользовать более дорогой
ген.ератор
с настроен.н.ым
(кварцевым) резон.атором. Строго говоря, кварцевый ре­
зонатор является единственным устройством, способным
генерировать сигналы микроволновой частоты (СВЧ) ..
Однако схема, применяемая для генерирования сигналов
радиочастотного диапазона в генераторах с настроенным
резонатором, а именно
Рис,
LC-KOHTYP с переменной емко-
4.9. Генератор синтезированных сигналов Racal
Dana 9087 Щасаl Group Services)
61
стью, вполне пригодна для большинства радио- и телеви·
зионных приборов. Прибор способен генерировать сигна~
лы частотой от
венном
10
кГц до
1000 МГц
и выше в
единст~
диапазоне.
4.2.1. Гетеродинные генераторы колебаний
Узкий диапазон настройки является очевидным не·
достатком всех вышерассмотренных генераторов. Устра.
нить
этот
недостаток
генераторов,
можно
структурная
с
помощью
схема
гетеродинных
которых
приведена
на
рис. 4.10. Выход генератора стабильной постоянной час.
тоты объединяется с J:lЫХОДОМ генератора переменной
частоты в
ГПоЧ
смесителе.
J!.-.
См
-
Выходная
частота
генераторов
08
· Вых
Рис.
;{z-1";,
4.10.
Структурная
гетеродинных
схема
генераторов
ко.
лебаний:
ГПеЧ
1"2
сигналов
ГПоЧ - генератор
постоянно!!
ча.
стоты; ГПеЧ - генератор перемеи­
ной частоты; См - смеснтель
о·
равна
12-11,
tl
разности
где
11 -
постоянная,
а f2 - переменная частота генераторов колебаний . Та;
ким образом, если, например,
=200 МГц, af2 изменя·
ется в диапазоне от 200,1 до 300 МГц (что можно реа·
лизовать с помощью rerrepaTopoB Колпитца или Харт.
ли), то частотный
составляет от
0,1
диапазон
до
100
сравнению с диапазоном
гетеродинного
МГц, что
настройки
генератора
гораздо
3: 1,
лучше по
отмеченным
выше .
Однако
гетеродинные
генераторы
обычно
имеют
худшую стабильность частоты, чем генераторы перемен­
ной частоты. Кроме того, они генерируют шум и ложные
сигналы.
4.2.2. Генераторы с фазовой синхронизацией
Наиболее распространенным методом генерирования
радиочастотных колебаний в современных генераторах
сигналов является метод синхронизации по фазе, назы­
ваемый также методо?>! синтезатора
<62
(рис .
4.11).
В генераторе данного
типа
используются
фиксиро­
ванная частота и высокостабильный эталонный генера­
тор (обычно кварцевый).
Цепь фазового детектора
обеспечивает сравнение фазы этого эталонного колеба­
ния с фазой сигнала генератора, управляемого напря­
жением
(ранее рассмотренного «вари.капного типа»),
после
первоначального
прохождения
сигнала
через
пе­
ременный делитель. Напряжение управления на генератор поступает с фазового детектора.
.
Если сигнал эталонного генератора постоянной час­
тоты различается по фазе с сигналом выхода генерато­
ра,
прошедшим
через делитель, то управляющее напря-
Выход
Рис.
4.11.
Структурная схема генератора, работающего
по
методу
синтезатора:
ЭГ
- эталонный генератор постояННой частоты; ФД - фазовый детектор;
- переменный делитель; ГУН - генератор, управляемый напряжением
ПД
жение подстраивает фазу генератора так, чтобы обес­
печить на
его выходе сигнал
стабильной
частоты.
Контур обратной связи, сформированный с использова­
нием принципа подстройки фазы, стабилизирует
ту генератора
на
значении,
равном
частоте
часто­
эталонного
генератора, умноженной на коэффициент делителя. Та­
ким образом, меняя кратность делителя, можно генери­
ровать выходной сигнал различной частоты. Однако эти
частоты
изменяются
ступенчато, в
зависимости
от
крат­
ности делителя.
Некоторые современные конструкции синтезирующих
генераторов
сигналов
микропроцессоров
что
позволяет
для
предусматривают
управления
настраивать
их
с
ИСFIользование
цепями
очень
делителя,
малым
шагом
'(как правило, разрешающая способность 10 Гц или ме­
нее) и в широком
диапазоне частот
(например, от
100 кГц до 1000 МГц). В некоторых последних KOHCT~
рукциях
таких
генераторов · сигналов
63
применяется мик-
ропроцессор для управлениясинтеэироваl,IНЫ1t{ , ВI;dХОДОМ;
в функциональной форме
y=f(t).
Пользователь 'rl:ЩИХ
синтезаторов сигналов со входом, вычисляе1t{ыM по фор·
муле (рис. 4.12), только набирает требуемую ФункцlЦО ,
в такой форме на клавиатуре передней панели Ц вводит
Сев лрибор для .получения необходимого выходного
сигнала. Лучшие синтезирующие генераторы имеют час~
тотный диапазон от 10 кГц до более 1 ГГц .с наиболь­
шей разрешающей способностью около 1 Гц.
Рис.
4.12.
Синтезатор
полиномннально/i:
формы
колебаниll
Analogic 2020 (Dryden Brown)
4.2.3.
Общие требования к выходным сигналам
Модуляцию генерированного сигнала можно произво­
дить несколькими способами. В низкочастотных генера­
торах колебаний внешний или внутренний свип-генерато.
ры
используются
для
модулирования
частоты
сигнала.
В данном применении так называемое «качание» пред­
ставляет собой лишь иное название частотной модуля­
ции, и фактически название «генераторы
сигналов
ра­
диочастот» наиболее подходит для этих приборов. Как
мы увидим
позднее,
существует
и другое
термина «свип» '(развертка).
Частотная
модуляция
в
наЗН1!.чение
.
большинстве
генераторов
колебаний достигается за счет модуляции уnравляю.ще­
,',
го цапряжения варикапа.
Амплитудная модуляция сигнала
64
" '. ' . '
генератора ,nости-
гается 'ГЛilВНЫМ образом на последней ступени в схеме
генератора с
помощью
отдельной
цепи
модулятора.
В .низкочастотных генераторах амплитудная, модуляция
может быть выполнена с помощью усилителя, регули­
руемого по напряжению. Импульсная и в ряде случаев
фазовая модуляции также определяют возможные тре­
бования к источнику сигнала.
Выходной сигнал источника сигнала не всегда берет­
ся
непосредственно
с
выхода
генератора
или
амплитуд­
ного модулятора. Обычно усилитель используется для
обеспечения
достаточного уровня выходного
сигнала
и защиты генератора от изменений импеданса l нагруз­
ки. Различные
аттенюаторы
обычно
включаются· для
получения сигналов низкого уровня там, где это требу­
ется.
Амплитуда выходного сигнала должна устанавли­
ваться с достаточной точностью, в особенности это отно­
сится к генераторам сигналов, а также к низкочастот­
ным генераторам. Как правило, для этого применяются
автоматические
янно
системы
регулирования
уровня,
посто­
осуществляющие контроль уровня на выходе и со­
ответствующую настройку за счет использования конту­
ра обратной связи. Эти же цепи позволяют также из­
менять
уровень
выхода
сверх
допустимого
диапазона,
что возможно благодаря
применению переключаемых
аттенюаторов, рассмотренных ранее. Обычно ступени
изменения выходного сигнала калибруются так, чтобы
пользователь мог точно выбрать уровень выхода :(рис.
4.13) .
Для измерения уровня выходного сигнала
Рис.
4.13.
Функциональный
генератор
TG 501 (Thandar Electronics)
I Полное сопротивление
5:-244
-
Прuм.. пер.
65
применя-
Thanda.r
ются ~д.aДOГOBыe измерительные приб6ры, однако в слу.
чае синтезирующих генераторов, особенно управляемых
микропроцессором,
вполне
можно
исполь!щвать
для
этой цели цифровой измерительный индикатор.
Двумя другими требованиями, предъявляемыми к вы­
ходным каскадам генераторов сигналов, являются хоро­
шее экранирование каскадов аттенюатора, для того что.
бы ПР,едотвратить проникновение помехи от каких-либо
сигналов ВЫСОкого уровня в приборе, и обеспечение об.
ратной защиты источника, т. е. защиты от воздействия
сигналов, генерируемых в другой аппаратуре, подсоеди~
ненной к генератору сигналов.
Свнп-генераторы
4.2.4.
Довольно широкое распространение среди генерато­
ров сигналов получили генераторы «качающейся» час­
тоты -разновидность генераторов сигналов с частотной
модуляцией, в
которых значение и Диапазон частотной
модуляции регулируются с помощью точно выбранного
генератора
развертки.
применяются
для
Свип-генераторы
измерения
частотных
традиционно
характеристик
цепей. Они обеспечивают ихсигналаМИ,«качающими­
ся» в заданном диапазоне. Выходной сигнал схемы за­
тем отображается на катодно-лучевой трубке осцилло­
графа как ' графическая зависимость амплитуды от час­
тоты
ИЛIJ
в
ряде
свип-генераторов
на
собственном
внутреннем дисплее.
На рис. 4.14 приведеНЫ структурная схема и OCHOB~
ные узлы генератора . развертки. Этот генератор во мно­
гом
аналогичен
генератору,
применяемому
в
осцилло­
графе, однако его конструкция не столь сложна - тре­
буются д:овольно малые вариации скорости, а быстрый
обраТН~IЙ ход луча несуществен . Некоторая управляю­
щая . схема необходима между генератором развертки
и геНератором
колебаний,
регулируемым по напряже­
нию, для подстройки напряжения генератора развертки
таким образом, чтобы обеспечить генерацию в выбран­
ном диапазоне частот. Этот
регулятор
частоты
также
определяет число возможных режимов работы, главны­
ми из которых являются следующие: старт-стопный ре­
жим (или режим «от
'1 К '2»), когда начальная и ко­
неЧНая частоты развертки устанавливаются с · помощью
двух· различных кнопок управления на лицевой панели,
66
го
)
1:
1:
8bJXO!!
ГУН
РЧ
ру
I
I
I
I
I
IL ________ _
Рис
4.14.
Структурная схема генератора развертки:
ру
- развертывающее устройство;, РЧ - регулятор частоты; ГУН - генератор.
управляемый напряжением; ОЧ - частотный маркер; ГО - управление по го­
ризоитальной оси; ВО - управлеиие по вертикальной оси; с
суммирующее
устройство: Выход - выоднойй сигнал н испытываемую цепь; Вход - входиоll
сигнал из испытываемой цепи; ЭЛТ - электронно-лучевая трубка; пунктиром
.....
показаио
)
внутрениее
или
внешнее
устройство
к
генератору
развертки
)
{
Рис.
4.15.
Структурная
схема «пакетирования:,
свип-генераторов:
ру
-
развертывающее
устроll.
ство;
РЧ - регулятор частоты;
ГК1-ГКn - генераторы
колеба­
ний; ДI-Дn-диапазоны частот;
ЭЛ - электронный
переКJlюча­
тель;
РЛ -регулятор пеj)еклю·
чеиия диапазонов; Выход - вы­
ходной
снгнал
с
частотным
апазоном от
1
до
ди-
n
и д~льта-частотный
режим
ХМ-режим),
при котором
частота центра развертки устанавливается одной кноп­
кой управления на лицевой панели, а отклонение-от
9J'ОЙ частоты задается другой кнопкой.
Цепи частотного
маркера
маркеры на индикаторе,
позволяют
индицировать
как правило, через постоянные
Щlтервалы времени, калибруя таким , образом
5*
67
индика·
тор серией точек опорных частот, . обычно
называемых
«птичками». Эти цепи генерируют гармоники от ВЫХОДJ
ного сигнала стабильного кварцевого генератора.
Управляемый
напряж~нием
генератор
может
быть
любого типа, но для генератора развертки обычно тре­
буется осуществлять развертку на множестве частотных
декад, что проблематично
для
простых
генераторов,
имеющих ограниченные диапазоны настройки. Одним из
способов решения
возникшей проблемы является деле­
ние полного диапазона
нов
и электронное
их
на
некоторое число ПОДДИ8пазо:
переключение
по
мере прохожде~
ния развертки. Принцип такого пакетирования свип-ге­
нераторов показан на структурной схеме рис. 4.l5.
Гетеродинные или синтезирующие генераторы колебаний
могут
воспроизводить требуемые частотные диапазоны
без переключения поддиапазонов.
Дополнительной особенностью многих свип-генерато"
ров является способность перехода от линейного (малые
изменения
уровня)
{большие
изменения
на логарифмическое
уровня)
представление
информации
об уровне
сигналов на индикаторе.
Глава
5
ИЗМЕРИТЕЛИ ЧАСТОТЫ, ВРЕМЕННЫХ
ИНТЕРВАЛОВ
И СЧЕТЧИКИ СОБЫТИЯ
Измерения
частоты,
времени и
с применением испытательной
событий
аппаратуры,
связаны
объединен­
ной под общим названием счетчики, в ряде случаев на­
зываемых универсальными счетчиками-таймерами. Счет­
чики обычно выполняются цифровыми и имеют цифро.
вое
отсчетно-показывающее
устройство
на
жидких
кристаллах, светодиодах, вакуумных флюоресцирующих
и других элементах.
Работа всех счетчиков зависит от принципа селектй­
рованиясигнала на определенном отрезке времени и под­
счета числа импульсов сигнала в течение этого времени.
На рис. 5.1 приведена схема, иллюстрирующая принцип
прямого счета со стробированием. Сигнал снеизвестной
частотой стробируется на заданном отрезке времени,
в течение которого
производится
подсчет импульсов сиг­
нала и их представление на индикаторе. Если сигнал
имеет частоту 500 Гц, а период qтробирования равен lr с,
68
то после -подсчета
тат, равный
500
на
индикаторе
индицируется· резуль­
Гц.
Необходимо, отметить, что период стробирования яв­
ляется очень критичной величиной. Так, если в рассмот­
ренном выше примере время стробирования станет {Уаз-
ППГI
ОClCl
8хоа
_
(сигнал
HaiJfJeCHOU
ци
частоты)
~уп_р________~>-----------==J-- . t .~
Рис.
Уnр -
5.1.
Структурная схема, иллюстрирующая принцип прямого сче­
та (стробирования):
управляющий сигнал на открытие вентиля В; ЦС
ЦИ
Рис.
-
цифровой индикатор;
t-
-
цифровой счетчик~
период временн счета
Высокочастотный
5.2.
эталонныii
генератор
литель
для
точных
временных
и
де­
определения
интер-
валов:
УСФ - усилитель и формирова­
тель снгнала; ВЭГ - высокоча'
стотныll
эталонный
генератор;'
ЦДе - цифррвоlI делитель; В­
вентиль;
цс - цифровоlI
счет­
чик; ЦИ-цифровой индикатор;
су
-
сигнал
управления;
сс-
сигнал сброса (гашения)
ным
1,1
с '(разница
10 %),
свечиваться уже результат
100/0.
то на индикаторе будет вы­
550
Гц, т. е. ошибка составит
в счетчиках прямого стробирования данного типа
период стробирования обычно определяется путем деле­
ния выходного сигнала стабильного эталонного генера­
тора высокой частоты, иногда называемого
тактовым
генератором или генератором тактовых импульсов, обес­
печивающим
'~рис.
точно
регулируемые
временные
интервалы
5.2).
На блок усилителя и формирователь поступают сиг-
69
налы ОТ .Источников с широким диапазоном частот. Зю
тем они усиливаются и преобразуются в форму имиуль·
сов, которые блок цифрового счетчика может непосред·
ственно сосчитать.
5.1.
Высокочастотные измерения
Счетчики прямого счета обеспечивают высокую точ'
ность В пределах ограничений данного метода. Они при·
меняются для
измерения высокочастотных сигналов
событии практически до частоты
Рис.
Вх.Рд-
УСФ
МГц ,(рис.
500
ил~
5.3}
5.3. Программируемый счетчик-таймер
Keithley 775 (Keithley Instruments)
~ ,ПСj(
г:[в)-
-
ЦС
f-
ЦИ
СУ
аг
Рис.
се
ЦАе
5.4. Структурная схема предварительного пересчетного УСтрой­
ства для измеРеНИЯ более высокочастотных сигналов, чем те, кото.
рые может измерять цифровой счетчик:
ЭГ -
эталонный генератор;
леи
-
предварнтельный
тальные 060зна чения СМ. рис.
70
счетчик импульсС)~ ,(ос­
5,2)
l'
1·
~
в самом деле,верхний предел измерений зависит от
бщ:т]юдействия логических схем в цифровом счетчике,
а не от точностн периода стробирЬВания. Однако для
более~ высоких частот метод прямого стробироваиия МО­
Ж~Т быть адаптирован несколькими способами. B.o-пеР-­
вых, можно вк;лючить предварительное nересчетноеуст- _
ройство либо внутри счетчика, как показано на рис. 5.4,либо обычно, как внеШниЙ дополнительный прибор, обеспечивающий деление частоты входного сигнала до та-
кого значения, которое способен измерять счетчик пря­
мого стробирования. Предварительные пересчетные УСТ-
l-
8)(0
!lСФ
-
СМ
0-
J
Рис.
См -
5.5., Структурная
смеситель;
_
АЦД -
ЦН
r--
си
се
АЦД
аг
цс
схема гете родинного счетчика:
аllfоматический
цифРОВОЙ
вка чения см. РНС.
ройства представляют
собой
5.2
И
дел-итель
5.4)
простые
(остальные обо-
_
схемы
деления
и как таковые не имеют высокочастотных ограничений,
свойственных цифровым счетчикам. При их использова­
нии пер-иод стробированиясчетчика должен быть увели­
чен настолько, насколько предварительное
пересчетное
устройство уменьшает входной сигнал.
Другим методом адаптации счетчиков прямого стро­
бирования к измерению высоких частот является гете­
родирование входного сигнала к более низкой частоте,
как показано на рис. 5.5.
-
Частота
результирующего
сигнала
подсчитывается
в течение периода стробирования, зависящего от гетеро­
динирующего сигнала, а затем идентифицируется на
индикаторе. - Гетеродин-ные счетчики
сложные
они
по сравнению
имеют
со
преимущество
значительно
счетчиками
-
других
возможность
тот входных сигналов свыше
71
20
более
типов,
но
измерения час­
ГГц. Гетеродинные счет~ ,
"<чики можно
приспособить для измерения ' дажебоJtее
высоких частот с помощью синтезирующего гетеродин­
нога счетчика (рис.
5.6),
в котором микропроцессор слу-
" жит для созданиясинтезирующего тактовоготенеретора
и управления процессом измерения. Такая
ная аппаратура может измерять частоту до
ляется сугубо специализированной.
испытатель­
ГГц и яв­
40
Рио. 5.6. Микроволновый счетчик частоты Systron
Donner 62468 с синтезирующим генератором сиг­
налов 1300 (Thorn ЕМ! Instruments)
5.2. Низкочастотные измерения
Хотя счетчики прямого счета в состоянии измеряты
сигналы довольно высокой частоты, они не годятся дляl
измерения сигналов
низкой
частоты,
когда
точность!
в значительной степени зависит от продолжительности
интервала
времени,
которым
пользователь
располагает
для ожидания конца счета и представления информа­
ции на индикаторе. Например, для измерения частоты
'10 ГЦ потребуется более 100 с, чтобы обеспечить точ­
ность
±1
%.
Низкие частоты,
очевидно,
могут
измеряться с ис­
пользованием тех же принципов, что и высокие, но с од­
ним важным дополнением: необходимо стробирование
тактового генератора входным сигналом (рис. 5.7). Час­
тота входного сигнала, скажем, 1 Гц стробирует часто-
72
ту тактового генератора с периодом :· 0,5 с каждую се­
кунду, поэтому при частоте тактового генератора 2 МГц
производится подсчет 1 млн. импульсов. С помощью
арифметического блока устройство произведет обрат­
ный пересчет, и в результате на индикаторе со шкалой,
. проградуированноЙ
в
мегагерцах,
-
аг
~
СУ
!lСФ
Рис.
появится
I
се
ЦС
число
Аб
I
ЦИ
5.7. Базовая структурная схема счетчика обратного счета , ис­
пользуемого для измерения низкочастотных сигналов :
АВ
-
арифметический блок; остальные обоз начення см. ри с .
5.2
Значению 0,000001 МГц, конечно, соответству­
Счетчики данного типа называются стробирую­
щими счетчиками обратного счета.
Другим методом низкочастотных измерений является
включение схемы фазовой автоматической подстройки
частоты (ФАПЧ) с умножением частоты входного сиг­
нала перед стробированием, счетом и представлениеи
0.000001.
ет 1 Гц.
результата на индикацию. ·
Структурная схема умножающего счетчика с цепью
фазовой . синхронизации приведена на рис. 5.8. Здесь
8ыхоо
(пf,)
Рис.
ка
5.8.
Структурная схема, показывающая принцип работы счетчи­
умножения, использующего
автоматическуюподстройку частоты
для увеличения частоты ни з кочастотного входного сигнала перед счетом в счетчике прямого сч ета:
~СФ
.. .
-
усилитель и. формнрователь сигнала; ФД - фаЗQВЫЙ детектор; ГУНгенератор. управляемый напряжением; ЦДе - цифровой делитель
73
чае.тотаНа
выходеуправляемого
тора
частоте
равна
вх;одного
напряжениемгенера­
~игнала.
умноженного
.на
значение кратности цепи делителя.
5.J.
Аппаратура м ее )ксnnуатаЦМJI
. Большинство
не
толыш
счетчиков создаются с использованием
одного
из
ранее
рассмотренных
методов,
а главным образом на базе комбинации двух и более
методов. Универсальные счетчики обычно способны из­
мерять частоты от О до 500 МГц, В них применено соче­
тание методов прямого стробирования и либо обратного
счета, либо методов , умножения. В счетчиках, способ­
ных измерять более высокие частоты, обычно пользуют­
ся
дополнительно
Хрис.
Рис .
5.9).
5.9.
третьим
и
даже
четвертым
методом
По лицевым панелям управления можно оп-
Универсал ьные счетчики-таймеры
Racal Dana 1991
Dana 1992 (Racal Group Services)
и
Racal
' ределить, какой именно метод измерения используется
в данном приборе, хотя при более высокочастотных из­
мерениях
пользуются
входными
отличными от входных клемм
Мы оценивали в
клеммами,
измерения
совершенно
низких
частот.
приведенных материалах возмож­
ности счетчиков для счета и
представления на дисплеях
измерений частоты входных сигналов. На самом же де­
ле счетчики обладают значительно большими возмож­
ностями, чем это было рассмотрено. Обычно счетчик
имеет два входных канала общего назначения с собст­
венными входными
клеммами,
маркируемыми
соответ­
ственно канал А и канал В. Эти каналы идентичны по
своим
характеристикам,
и
поэтому
74
измерения
часто;гы
входных ·'сигналов могут . быть · · проведеныс использова­
нием любого из них ; РаЗЛИЧНЬJе выключатели или дру­
гие
органы
управленн".
лять преобразованнем
позволяют
пользователю
сигнала, в частности
управ­
ослаблять
сигнал и выбирать ур~щень запуска, что во многом по­
добно тому, как это производится аналогичными устрой­
ствами в осциллографе. Схемы, соответствующие каllа­
.лам А н В, в основном являются счетчиками ПРяМОГQ
эг
ЦС
ЦИ
Канал А
УД
Канал 8
Рис.
5.10.
рения
Q
Использование двух входных каналов счетчика для изме­
временного
интервала
между
двумя
входными
импульсами:
ЭГ - эталонный генератор; УСФ - усилитель и формирователь сигнала: В­
вентиль; ЦС - цифровой счетчик; ЦИ - цифровой ицдикатор; СС - сигнал
сброса (гашеиия) ; СУ - сигнал уставки; ВЗ - в х од запуска; ВО - вход оста.
вова; УД - устройство о двумя УСТОйчивыми состояниями
стробирования, объединенными со счетчиками обратно­
го счета или . умножающими счетчиками. Таким образом,
любой канал может применяться для измерения частоt
от постоянного тока до максимальных, скажем 500 МГц.
Если счетчик способен измерять более высокие час­
тоты, то добавляется третий тракт - канал С, в кото­
ром наряду со счетчиком прямого стробирования имеют­
ся еще и высокочастотные адаптеры .. Этот канал приме­
няется для
измерений
частот
входных
сигналов,
например, 100 МГц и выше. Обычно, хотя и необяза­
тельно, канал С физически отделен от двух других ка·
налов внутри счетчика. Это позволяет изготовителям ап·
паратуры обеспечить адекватное экранирование от воз­
можных высокочастотных помех.
При
измерениях
частоты
75
стробирующиЙ .
вентиль
счетчика работает в автоматическом режиме благодаря
наличию внутреннего тактового генератора. Если же
УПр,авлять вентилем
' го' генератора,
то
извне и считать импульсы тактово­
можно
измерять
и индицироватр , вре­
менные интервалы между , моментами открытия и закры­
тиявентиля (рис. 5.10). Например, если запуск и' оста­
нов сигналов управления ' происходят на интервале 1 с
с тактовой частотой
1 МГц, то про изводится ' счет
г
\1
'ОLl :1
П
..... IIfj'
"3.11'
"U"
'
/,'С.
' . ...) '!.. 1-' О I.J· .
-:1
,~.,
-,..,' -
~.~",
~.. . . . . .
I!!!+:::.
f?'II.l~i!+···~
'u
._.... , i1i
.........
. ". .
-в-~
~
Рис.
~
5.11. Счетчик частоты Raca! Оапа 1998
. (Raca! Group Services)
,
После правильной установки десятичной запя­
'(точки) на дисплее идентифицируется значение
1.000000, которое показывает, что интервал времени
1 000000.
той
между сигналами запуска
При
старт-стопном
и останова
измерении
был
равен
времени (рис.
5.11)
1
с.
им­
пульс, принятый В канале А, открывает вентиль, а им­
пульс, поданный в канал В, его закрывает - поэтому
важность идентичности
входных
каналов
очевидна .
' Подсчет событий производится путем открытия вен·
тиля
или
счетчика
вручную с лицевой
дистанционно
сразрешая»
тем
запускающим
самым
счетчику
панели
входным
просто
управления
импульсом,
суммировать
импульсы, принятые в канале А за период времени меж­
ду открытием и закрытием вентиля.
Тактовые импульсы как таковые не считываются
и не ' используются для стробирования в этом режиме.
5.4.
При измерениях
Поrреwноети "
частоты и времени
первопричиной
погрешностей измерений является точность, с которой
тактовый генератор поддерживает собственную частоту
колебаний. В таких случаях ошибка эталонных колеба­
ний .lI.олжна непосредственно отражаться на измерениях.
Большинство счетчиков генерирует тактовые импульсы
с
помощью
кварцеВОГQ
генератора
того
или
иного
типа,
и даже применение простейшего кварцевого генератора
гарантирует получение удовлетворительных результатов
измерений
Рис.
5.12.
(рис.
5.12).
Главными
Измеритель частоты
ких кристаллах
стей генераторов
висимости
неточно-
Thandar тр 200 с дисплеем
(Thandar Electronics)
временных
характеристик
причинами
интервалов
кварца
на жид­
являются за­
от температуры
и
ста­
рения, т. е. частота генератора колебаний может изме·
няться
с
изменением
температуры
и
в
зависимости
от
времени его работы. Незначительные вариации частотPI
происходят
также
с
изменением
напряжения
питаш{я.
Одним из способов снижения температурных вариа­
ций является использование резисторных цепей дЛЯ ЦO~
лучения
изменения
напряжения, зависящего ОТ темпера­
туры. Это изменение напряжения используется для на,­
стройки
частоты
обратной связи.
кварцевого
Такие
генератора
по
цепц.
temnepatypho-комnенсuровqННbtе
кварцевые генераторы '(ТККГ) являются сложными yc~ ,
тройствами и требуют микропроцессорного управления.
Наибольшую точность измерений обеспечивают квар·.
77
Девые
генераторы
с
кристаллом,
помещенным
В термо­
стат, поддерживающим постоянную температуру. Благо­
даряэтому
термостатuрованные
кварцевые
генераторы
ХТКГ) имеют особенно низкие т~мпературные коэффи- .
циенты; Методы термостатирования могут также сни­
зить
скорость
старения
кварца,
поскольку
температура
кварца при этом поддерживается постоянной.
В случаях, когда внутренний тактовый генератор не
может БыIьь установлен, в большинстве счетчиков преду­
смотрена
клемма
генератора,
1
11
Вх
для
подключения
позволяющая
1
I
L-
.J
Упр
I
Рис.
а)
1
1
2
'+
3
Ошибка считыва­
счетчика,
всем
измерениям
методом
1
Вх
L.гLrLГLГLП-ГL
Упр
5.13.
ния
I
I
8х
стандартную
I
51
4
J
Z
внешнего тактового
использовать
-
входной
гнал
присущая
частоты
прямого
сигнал;
управления
счета :
Уnр
- си­
вентил е м
1 1
-J,
.! -
5)
эталонную частоту. Многие стандартные эталонные сиг­
налы передаются по радио и, таким образом,доступны
пользователям, имеющим необходимую приемную аппа­
ратуру.
При измерениях частоты и времени также возникают
ошибки, связанные с неточностями считывания. Причи­
ной этих ошибок является несинхронность сигналов · на
вентиле счетчика. На рис. 5.13, а приведены входной
сигнал
совместно
с
сигналом,
поступающим
в
вентиль
от тактового генератора. Здесь производится счет до пя­
ти в течение времени открытия вентиля. На рис. 5:13, б
показаны аналогичные сигналы с небольшим смещением
входного сигнала во времени. Теперь происходит ·, счет
до
четырех
Ошибка
±1
в
течение
того
же
промежутка
времени.
всегда присутствует при измерениях часто­
ты с прямым стробированием и влияет »а последнюю
значащую цифру при счете. Имеется существенная раз­
ница в относительной ошибке
1 при счете числа, 106
+
18
или 10,в обоих случаях ,сьхраняетсяабсолютная оши6ка ±1. Ошибка, выраженная в процентах, таким обра­
зом,
зависит · от
значениясчитываемоrо числа.
Измерения ' времени подвержены
тельной ошибки -ошибки
'является
шум
запуска,
входного сигнала,
влиянию
дополни­
причиной
которой
запускающего
до или после ТОГО,как он должен
был
быть
счетчик
запущен
',при отсутствии шума.
t e•
Триггерная ошибка
мкс.
определяется из выра­
жения
t =
е
Uп . ш -
где
пиковое
2U п ,ш
U сиг
напряжение
шума;
U сиг -
сигнала в точке запуска.
Триггерная
ошибка
связана с отношением
накло:.J
.
сигнал!
/шум у входного сигнала, и, очевидно. при отношении
сигнал/шум, равном
ляет
+0,3
40
дВ, триггерная ошибка состав­
% измеряемого
периода.
Глава
6
АНАЛИЗАТОРЫ СПЕКТРА
в соответствии с разложением Фурье все электричес­
кие сигналы могут быть представленыкомбинацией с.н­
нусоидальных сигналов различной частоты и амплитуды.
Если эти синусоидальные частоты взаимосвязаны так,
что общая форма колебаний является периодической, то
эти -колебания могут быть представлены на экране обыч­
ного осциллографа во времеюt6й области, т. е. графичес­
·кой зависимостью аМПЛИТУДD! от времени. Однако если
синусоидальные сигналы не взаимосвязаны, то на осцИл •
. лографе не удается обеспечить устойчивое изображение
резуnьтирующих нецериодических колебаний и обычно
требуется специальная · испытательная аппаратура; ко'­
торая обеспечивает представление изображения в час­
тотной области, т, е. график зависимости амплитуды 01'
частоты. Анализатор
спектра создает . представление
о частотной области, т. е. раскладывает электрический
сигнал на составные частотные компоненты и представ,.
ляет их визуально. Кроме сцособности представлять на
экране сложные сигналы. которые не могут6ыть полу"!
79
чены с помощью осциллографа, анализатор спектра ис­
пользуется и для других целей.
На рис. 6.1 показана разница мtжду представлени~
ем во временной и в частотной областях сигнала, имею­
щего гармонически
взаимосвязанные синусоидальные
составляющие. Набор
синусоидальных составляющих
с tiастотами f, 3f и 5f первоначально представлен в трех­
мерном пространстве :(рис. 6.1, а), где амплитуда, вре­
мя
и
осям.
частота
Эти
составляющих
измерены
по
трем
составляющие имеют соотношение амплитуд
а)
АмплumvDа
.1,273
1)
дмплumуlJа
1,273
Вид У, по6ернуnю
О,m4
0,251,6
f
д)
Рис.
6.1.
Пространственное
представление
ляющих частот
1,273 : 0,4244 : 0,2546.
можно
показать,
синусоидальных
f, 3f. 5f
состав­
С помощью преобразования Фурье
что
синусоидальные
компоненты
с
та­
кими соотношениями амплитуд и частот формируют от­
дельный импульс почти прямоугольной формы.
Если смотреть в направлении оси Х (рис. 6.1, б), то
три гармоники объединяются, формируя сложный перио­
дический сигнал приблизительно
прямоугольной фор­
мы. С осями амплитуды (ось У) и времени (ось Х).
А это уже картинка результирующего сигнала во вре­
менной области, которая может быть показана осцил­
лографом.
При рассмотрении
процесса
в
направлении
оси
У,
видны три индивидуальные составляющие как функции
80
амплитуJl.Ы {по ' оси У) и частоты '(по оси Х). Такое
представление результирующего сигнала во временной
области может быть
JРис. 6.1, в) •
Представление
показано
анализатором
исследуемого
спектра
сигнала в частотной
области зачастую оказывается более полезным, чем его
представление во временной области, поскольку по от­
дельным компонентам сигнала в ряде случаев удается
составить более полную К11рТИНУ о про исходящих про­
цессах.
.
В качестве примера рассмотрим искажение сигнала,
когда форма сигнала наблюдается во временной обла­
сти и точная информация о типе или ,причине искаже­
ний (кроме самого факта, что колебания искажены) от­
сутствует. Однако в частотной области можно получить
точное представление о всех составляющих колебаний,
включая и те, которые явились причиной искажений.
6.1.
Рассмотрим
анализаторами
Типы анапизаторов спектра
четыре
основных
спектра для
метода,
используемых
получения
изображений
в частотной области.
' Анализатор
сnе"тра
реального
времени
включает
в себя множество полосовых фильтров, характеристики
которых выставлены таким образом, что высшая «кор­
невая»
частота
предыдущего
фильтра
пересекается
с низшей «корневой» частотой последующего фильтра
так, как показано на рис. 6.2, а.
Выходные
мощью
сигналы
фильтров
электронно-управляемого
сканируются с помо­
аналогового
переклю­
чающего устройства и используются для получения уп­
равляющих напряжений, прикладываемых к вертикаль­
ным
отклоняющим
пластинам
электронно-лучевой
трубки
(рис.
6.2,
ки, управляющий
б).
Сканирующий 'Генератор развеР1-
аналоговым
переключающим устрой­
ством, также подает управляющее
зонтальные
дый фильтр
напряжение на гори­
отклоняющие пластины. Поскольку каж­
сканируется и обеспечивает вертикальное
отклонение луча, а генератор развертки
обеспечивает
соответствующее горизонтальное отклонение
.. луча
сле­
ва направо, то результирующий отображаемый сигнал
представляет собой объединение амплитуд сигналов по
одной от каждого полосового фильтра:
;'
6-244
81
..
Анализаторы спектра,
работающие вреа.nьномвре­
мени, получили свое назваНliе
благодаря·
способности
обнаружить быстро про исходящие события и индИ1ЩРО­
вать их в то же самое время, когда они происх(jДЯ'Г, по­
скольку вХоДной сигнал подается на все фильтры одно-
JlЛЛ..
ВхоР
Рис.
6.2.
Иллюстрация. принципов работы анализатора спектра ре·
ального
Фl. Ф2 • .... Фn
ющее
УНГ
-
времени:
__ полосовые фильтры 1. 2, .... n; АПУ - аналоговое переключа­
устройство
{коммутатор);
управляющие
напряження
элт
на
-
электроиио-лучевая
вертикальио и
трубка;
УНВ.
горизонтальио отклоияю.
щих пластииах
временно. В ряде случаев это
преимуществом,
так
как,
является
например,
определенным
можно
легко
пока­
зать переходные процессы. Недостатком же анализато­
ров спектра является большое количество
фильтров.
Для получения индикации значительной частотной обла­
сти
каждый фильтр должен иметь узкую полосу про·
пускания. В противном СЛУЧ11е сигналы близких частот
могут слиться друг с другом на экране.
-82
По аналоrии МОЖIЮ рассмотреть ЛИНЦИ, проведеНlfые
при различiюй тqлщине Щl.конеЧНИl(а пера. Когда две
линии
проведены
пером
с
тонким
наконечником, .как
показано на рис. 6.3, а,QНИ проходят близко друг от
ДРУГа, но ясно видны. Если обе ЛИНИИ проведены .руч­
кой с широким наконечником пера (рис.
б), они сли­
6.3,
ваются так, что невозможно опре­
делить существование более чем
одной
линии.
Применительно
к
анализатору
спектра
/
термин
«толщина линий~ известен
как
разрешение по ширине полосы
частот,
н
чем
она
меньше,
тем
а)
больше способность анализатора
· определять и
представлять
инди-
видуальные сигналы, т. е . являет-
.
5)
ся характеристикой его разреша­
ющей способности.
В анализаторе спектра реального
времени разрешение
рине полосы определяется
по шив
точ-
Рис. 6.3. Аналогия влия­
НlJЯ ширины полосы час·
тот разложеиия .
ности шириной полосы частот
каждого фильтра, и чем меньше ширина полосы частот
фильтра, тем больше разрешающая способность анали­
затора. Поэтому, чтобы создать анализатор спектра
с адекватным . разрешением, потребуется оченьБО,1Iьшое
ЛЛJl
8хоа
0---1
·ФНП
ЭЛТ ·
ГР
рис.
6.4. Структурная схема анализатора спектра с перемеиной на·
· ФНЦ
-
стройкой:
6*
фильтр с
настраиваемой полосой пропускания;
ГР
вертки; ЭЛТ - злектронн()-лучеваs · т.рубка
83
-
генератор
раз·
ч~сло точных фильтров. В общем случа~ по этой '. при­
чине
анализатор
спектра
реального
времени
является
довольно дорогим прибором И выпускается для приме­
нения
частотном
диапазо- .
не. Обычно это диапазон звуковых частот от
только
О Гц до .
20 кГц.
в
очень ограниченном
К проблеме разрешения по ширине полосы мы
вернемся позднее.
Изменение рассмотренного принципа дает второй ос­
новной метод анализа спектра. Структурная схеМа ана­
лизатора показана на рис. 6.4. В анализаторе спектра
с разверткой частоты единственный настраиваемый по­
лосовой фильтр используется для развертки всего час­
тотного диапазона, перекрываемого анализатором. Дан-,
ная методика не гарантирует, конечно, работу анализа­
тора в реальном времени, как это было рассмотрено
в предыдущем случае. Так, любые быстрые изменения
частотных составляющих входного сигнала будут пред­
ставлены на ' экране только в том случае, если фильтр
' настроен специально на данную частоту, хотя большую
часть времени он настроен на другие частоты. Однако
это дает значительные преимущества в другом. В дан­
ном
случае
используется
только один
фильтр, поэтому
общая схема существенно проще и дешевле. Разреше­
ние по ширине полосы может быть значительно улучше­
но, поскольку настраиваемый фильтр проектируется на
единственную узкую, хорошо подобранную полосу час­
тот. Следует, однако, отметить, что достаточно трудно
изготавливать такие фильтры с требуемой точностью
и диапазоном настройки для ПQстроения совершенН'ого
анализатора спектра.
Третий метод анализа спектра используется в супер­
гетеродинных анализаторах спектра с разверткой часто­
ты, структурная схема которого приведена на рис. 6.5.
Выходные сигналы управляемого напряжением локаль­
ного генератора колебаний смешиваются с поступаю­
щим
входным
жуточной
сигналом
частоты,
для
которые
телями промежуточной
получения
затем
частоты.
сигналов
проме­
усиливаются
усили­
Генератор
развертки
обеспечивает управляющее напряжение для сканирова­
ния частоты локального генератора в требуемом диапа­
зоне. Этот метод довольно прост И обладает следующи­
ми преимуществами: высокой чувствительностью, обес­
печиваемой
усилением
промежуточной
вычайно широким диапазоном
84
частот
частоты;
",от
чрез­
несколь~их
десятков килогерц до сотен гигагерц); , переменным раз"
'решением ПОI1lирине полосы, БОЛЬШИНСТБосовременных
анаJLизаторов спектра выполнены по супергетеРОДИНI:ЮЙ
схеме. Однако подобно
анализаторам
спектра с раз­
верткой частоты супергетеродинные. анализаторы не от­
носятся к испытательной аппаратуре, работающей в pe~
альном времени.
с,.,
ГР
!/ГК
Рис.
6.5.
Структурная
схема
супергетеродинного
анализатора
спектра:
См - смеситель; УГ!( ~ управляемый напряжением локальный генератор ко­
лебаний; ГР - геиерато.р развертки; упч
усилители промежуточной частоты
-
При использовании всех рассмотренных выше мето­
дов анализа спектра поступающий входной сигнал об­
рабатывается
аналоговым способом с использованием
фильтров
или
смесителей для получения
частотной
и амплитудной информации и ее индикации. Однако
существует еще четвертый метод анализа, применяемый
в
анализаторах
спектра,
когда
поступающие
сигналы
принимаются и обрабатываются
цифровым
способом.
Цифровая обработка информации состоит в выполне­
нии преобразования Фурье, и именно поэтому анализа­
торы, использующие данный метод, получили название
анализаторов
спектра
по
nреобразованию
Фурье, а в
ряде случаев анализаторов спектра быстрого nреобра~
85
Рис.
6.6.
Программируемый анализатор спектра быстро преобраэvе· ·
мых частот Solartron 1201 (Solartron Instruments)
зования Фурье. Такие приборы очень похожи по своей;
конструкции на
анализаторы, работающие в
реальном ;
времени, и с их помощью исследуют сигналы с частота.~i
ми до
100
МГц(рис.
6.6).
6.2. Характеристики отображения
Наиболее
часто
амплитуда
сигналов
визуально,
представляется в логарифмической форме с единичНЫМ :
делением
шкалы по вертикальной оси, соответствую~
щим. разнице в амплитуде 10 дБ. В анализаторах спект ~
ра, так ' же как и в осциллографах, принята сетка деле·
ний .экрана
- 10
делений
по вертикали . Таким
по
горизонтали и
8
делений'
образом, при стандартной
. сетке
экрана анализаторы спектра способны визуально пред·
ставлять на экране разницу по амплитуде 80 дБ, т. е.
в отношении 10000: 1.
Максимальньiй
динамический
диапазон
индикации
жет составлять
бой ОТ}lошение
ТИПОВЫХ
анализаторов
спектра
мо­
дБ. Этот диапазон представляет со­
наибольшего сигнала к наименьр1ему,
80
86
KOTOPЫ~
могуж ·
индицироваться
больший динамический
одновременно,
диапазон
хотя
возможен при боль­
шей коордиmiт-ной сетке. ' По сравнению с дiIапазоном
осциллографа 40; 1 (т.е.32 дБ) анализатор спектра
имеет значительно больший диапазон и может быть су­
щественнополезщ~е В ;: некоторых сравнительных испы-
..
таниях.
.
Одной изпроБЛ~МТа~ОГО
большого динамического
диапазона ЯВJJnеrсято,' что два сигнала с очень близки­
ми размерами, : представляемых на экране, на самом де­
ле MorYT быть совершенно ' различными. Например, раз­
ница в размере на экране : всего
0,15
ствует деЙствиrельной
дБ. TI:IK~M
ра~нице
:5
деления соответ­
образом,
достаточная для опред.еления ширины полосы частот си­
стемы, она может окаЗаТЬСЯ
нельзя'
будет
настолько
малой, что ее
обнаружить на отображении.
Поэтому
анализаторы спектра обычно имеют другие диапазоны
индикации,
например 2 дБ/дел., и линейный
режим,
в котором сигналы визуально представляются .(как и на
осциллографе) с калибровкой, В/дел.
В отличие от экрана осциллографа, на котором цен­
тральная горизонтальная линия сетки является
отсчета,
в
анализаторе
спектра
все
началом
индицируемые
сиг­
налы измеряются rю отношению к верхней линии. Поль­
зователь
производит
установку
органов
регулирования
на лицевой панели управления таким образом, чтобы
максимальный сигнал, отображаемый на экране, дости­
гал верхней ' линии, а меньшие сигналы затем измеряют­
ся по числу делений вниз от верхней линии.
Обычно ц'ентр'альная .вертикальная ' линия сетки соот­
ветствует центральной частоте развертываемого диапа­
зона • . Во многих анализаторах спектра она отмечается
меткой в виде точки . . , Органы
управления на лицевой
раиели позволяют пользователю устанавливать эту:цен­
тральную
частоту,
а
также
представляемое
на
экране
чаСТОrное разложение. Частотную развертку часто оп­
ределяют «на деление». Первоначально устанавливает­
ся центральная частота; например 100 кГц, а затем­
требуемое частотное разложение, скажем 10 кГц/дел.,
соответствующие
исследуемому
диапазону от 50 до
150 кГц.
Другими режимами развертывания частот являются
«полная развертка», при которой развертывается и ин­
~ицируется
весь
диапазон
ча~тот,
87
и
«нулевая
разверт-
6.7.
Рис.
Иллюстрация
ВЛИ,ЯIIИЯ
изменения . ра~решеЩiSi~о ширине
полосыанализаторасрек~р'а
ка», когда только централь­
ная
~------------~~
частота
представляется ~
на экране.
В
последнем
развертки
тра
режиме
анализатор
индицирует
амплитуды
на
спек-'
вариацию;
центральной
частоте против горизонталь~
ной оси времени, т . е. фак".
тически
становится
индика­
тором, работающим во вре­
"'--_ _ _ _ _--' о)
менной области.
На рис . 6.7, а
приведен
возможный вариант разверт~
ки
луча
спектра
в
в
анализаторе
присутствии
ставляющей
сигнала
со­
на
центральной
частоте.
На
уровне примерно на 60 дБ
ниже максимальной ампли­
туды
составляющей
(прli
масштабе индикации
'/дел.)
находится
10 дБ/
уровень
шума, т. е. самый нижний
горизонтальный
участок
развертки луча. Этот уровень также получил название:
«частокола» или «ленты шумов»l. Разрешение по шири­
не
полосы
частот
данного
индикатора
ществу установленным отрезком
является
по
су­
частот на одно деление
экрана.
Помня преЖНЮI() дискуссию о разрешении по ширине
полосы и вероятности скрытия близко расположенных'
составляющих сигнала, на рис. 6.7, б, рассмотрим воз~'
можные
кривые,
полученные
в
результате
установки'
разрешения по частоте, равного 1/10 предыдущего зна­
чения частоты на деление. Необходимо отметить два
момента:
1)
1
две составляющие сигнала, расположенные в об-
Помехи на экране электронно- лучевой трубки.
88
-
П рим. (!еР.
" ласти центральной составляющей сигнала, сейчас пр~д­
cranJ;leHbl
на устройстве индикации;
уровень шума упал на 10 дБ (это общая цифра,
соответствующая снижению уровня шума наl0 дБ дJ;lЯ
2)
каждого уменьшения
на
декаду разрешения по ширине
полосы).
Увеличение разрешающей способности еще на дека­
ду, т. е. установка ее равной 1/100 первоначального зна­
чения, уменьшает уровень шума еще на 10 дБ, и следо­
вало бы ожидать, что появится
возможность
еще какие-то составляющие сигнала,
бли'3КО
увидеть
располо­
женные к центральной составляющей. Однако, как по­
казаiю на рис.
значительно
это не всегда так. Уровень шума
6.7,8,
снизился,
но
составляющие
сигнала
стали
настолько тонкими на экране, что их практически не­
возможно определить. Поэтому существует опасность.
что они вообще исчезнут из видимости. Возвращаясь
назад к более ранней аналогии с нарисованными линия­
ми различной толщины с помощью различных наконеч­
ников
пера,
перьями,
можно привести сравнение с очень тонкими
след
от
которых
практически
может
ся невидимым. Кроме того, чем меньше
оказать­
разрешающая
способность по ширине полосы, тем медленнее должна
быть развертка в рассматриваемом диапазоне частот.
В противном случае точные амплитуды составляющих
сигналов с уменьшенной толщиной не C!d0rYT быть пра­
вильно представлены на экране. Следовательно, сущест­
вует какая-то оптимальная настройка разрешения по
ширине
полосы,
которая
зависит
от
частотного
диапа­
зона, времени развертки и амплитуд сигналов. Боль­
шинство современных анализаторов спектра способны
автоматически
пользователи
оптимизировать
пока
могут
по
эти
параметры,
желанию
проверять
хотя
устав­
ку и настраивать'ее вручную для получения более точ,
ных результатов измерений.
Время
развертки
анализатора
является
регулируе­
мым параметром и определяет скорость, с которой ана­
лизатор разворачивает спектр. Если развертка слишком
быстрая, цепи анализатора
могут
«звенеть » или даже
не обеспечивать достижения полной амплитуды. Если
развертка слишком медленная, то представляемый на
дисплее спектр не может быть полностью обозреваемым .
Некоторые ' анализаторы обладают способностью запо­
минать след луча
на
экране,
89
однако
для
очень
медлен-
НЫХ . разверток этоrо · неДостаточно; чтобы показать весь.
спектр. В современных анализаторах используется циф­
ровая память, при этом экран . делитсsr на небольшие
горизонтальные сегменты, а амплитуда ' кривой в . каж.
дом сегменте дискретизируется и запоминается в
6.3.
RAM'.
Технические характеристики аппаратуры
и ее точность
Существуют четыре r.[laBHble
заторов
спектра,
которые
классификации
определяются
анали­
исследуемым
сп.ектром. Нижний спектр частот (ниже 100 кГц) покры­
вается анализаторами реального, времени и быстрого
преобразования Фурье. Частоты выше этого диапазона:
радио-{100 кГц-2 ГГц), микроволнового еВЧ(221 ГГц) и миллиметрового (свыше 21 ГГц) диапазонов,
покрываюtся
с
помощью
супергетеродинных
торов спектра.
. .
анализа-
.
Основными техническими параметрами анализаторов
спектра являются точность частоты и ее стабильность,
разрешающая способность по ширине полосы, динами­
~еский диапазон. Наиболее критичными из этих парамет­
ров являются точность частоты и стабильность, которые
8 современных супергетеродинных анализаторах обеспе­
чиваются за счет применения автоматической подстрой ­
ки фазы в трех или даже четырех каскадах супергетеро­
динного преобразования. Высококачественные анализа­
'roPbl
данного типа имеют стабильность ок(шо± 10-6
в год, разрешение по ширине полосы lХ10 8 , динамиче­
СIЩЙ диапазон 100 дБ.
Вторичными (по важности) техническими параметра­
ми являются диапазон измерений амплитуды, точность
амдлитуды и диапазон времени развертки. Диапазон .из­
мерения амплитуды варьируется в пределах от -1.30 до
+ЗО дБ, а для наиболее качественного оборудования то -160 до
ЗО дБ. Точность в рассматриваемом диа­
пазоне должна быть выше ±5 дБ. Диапазон времени
развертки в зависимости от условий задачи изменяется
от 100 мс до 100 с (т. е. от 10 мс/дел . до 10 с/дел.), но
в пределе может меняться от 1 мкс до 1500 с (т . е. от
0,1 мкс/дел . до 150 мс/дел.).
+
J
RAM-
память с пронзволъно!! выборка!! -озу.
90
-
ПРUAt. пер.
'Г л а в а '
7
ЛОГИЧЕСКИЕ АНАЛИЗАТОРЫ
.в
гл.
3
рассматривались возможности запоминания
и представления однократно происходящих событий не
в реальном времени с помощью осциллогрэ:фов . Обычно
такого рода информация встречается в цифровых систе­
мах. Цифровые запоминающие осциллографы предлага­
лись в качестве испытательной аппаратуры для визуаль­
ного представления информации не в реальном времени,
и во многих простых ситуациях этим можно было бы
и ограничиться. Однако в более сложных случаях, на­
пример при наблюдении за информационным потоком
на шинах данных или адреса В микропроцессорной си­
стеме, с помощью цифрового запоминающего осцилло­
графа с двумя или даже четырьмя входами не удается
представить достаточный объем одновременной инфор­
мации
потому,
что
имеется
слишком
много
сигнальных
линий. Проблема усложняется также тем, что сигналы
в цифровых системах не могут контролироваться изоли­
рованно друг от друга, так как они
имеют смысл, толь­
ко когда наблюдаются вместе с другими сигналами в си­
стеме.
Иными
словами,
все
определяющие
сигналы
в цифровых системах должны контролироваться совме­
стно, а цифровой запоминающий осциллограф не поэМ­
ляет этого сделать.
Логический анализатор (рис. 7.1) является одной из
модификаций цифрового запоминающего осциллографа
и выполняет требуемые функции представления информа­
ции не в реальном времени. Вместо максимум четырех
сигнальных входов у осциллографа анализатор имеет 8,
16, 32, 48 : и
более сигнальных
входов в зависимости
Ьт
конструкции и, конечно, стоимости. Следует отметить,
однако, что на этом аналогия между цифровым запоми­
нающим осциллографом и логическим анализаторомзз,
канчивается. Осциллограф является аппаратным испы­
.
тательным прибором, построенным для специальных це­
цей отображения сигналов во временной области, тогда
как логический анализатор - это прибор с микропроцес­
сорным управлением и программным обеспечением, обладающий значительно большими возможностями, чем
просто индикацня во временной области запомненных
'. сигналов.
Он может манипулировать запомненными СИГ,о
91
налами, преобразовывать их в алфавитно-цифровые дан­
ные для индикации и даже позволяет наблюдать по ша­
гам за работойпрограммного обеспечения исследуемой
микропроцессорнойсистемы.
Поскольку логический
анализатор
является
микро­
процессорной системой с собственными правилами
строения, рассмотрим прибор «изнутри».
по­
На рис. rт.2 приведена структурная схема логического
анализатора со всеми обычными частями микропроцес-
Рис .. 7.1.
Логический анализатор
Thandar
tronics)
сорных систем: микропроцессором
ТА
2080 (Thandar EIec-
(состоящим
из
уст­
ройства управления, АЛУ и регистров), ПЗУ, ОЗУ, уст­
ройствами ввода/вывода и шинами.
Большинство логических анализаторов,
на
основе
микропроцессоров,
являются
построенных
универсальны­
ми не только с точки зрения выполняемых ими функций,
но и в том отношении, что они могут быть использованы
для
измерения
сигналов
микропроцессорных систем
лю­
бых типов. Подсоединение универсального логического
анализатора к частной микропроцессорной системе про­
изводится через специализированный интерфейсный мо­
дуль, который синхронизирует анализатор с микропро­
цессорной системой. Для передачи данных из микропро-
92
цессорнОЙ ..
системы
в
анализатор
ИСJIОЛЬЗуются
неоБХОДИМJ;>Iе электрические и механичеСКИе соединения.
Таким образом, один интерфейсный модуль может
применяться
для
соединения · логического
анализатора
с любой системой, построенной на основе микропроцес­
сора Z-80, тогда как другой модуль используется для
присоединения анализатора к любой системе, основан­
ной на микропроцессоре 8085, и т. д. Различные изгото-
m
001
Мик 071 О есса
РИС. 7.2. Структурная схема логического анализатора:
1(.11- клавиатура
(лицевая па нель с нажнмными кнопками); ВхП - входноlI
порт; ВыхП - выходиой пор т; Т - таймер; Д - диспл е й; АЛJl- арифметиче­
ское логичес кое устройство (сумматор, компаратор, логические цепи); ПЗJl­
ПОСТОЯИ'ное запоминающее устройство (ROM); ОЗУ - оперативное за помииаю­
щее устроllство ЩАМ); ОС - обра ботка (нормализация) сигиалов; БУ - блок
управления (цепи управлении, задания времени, декодирования); р - регист­
ры; 1 - аккумулятор ; 2 - у к азат ель сте к а ; 3 - индекс и ые рег истры; 4 - ЛI'ограммный счетчик; 5 - флагн состояния
вители оборудования дают различные названия интер­
фейсным модулям,. например модули персонификации
или «препроцессоры», НО наиболее
часто
их
называют
подами 1. Обычно модули персонификации являются от­
дельными приборами и связываются с логическим анали­
затором и микррпроцессорной системой с помощью гиб­
КИХ кабелей и сменных разъемов (рис .
де случаев, особенно в
7.3).
Однако в ря­
специализированных логических
~llIализаторах, функции подов реализуются на печатных
платах, встроенных в анализатор.
I
Pod (англ.), . -отдельнЫА отсек. - Прим. ред.
93
При соединении с
микропроцессорной 'системой че­
рез ' модуль персонификации универсальный анализатор
становится комбинированным логическим анализатором .
.Некоторые . логические анализаторы выпускаются как
испытательная аппаратура, специализированная под мик"
ропроцессор,
но
это,
очевидно,
ограничивает
область
применения только одним типом микропроцессорных си­
стем, и поэтому такие анализаторы очень специфичны
'
и имеют высокую стоимость.
Рис. 7.3. Логический анализатор Soar 1420 с ии­
дикатором на жидких кристаллах (Advance In-
struments)
7. t. Особенности поrических анаПИ31ТОРО8
Число
входных
каналов
логического
анализатора
в большей или меньшей степени определяется возмож­
ностями прибора. Например, если логический анализа­
тор применяется для анализа 8-разрядной микропроцес­
сорнойсистемы с 16-разрядной адресной шиной, 8-раз­
рядной шиной данных и пятью или шестью линиями
управления, то минимальное число требуемых входных
каналов анализатора идеально равно 30. ДЛЯ ПОЛНQГО
анализа 16-разрядной микропроцессорной системы анало­
гично потребуется логический анализатор примерно с 46
входными каналами. Его полное входное сопротивление
подобно осциллографам обычно равно 1 МОм, а номинал
параллельно включенной емкости 10-15 пФ.
Другим фактором, определяющим характеристики ло-
94
гического анализатора, является гибкость запуска. В от­
.lJнчне , от осциллографа, который обычно запускается
при · первомпересечении входным сигналом заранее за­
данного
порогового
значения,
логический
анализатор
должен иметь несколько дополнительных режимов запус­
ка . .ВажнеЙшими нз них являются следующие:
запуск при
появлении
заданного
слова
данных,
т. е.
анализатор запускается, когда входные сигналы форми­
руют частную комбинацию данных; "
предзапуск/послезапуск, используемые для запомина­
ния, а если необходимо и индикации
входных
данных,
пришедших до запускающего слова и после ' него;
запуск, когда возникает определенное различие меж-
ду ожидаемыми сигналамии
полученными
входными
даными;
запоминание и
индикация данных, принятых за опре­
деленный временной интервал (обычно определяемый
'Iислом циклов тактового генератора) после запускающе-
.
го слова;
запоминание и индикация данных, принятых после оп­
ределенного числа появлений запускающего слова ;
сравнение событий по фактическим данным с ожида­
емыми событиями и запуск только в том
.они
случае,
если
не совпадают.
Важными факторами, определяющими характеристи­
ки анализатора, являются объем памяти и скорость счи­
тывания. Память чаСТ9 в~полняется секционирова.J!lJОЙ
и состоит из нескольких сегментов, необходимых длSJ эl;t­
поминания различных типов даННБlХ (эталонных, ф~,КтИ.
чески запомненных и информации о быстро изменяющи~­
СЯ · сигналах). Пользователь сам определяет, какой сег­
мент
памяти
следует
использовать
для
выполн~ния
определенных функций . Типичный объем памяти одного
сегмента составляет от 64 слов до 2Кслов.
Временное окно, т. е. промежуток времени, в течение
которого могут наблюдаться сигнальные данные, непо"
средственно определяется общим объемом памяти логи­
ческого анализатора. В ситуациях; когда . нет необ~одй­
мости в использовании всех входных сигнальных каналов
логического анализатора, cerMeHTbi памяти о'бъеДИН!lЮТ­
ея в последовательные звенья таким Образом, чтобы
меньшее количество входных сигналов можно было на­
блюдать в более длительном временном окне.
Часто в анализатор ; встраиваютцифровой генератор
95
слов, ~оторый Обеспечивает стимулирующие воздейсrВИ5f
на исследуемую микропроцессорную систему. В этом,
случае анализатор может применяться для наблюдения
за тем, что происходит в системе под действием ЭТИХСПI~
мулирующих сигналов.
Более сложные логические анализаторы обладаю..­
энергонезависимой памятью ,(ЭППЗУ,
КМОП ,
ОЗУ
с батарейным питанием и т. п . ) для считывания, записи
поступающих входных данных, помещения в нее инфор­
мации пользователя или эталонной информации, а так­
же для ее сравнения с поступающей информацией. В ря­
де случаев, если требуется больший объем памяти дан­
ных, используется память на флоппи-дисках . Многие
логические анализаторы допуска' ют проведение
прямых
сравнений между вновь поступившим и эталонными дaH~
ными.
двумя
Иногда
логические
анализаторы
и даже тремя тактовыми
оборудуются
системами, которые по­
, зволяют осуществлять ввод данных, например, из муль­
тнплексированных микропроцессорных систем.
Рассмотренные в этом параграфе особенности анали­
заторов не являются заданными раз и навсегда. Они
в большей степени зависят от требований пользователя.
Поскольку логические анализаторы сами по себе явля­
ются приборами, спроектированными на основе микро­
процессоров, то
их
характеристики
иногда
могут изме­
няться уже на стадии изготовления за счет модификации
программного Обеспечения.
7_2.
Основные режимы использования
Логические ' анализаторы разрабатываются на базе
цифровых запоминающих осциллографов и , подобно по­
следним для . индикации в них используются электронно­
лучевыетрубки, хотя небольшое количество новейших
анализаторов снабжено плоскими индикаторами на жид­
ких кристаллах.
Одним из главных назначений логического ~нализа­
тора, так же как и цифрового запоминающего осцилло­
графа, является индикация входных сигналов в функции
6ремени. Этот режим работы известен в качестве вpe~
менного анализа и используется для наблюдения за
сигналами непосредственно до и после особой (частной)
точки запуска. В связи с ограниченными размерами ин­
дикаторов,
при меняемых
в
логических
96
анализаrорах,
только восемь входных каналов
индицируют
информа­
цию в любой момент времени.
дискреты уровней сигналов в каждом входном кана­
левыбираются по фронтам сигналов синхронизации.
Однако эти дискреты не являются аналоговыми дискре­
тами, поскольку логический анализатор представляет
собой прибор, принимающий сигналы одного из двух ло­
гических уровней. Индицируемые сигналы поэтому не
являются графиками амплитуды в функции времени,
как в осциллографе, а представляют собой графики из­
менения логических уровней во времени.
Обычно возможно использование подвижного курсо­
ра, перемещающегося по экрану дисплея. Часто на ~ози­
ции курсора в текстовом виде показывается временной
интервал (или число циклов часов) и единица его изме­
рения, что позволяет производить точные измерения вре-
мени.
.-'
Поскольку в этом описании предлагалось квантование
в цикле работы тактового генератора проверяемой систе­
мы, а временной анализ требует асинхронной работы ло­
гtfческого анализатора, то для управления синхронизаци­
e~ предусматривается собственный внутренний генератор
синхронизации. В этом отношении временной анализ мо­
жет быть осуществлен без использования интерфейсно­
го модуля между анализатором и системой, хотя модуль
все же предпочитают использовать в целях обеспечения
электрических,механических связей и ~ форматирования.
Эта асинхронная работа требует применения довольно
большого объема памяти, поскольку для г.арантии того,
что каждое изменение логического состояния будет за­
фиксировано, квантование должно производиться столь
часто, сколь часто может происходить изменение любо­
го
ожидаемого логического
использования
временного
состояния.
Преимущества
анализа · заключается
в
том,
что пользователь может наблюдать любые кратковремен­
ные различия или пички {сбои), которые нарушают рабо­
ту рассматриваемой микропроцессорной системы. Такие
пички могут иметь дJi:и'Гельность всего лишь нескольких
наносекунд, поэтому дискреты логического анализатора
следует выбирать на
интервале
времени
того
же
по­
рядка.
На практике. самые короткие импульсные логические
изменения '(даже действительный импульс или пичок), ко­
торые индицируются на дисплее анализатора, равны при-
7-244
97
мерно ()1'
ратора
1
до
.1;5
периодов КОJIебаний .внутреннего
синхронизации
и
характеризуют
reHe.'
разрешаЮЩIlю.
способность логuческогоан.алuзатора. Разрешающая сiф~
собность, вероятно, является иаиболее важным показате- ,
лем
И, как видно, в первую очередь регулируется часто:­
той внутрениего генератора синхронизации: чем вь~ш~
частота, .тем более часто~ квантование может иметь мec~
то. Типовые логические анализаторы с высокой разрешаr
ющей способиостью захватывают и индицируют помеХQ:'
вые
пички и импульсные изменения данных длительнос­
тью менее 10 нс, соответствующих тактовой часто~
около 100 МГц. Некоторые анализаторы специального
применения имеют тактовую частоту выше 600 МГц
и поэтому
MorYT
захватывать и индицировать пички дли-
тельнос'JЬЮ около
. тЬр
2
нс. Даже если логический анализа-
не в состоянии визуально отр~зить ложный импульс
(поскольку его разрешающая способность недостаточно
высока), он все-таки способен его захватывать, и в этом
случае пользователь может знать о существовании поме~
хн, поскольку на дисплее зафиксируется измененное
ц.
таким образом, необычное логическое состояние. По этой
причине производители
аппаратуры
часто
сообща~
о <:пособносТи обнаружения сбоев с помощью анализа­
торов, примерно в 3-4 раза большей, чем их действ и­
тельная разрешающая способность. Однако какой бы ни
была разрешающая способность логического анализа­
тора; читатель должен понять, что временной анализ ис­
пользуется для наблюдения за поведением исследуемой
микропроцессорной системы в очень короткие промежут­
ки времени.
Одним из основных режимов работы логического ана­
лизатора является обеспечение контроля за ~ункциони­
рованием логики,
и
поэтому предпочтительно и
является
синхронная работа, при которой анализатор использует
тактовый генератор микропроцессорной системы для син­
хронизации. Таким образом, информация о логичесн;ом
состоянии воспринимается в каждом такте работы син'
хронизирующего генератора микропроцессорной систе·
мы, и вся она запоминается в памяти логического анали­
затора. Эти аliйлuзаторы состоян.uЙ '(рис.
7.4)
входных
сигналов представляют информацию о логических состо­
яниях в двоичном коде в виде сочетания единиц и нулей,
группируемых
в слова
на
дисплее так,
наются в памяти анализатора.
как они
запоми­
.
·-Одно и
ИЗ функций модулей персонификации является
ПОМОЩЬ логическому анализатору в выполнении преоб­
разования части информации, соответствующей машин­
ному коду, в мнемонику языка АССЕМБЛЕР, исследуе­
Мой микропроцессорной системы. Эта функция обратно­
го ассемблирования логического анализатора, обычно
называется дисассемблированием, в "действительности
является его дополнительной функцией и позволяет ин­
женеру микропроцессорной системы непосредственно н.а-
. ,.....,.. ,__
~" C" ~
....
-~
р шо
I >lT ~V
~~$ ~ ~$
OGl~I2I[81Eii1
,,~
~~~~~
IElEiilIOiIGlGilGiiI '
-=
.Рис .
7.4.
ЛогическиЙ ан.ализатор состояний
Racal
Оана
202 (Racal
Group Services)
блюдать за внутренними операциями с помощью
читаемых и уже знакомых мнемоник
легко
(по сравнению
с трудными для понимания машинными кодами). Други­
ми особенностями кодов являются возможности индика­
ции двоичной информации в 8-, 10-, 16-ричных форматах,
а также в кодах ASCII, EBCDIC и-др .
Для контроля за операциями микропроцессорнойси­
стемы о'бычи() используется сочетание анал иза состояНий
и временнбгоаналиЗа. Например, инженер может ис­
пользовать анализ состоянии для контроля за функцио­
нированием. · Bcerq программного обеспечения ЭВМ, т. е.
чтобы убедиться, . что программа . работает правильно .
Если это не ' так, то анализатор состояния покажет , об­
ласть, в которой имеются ошибки. Следующим шагом
является наблюдение за неисправной областью с исполь-
99
З0ванК\ем временного анализа.
Проводя
аналогию,
ви~
дим, что эта ситуация подобна фотографированию с при~
менением увеличительной линзы. Сначала Вы окидывае-:
те I3зглядомобщую картину, ,пока Ващевнимание Hei
привлекает объект, который необходимо
сфотографиро·
вать. Затем Вы увеличиваете интересующий объект и фо- .
тоrрафируеrе его. Для обеспечения таких возможносте~,
ряд логических анализаторов позволяет осуществитьв.за­
имодействие анализа состояний и временного анализа.
Например, положительным качеством некоторых анали­
заторов является возможность
регистрации
и индикации
замеров ~BpeMeHHbiX интервалов; на которых производит­
ся анализ состояний. Таким образом, становится извест~
зона, в которой следует обратиться к временному
. ной
анализу.
Логические анализаторы используются так же для
анализа исполнения (выполнения) общего программного
обеспечения микропроцессорной системы. На дисплее
индицируется информация в форме графиков и гисто­
грамм об использовании адресации системы, времени вы­
полнения операторов программ и т. д. Дополнительные
режимы работы, такие, как анализ исполнения и др.,
являются особенностью логических анализаторов,по­
скольку, будучи микропроцессорнойиспытательной ап­
паратурой, их конструкции постоянно совершенствуются
с точки зрения программного обеспечения, так как поль­
зователи· требуют от изготовителей
большего расширения их функций.
Глава
аппаратуры
все
8
АВТОМА ТИЧЕСКОЕ ИСПЫТ АТЕЛЬНОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
До настоящего времени считалось, что проверка элек"
тронных приборов в ходе испытаний заключается в изме­
рении
независимых
параметров-напряжения,
ды тока. частоты, времени и т. п.
-
амплиту"
в небольшом числе
точек. Обычно эти параметры измерялись только 1 раз.
Типовые современные электронные приборь! на мик­
ропроцессорной базе требуют проверки большого числа
цифровых
и
аналоговых
пара метров
соответственно
в большем числе точек измерения. В дополнение к этому
параметры
часто
настолько
взаимосвязаны,
100
что
их
зна-
Q)
Рис. 8.1. Тенденции развития
современной испытательной ап-
,
'а
-
одиночный
снгнал,
ци
присутству­
ющвlI постоянно (АН - аиалоговые
нзмерители. ЦИ - цифровые изме­
рители); 6 - одиночиый периодиче -
ский
АИ
паратуры:
сигнал,
один
период временн
(Осц - осциллографы); в - два перио
, дических С, игнала, различные пе, -
риоды
времеии
(Д РО
а)
~
1\ А •
, V V
осцилло-
-
графы С двоlIио!! раз вертко!! с по- '
слесвечением);
г
непериодические
сигв8J1ы (ЦЗО - цифровой запомннающий ОСЦИJlлограф); д - множе-
'
t
-
ё)
CTВQ
снгиаJlОВ
непериодических,
миожество пернодов времени (ЛАлогические анаJlизаторы)
чения
имеют смысл
в
случае,
том
когда
Irvv Iа,"
1~IApa
лишь
они
контролируются в опреде­
ленном
соотношении
друг
к другу. Такие измерения
к тому же должны произ­
водиться одновременно.
Тенденции
электронного
ного
развития
испытатель­
оборудования,
ственно,
отражают
есте­
ЛА
это
изменение. На рис. 8,1
показаны
общие
пути
развития
испытательной
аппаратуры
тельных
от
тролирующих
чину
в
один
t
измери­
приборов,
одну
момент
д)
кон­
вели-
времени, до
многопредельных
при­
боров с индикацией величины в различные моменты
времени. Базовой аппаратурой являются простые ана­
'логовые и цифровые измерительные приборы, способные
осуществлять одиночные измерения
в отдельные момен­
ты времени. Осциллограф расширяет измерение, выпол­
няя его за определенный период времени. Двух- и четы­
рехлучевые ОСЦИJ!лографы позволяют выполнить неболь­
шое , ЧИСЛО измерений за этот период времени.
Логические анализаторы повышают эти способности
на двух последующих стадиях:
1) позволяя проводить 'большое число измерений
в единичный период времени;
101
2) благодаря недавнему. усовершенствованию логи­
ческих анализаторов, обеспечивая проведение большого
числа измерений за множество периодов времени.
ВО всех приведенных примерах пользователь эффек­
тивно реаJiизует функции ' испытательной аппаратуры.
Однако на этом тенденции развития не останавлива­
ются. Несмотря на то что электронные приборы стано­
вятся все более сложными , а изготовители пытаются со­
здать приборы с большими уровнями надежности, из-
Рис.
8.2.
Модульная автоматическая система испытательного
оборудования Wayne Кеп 8510 Impact
мерительная
аппаратура
сама
по
себе
все
более
усложняется. Ограничения, приведенные на рис. 8.1, не
являются предельными для испытательной аппаратуры,
а отражают лишь ограниченность человеческих возмож­
ностей. Становится несравненно труднее коррелироваТq
всю информацию, предоставляемую многими измерения­
ми, осуществляемыми с использованием современной . ис­
пытательной аппаратуры, а во многих случаях это даже
невозможно. По этой причине большинство систем со­
временной испытательной аппаратуры имеет микропро­
цессорное управление (рис. 8.2).
Прибор, например
цессорным
анализатор спектра с микропро­
управлением,
автоматически
102
выполняет
не-
сколько различных функций
(в отличие 01' обычного
анализатора спектра): сканирование частоты, задание
центральной частоты, установку разрешающей способ­
ности по ширине полосы частот пропускания. Большая
часть современной автоматической испытательной аппа­
ратуры программируемая, т. е. для
Ifee
характерно нали­
чие интерфейса, который позволяет управлять внутрен­
ним микропроцессором
и соответственно его измеритель-'
ными функциями с помощью внешней ЭВМ. Почти' все
измерительные средства автоматической испытательной
аппаратуры могут управляться через интерфейс. Получен­
ные результаты измерений поступают обратно в ЭВМ
для корреляции и визуального представления на дисплее.
Когда ЭВМ применяется для управления одним или бо­
лее программируемыми
автоматически
приборами;, тогда результирующая
измеРИ'i'ельными
система
называется
автоматическим испытательным оборудованием {А ТЕ).
Эта разница довольно важна: автоматическая испыта­
тельная аппаратура представляет собой приборы, ' спо­
собные выполнять измерения и индицировать измеренные
значения автономно или в системе. Автоматическое испы­
тательное оборудование представляет собой законченную
измерительную систему, включающую один или более
автоматических
контрольно-измерителыщх
.ЦР_ИЭQP9В
. и управляющую ЭВМ.
. ,
Такое испытательное оборудование дJlя
06есtf~чения
правильности работы требует управления, построенного
на базе ЭВМ, записи измерений и корреляции огромного
числа измерительных данных, представления их в удо'б­
ной для пользователя форме. Очевидно, пользователь
больше непосредственно
не
управляет
испытательным
оборудованием (хотя он должен пока осуществлять про­
tраммирование ЭВМ), и большинство, если не все, функ­
ции выполняются автоматически.
Измерения не ограничиваются возможностями поль­
зователя: любое число различных измерений может 'быть
выполнено за любое количество периодов времени. На­
пример,
пользователь
аналогового
вольтметра
имеет
большие затруднения в получении и записи даже одного
измерения в секунду. Программируемоеавтоматическое
испытательное оборудование позволяет получать, запи~
сь1Вать и представлять на дисплее до одной тысячи изме­
ренных значении за тот же период времени. В то же вре­
мя автоматическое испытательное
103
оборудование
может
JIолучать и записывать одно измерение каждую секунду
в течение нескольких тысяч дней без остановки и доста­
',Гочно точно.
8.1. Основные методы создани" автоматическоrо
испытатеnьноrо оборудования
Рассмотрим два основных метода создания автомати­
ческого испытательного оборудования. Во-первых, лю­
бой прибор может быть спроектирован и изготовлен
специально для какой-то цели. На рис. 8.3 приведен при­
мер структурной схемы такого прибора, способного выполнять множество измерений напряжения и тока и' в то
же время считать события, измерять частоту, искажения,
частотную характеристику и контролировать сигналы на
шине данных. Выходом прибора, поступающим в испы-
и
1
сие
СаП
!
иск
РСК
" lpЧХ
Рис.
8.3.
Один из методов создания автоматического ИСПЫТ. аТельно­
го оборудования, в соответствии с которым таким оборудованнем
является прибор, построенный специально для одного случая при.
менения:
-
,
,
вшд
внешняя шнна данных: СИС - соединения с системоlI, в которой про.
водятся измерения : и
напряжения, I - тока, Соб - событиll , f - ча,СТОТЫ,
Ие" - . нскаж е ния, рск
развертки сннусоидаlIЬНЫХ колебаниlt, Фчх
Фазо.
-
-
-
частотной x apaKTepHCTHK~j ИИ - измерительные иитерфейсы: МП..,. микропро,
цессор; Пр - прннтер; мн
моннтор; Кл - клавиатура; АСИ - автоматнче·
екая система испытательного оборудования; ИУЛ - интерфейс УПРавлеиия лоrикой; RAM _ оперативная память с произвольной выборкой (ОЗУ). ROM постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
"
-
,104
тываемую систему, является развертываемый по частоте
синусоидальный сигнал. Управление различной измери­
тельной аппаратурой обеспечивается с помощью микро­
процессора,
которым
в
свою
очередь управляет
пользо­
ватель с помощью программируемых команд. Автомати­
ческое испытательное оборудование этого типа является
фактически компьютерной системой, оснащенной вход­
ными и выходными блоками и позволяющей выполнять
измерения различных параметров испытываемой сиете-
Рис.
8.4,
Анализатор схем
ORAC
с персональной ЭВМ (АТЕ
Sys-
tems)
мы. Запись значений Этих параметров и формат скорре­
лированной информации зависят от программируемых ко­
манд пользователя
и индицируется на
мониторе или ко­
пируется на бумаге с помощью принтера (печатающего
устройства).
.
Второй метод создания автоматического испытатель­
ного оборудования предусматривает использование пер­
сональной ЭВМ (рис. 8.4) для управления испытательной
аппаратурой общего назначения, например
измерителя·
ми, универсальными счетчиками-таймерами, логическими
анализаторами, генераторами сигналов и другими, таким
.
образом, как если бы они были периферийными прибо·
рами (рис. 8.5). Каждый периферийный измерительный
прибор в.ыполняет измерения в исследуемой системе, аза­
тем передает их в ЭВМ, которая отображает коррелиро­
ванные данные на мониторе или печатает на бумаге. Так
105
же как и в первом методе, пользователь УJ:Iравляет pa~
ботой всей системы
с
помощью
программируемых
команд.
Из приведенных
выше
описаний
очевидны
главные
различия двух методов.
Ц8
Пр
цит
АС
УСТ
ГС
ЛА
Рис. 8.5. Другой метод создания автоматического испытательного
оборудования, при котором персональная ЭВМ используется для
управления программируемыми стандартными приборами:
-
пк
пеРСОН8льная qBM; ЦВ ~ цифровой вольтметр; ЦИТ - цифровой изме­
ритель тока; Пр - приитер; АС - анализатор ' спектра; ГС - генератор снгна­
лов;
ЛА
-
логический
аналнзатор;
УСТ
-
универсальный счетчик,таймер
Первый метод применяется для построения прибора
конкретного назначения, который, вероятно, будет оче/:lЬ
дорогим по первоначальным капитальным затратам и мо­
жет применяться лишь для испытаний только одной спе,­
цифической системы. Этот прибор,
скорее всего,
будет
использоваться для испытаний массовой серии электрон­
ных устройств.
Второй метод применяется для построения системы,
сделан~ой на заказ, которая все еще очень дорога, но
106 ,
может быть легко приспособлена для других
пытаний. Система, скорее
всего,
будет
видовис­
использоваться
для испытаний электронных устройств, которые выпуска­
ются в очень ограниченных количествах.
На практике даже первый метод может быть адапти­
рован, поскольку он часто используется как модульн.ый
подход при проектировании, что позволяет пользователю
заменять измерительные модули, необходимые для др у-
ЛА
Осц
РХ
Ш(
Рис. 8.6. Общая шина данных и управления, С.ВЯЗЫ8ающзя парал­
лельно каждый прибор с помощью резинового кабеля и обеСIJечи­
вающая возможность гибкой и легкой адаптации системы автоматического ,испытательного оборудования:
пк
ЛОВ;
-
персоиальиая ЭВМ; ДМ - цифровой мультиметр; ГС - геиератор сигна.
логическиil аиализатор;
Осц - осциллограф;
РК - резииовый ка·
бель продолжения связн с каждым перифернйиым пРиборЬм
J.lA -
гих применениЙ. Оба метода являются упрощенными
представлениями о крайностях философии проектирова­
ния автоматического испытательного оборудования.
Философией, конечно, является создание группы из­
мерительных приборов, управляемых с помощью ЭВМ,
которая в свою очередь работает под управлением про­
граммы, разработанной
пользователем
для конкретной
задачи.
По первому из приведенных выше методов комплект
измерительных приборов входит в полностью управляе-
107
Рис. 8.7. Мобильная автоматиче­
ская система 4100 Portoca\ для
калибровки
цифровых
мультиметров (Dаtгоп Instruments)
мую С помощью ЭВМ аппа­
ратуру. По второму методу
представляется
просто
на­
набор индивидуальных, но
взаимосвязанных приборов,
управляемых
центральной
ЭВМ.
Если несколькими прибо­
рами
управляет
одна
цент­
ральная
ЭВМ,
то
имеет
смысл связать каждый при­
бор двунаправленным интер­
фейсом
с
общей
шиной
данных и управления. Со­
единения, между
индивиду­
альнымиприборами и ЭВМ
чрезвычайно
упрощены часто эти связи
приборов
осуществляются простым резиновым кабелем '(рис. 8.6).
Такая
организация
_шин
для
автоматического
испыта­
тельного оборудования делает систему очень гибкой, по­
скольку дополнительный прибор может быть подсоеди­
нен к шинам без особых проблем . В этом случае изме­
нение требований к испытаниям системы выливается
в замену
приборов
и
перепрограммирование ЭВМ
,(рис. 8.7).
8.2.
Стандарты wины данных
_
На протяжении последних лет для создания автома­
тического испытательного оборудования используются
нескол.ько типов шин данных. В ряде случаев изготови­
тели , аппаратуры
проектируют
шины
данных
исключи­
тельно для своих собственных приборов, соответственно
ограничивая выбор польэователями периферийных _уст­
ройств. Многие шины данных, например V24 (базирую­
щаяся на раннем типе
RS
232С)
-
стандартная последо­
вательная шина передачи данных, а также параллельные
микропроцессорные шины
S 100, '6800
и Z8000 заимство­
ваны из других областей электроники. Данная ситуация.
108
естествеюю, приводила к полной неСОГo!Iщ:q13ацностц ; от­
дельных приборов между собой, что Бызыва,л(}о:грица­
тельную реакцию ее потенциальных ПОЛЬЗОБ;iтелеЙ• .
Однако в 1975 г. американским институтом - IEIШ бы­
ли определены шины данных специально _ ДЛЯ,_ 1;8ЯЗИ про­
граммиру'шых
измерительных
приборов. " - nериферии
и ЭВМ в единую систему автоматического испытатеЛЬ}lО~
го оборудования. Стандарт ШЕЕ
488 затем БЫлоБъеДFl~. -
нен со стандартом AN SI МС 1.1 и пересмо'Г:р~н в 1978r:i~ .
Фирма Hewlet Rackard использовала данный стандаР1.
для своей интерфейсной шины
(HP-IВ). - Стандарт
DIN IEC 625 также включает в себя стандарт ШЕЕ 488,
но выполнен с другими соединительными разъемами. Все
приведенные стандарты совместимы, а интерфейсная ши­
на аВТ9матического испытательного оборудования, к
кому бы стандарту она
ни
Kll-
принадлежала, . наЗрlВзется
универсальной интерфейсной шиной
(GP IВ).
Это сокра­
ш:енное название в дальнейшем мы и' будем использо-­
вать.
Принятие стандарта GPIВ привело, однако, к суще~
ственным
изменениям
конструкции
автоматического
ис­
пытательного оборудования. Большинство автоматиче­
ских контрольныхприборов в настоящее время выпуска­
ются в соответствии с требованиями этого стандарта, т. е.
являются программируемыми приборами и могут быть
использованы либо самостоятельно для проведения из­
мерений и индикации параметров исследуемой системы,
либо как часть автоматического испытательного оборудо':
вания. Стандарт GPIB имеет и свои ограничения, кото"
рые будут рассмотрены после анализа его основных осо­
бенностей.
8.3.
Общие характеристики
GР I В
Стандарты GPIB определяют все характеристики тех­
нического обеспечения {т. е.кабели, разъемы; напряже­
ния и тОКи сигналов; назнаЧение сигналов; временные со­
отношения между сигналами) интерфейса, а все характе­
ристики
программного
'обеспечения
определяются
пользователем. Иными словами, соединение компонентов
автоматической
испытательной
просто в соединении разъемов,
системы
возлагается
на
систеМы
заключается
а управление работой
пользователя,
109
покупающего
то
1!:ЛН иное программное обеспечение, необходимое для выполнения конкретных измерений.
.
На рис.
8.8
приведена структурная схема шины GPIВ.
Все блоки и узлы системы' подсоединены параллельно
к кабелю шины и имеют доступ ко всем линиям, форми­
рующим шину. Любой блок на шине может (в зависимо­
сти от его возможностей) передать (или получить) дан­
ные в (или от) любой другой блок. Кроме того, передат­
чик данных одновременно передает данные в несколько
инr
УП
шд
ПрД
к
ПеД
прд/п.ед
D10 1
'----fil08
L::==~D~A~V NRFD
'------'NDAG
lFG ATN
REN SRQ.
Ей!
Рис. 8.8. Структурная схема шины GPIВ (управление всеми связями
между приборами, подсоединенными к шине, осуществляется , одним
контроллером)
:
ПрД - прием~к (получение данных); ПеД - передатчик (передача даиных);
Инт - ннтерфеilс ·(управление н регулирование): УП - управление передачей;
ШД _ ШИН<I данных; К - контрол ле р (шина , упраВJlения. ПОJ!учениенпередача
даниых); D10 l-D10 8 - линни данных , ; ЕО/- «Конец.
или
«Иден:rифика­
ция~; DA V -«ДОСтоверные дaHHыe ~; NRFD - «Неготовность к приему дан_
I!ЫХ~; NDAC -«Неприятие данных>; 1Fс-«tброс интерфейса.; ATN - сВни­
мание.;
SRQ ~«3апрос обслужн ва lШЯ>; REN - сдисtаициониоера'эрешение.
1Ш
приемников. Блоки системы
GPIB :входят в один из 'c~e­
дующих классов:
приемник
-
может только получать данные;
nередатчи/f. - может только передавать данные;
приемник/передатчик - может переключаться с приема на передачу данных;
контроллер - ЭВМ, которая· определяет, какой из
при боров передает, а какой принимает информацию при
передаче данных. Контроллер также посылаетсriециаль­
вые команды, называемые интерфейсными сообщенuями,
в приборы на шине. Для шины требуется только один
контроллер.
Шина
GPIB
включает в себя
16
линий сигналов, раз­
деленных на три группы и состоящих из восьми линий
данных для передачи данных измерений и адресов,. трех
линий для управления передачей данных, пяти линий для
управления интерфейсом.
Восемь линий данных DIO 1-DIO 8 передают инфор­
мацию в двух направлениях. Данные передаются побайт­
но, т . е. серией байтов, 8 бит каждого байта передаются
параллельно. Байтами осуществляется обмен между до­
ступным передатчиком и доступным приемником в после­
довательности, которая будет описана далее.
Рассмотрим три линии управления передачей данных.
1. «Достоверные данные» (DAV). Этот сигнал пока­
З~IВает, что действительные дaH~ыe, поступающие из пе­
редатчика, присутствуют на линиях данных и готовы для
,
пересылки в приемники.
2. «Неготовность к nрие.му данных» '(NRFD). Этот
сигнал
показывает,
получения данных.
что
не
все
Передача
приемники
данных
готовы
возможна
для
лишь
в том случае, если все приемники готовы к приему дан­
ных. Таким образом, если любой приемник подтверждает
сигнал
NRFD, то передатчику запрещается устанавли­
вать сигнал DAV.
З. «Неnрuнятuе данных»·
'(NDAC).
Этот сигнал пока·
зывает, что не все приемники получили данные. Сигнал
nе устанавливается, если все приемники приняли байт
текущей информ,,!ции на линияхданных.
Теперь рассмотрим пять линий управления интерфей­
сом.
1. «Сброс интеРфейса»
'(IFC).
Этот
сигнал
может
быть установлен только контроллером. Сигнал использу­
ется для приведения интерфейсов. всех периферийны~
111
блщсов В нерабочее состояние, что целесообразно делать,
например, сразу же после включения.
2.
«ВНUМДlще» (ATN). Этот сигнал характеризует ин­
ф()рмэ.цию на линиях данных. Логический О указывает на
>ваднчне данных, а логическая 1 означает присутствие
адресов или команд.
3. «Дистанционное разрешение» {REN). Этот сигнал
.
предупреждает все приборы,
присоединенные к шине,
О. необходимости быть подготовленными к режиму ди­
станционного управления. Все органы управления на па­
нелях приборов блокируются, поскольку приборы адре­
суются как приемники.
4. «3аnрос обслуживания» '(SRQ). Сигнал на этой
nинии позволяет любому прибору прервать работу кон·
троллера и привлекает таким обра.зом внимание к себе
со стороны пользователя.
5.
«Конец» или «Ндентифuкдция» {ЕО!). Если посы­
пается
только один
этот сигнал,
то
это
означает
конец
передаваемоймногобайтной последовательности. Когда
сигнал ЕО! посылается в сочетании с сигналом ATN, то
эти
сигналы заставляют контроллер выполнять последо­
вательность опроса в целях определения наличия запро­
са на обслуживание устройств.
Передача данных Оог одного прибора к другому осу­
ществляется следующим образом. Сначала контроллер
«назначает» один прибор передатчиком и один или не­
сколько приборов приемниками, присваивая передатчику
и приемнику соответствующие адреса на шине. Для реа­
nизации этого сигнальная линия
ATN
устанавливается
контроллером сначала в состояние логической 1, таким
образом информируя все приборы, что шина данных со­
держит адресную информацию. После выдачи адресов
передатчика и приемника контроллер изменяет состояние
сигнальной линии А TN с логической 1 на логический о,
и управление передачей передается передатчику. Теперь
передатчик просто устанавливает данные на шине, а при­
емники принимают эти данные в асинхронной процедуре
обмена по одному байту в каждый момент времени.
На рис. 8.9 приведена временная диаграмма, характе­
ризующая основную процедуру обмена данными между
п~редатчиком и приемниками системыGРIВ {т. е. по.сле
того, как контроллер «назначил» один прибор передатчи­
ком и один или несколько приборов приемниками).Шина
112
работает с сигнальными уровнями ТТ Л в отрицательной
логике.
.
Сначала контроллер посылает дистанционное разре·
шение (сигнал
XATN
REN
в момент
t2 ),
в момент
t,)
и сигнал «Внимание»
которые приводят приборы к уста'·
новке сигналов (линии) «Неготовность к приему дaHHЫ~»
~NRFD) и «Непринятие данных» (NDAC). В Момент t з
самый быстродействующий прибор готов для принятия
а
REN
1
О
АТН
1
NRFD
О
1
ПОП
5
ШД
DA"
а
1
~
О
НОАС
,
'r----
1
t,
Рис.
8.9.
t2
tз
'
Временная диаграмма сигналов системы
GPIB,
характери­
зующая процедуру обмена данными между передатчиком И прием·
никами, которая необходима для разрешения передачи каждого бай-
та данных БД через шину данных ШД:
ПОП
_
последующая
операция
передачи
баllта
ния см. рис.
данных:
остальные обозначе_
8.8
данных. Однако поскольку сигналы
NRFD
всех подсо·
единенных приборов, связаны логической схемой И, логи·
ческий уровень,ЛИНИИ изменяется только тогда, когда все
приборы - приемники - готовы для приема данных '(сиг.
нал
,
NRFD
в момент t4 ).
Теперь передатчик представляет байт данных на ли·
ниях DIO l-DIO 8, т. е. на шине'данных {в момент Щ'
и затем сигнализирует об этом сигналом «достоверные
данные» (DAV в момент t6 ). Приемники сбрасывают
сигнал NRFD в момент t 7 •
8-244
113
Самый быс«rродействующий прибор имее'Г байт дан­
ных в момент t8 , но сигнальная линия NDAC обнуляется
тольков:момент tg• когдаприемники уже приняли байт
данных. Теперь передатчик снимает байт данных и сигнал
DAV
в момент
{1O • После некоторой паузы, которая зави­
сит от времени, необходимого каждому принимающему
прибору для обработки байта данных, сигнал NRFD в мо­
мент
t l1
вновь изменяется, и передача данных ПРОДО?l­
жается.
Поскольку в рассмотренном процессе обмена данными
используются три сигнальные линии
(DAV, NRFD
и
NDAC),
данная процедура часто называется. трехли­
нейным протоколом обмена. Она обеспечивает простой,
но эффективный метод передачи байтов через систему
GPIВ и не требует большого времени обработки данных
контроллера.
8.3.1. Ограничения
Стандарт
GPIB имеет множество ограничений, которые
следует учитывать при проектировании систем автомати­
ческого испытательного оборудования (рис.
Рис.
8.10.
Система
8.1 О, 8.11).
автоматического испытательного оборудования
ORAC (АТЕ Systems)
114
Максимально допустимое число приборов {включая
контроллер), которое может быть подсоединено к шине,
ёоставляет 15. Максимальная длина кабеля вычисляется
из расчета 2 м на каждый прибор, но не более 20 м
~(иногда даже меньше). Максимальное расстояние меж­
ду любыми двумя приборами ограничивается
Рис.
8.11.
Система
4 м.
автоматического
испытательного оборудования
Wayne Кеп 8315 Combat
Если длина кабеля равняется
20
м, шина передает ин­
формацИj() со скоростью 250000 байт/с. В случае более
коротких кабелей информация передается гораздо быст­
рее (со скоростью до 1 млн. байт/с). Однако 13 большин­
случаев на практике общая скорость передачи ин­
формации значительно меньше указанной максимальной
скорости, поскольку она ограничивается быстродействием
подсоединенных к шине приборов.
t:TBe
ПРМllожение
УСТРОЙСТВА ИНДИ1<АЦИИ
Устройства индикации в электронном испытательном
и измерительном оборудовании используются для инфор­
~ИРQвания пользователя об измеренном состоянии ис­
следуемой цепи. Поэтому считают, что тип индикаторов
во многом зависит от возложенных на него при испыта­
ниях функций. Поскольку необходимо проводить большое
количество различных видов испытании с привлечением
разнообразных приборов, соответственно следует иметь
115
и большое число типов индикаторов. Задача облегчается ·
тем, что для проведения многих различных испытаний
можно использовать один и тот же или подобный тип
индикатора.
Устройства индикации делятся на три категории: ана­
лого.вые (использующие перемещение передвижной ка­
тушgи), цифровые (на жидких кристаллах, светодиодах
и др.), комбинированные из аналоговых и цифровых
(электронно-лучевая трубка).
Идентифицируя эти три главных категории индикато­
ров, легче рассматривать и сравнивать их существующие
типы.
П1. AHanoroBbIe устронства инДикации,
основанные на принципе перемещения подвижнон
катуwки
Измерительные устройства, использующие принцип
. перемещения подвижной катушки, являются «ветерана­
ми» показывающих приборов. В том или ином виде они
существуют уже более 150 лет, хотя лишь около 100 лет
прошло с момента создания первого такого прибора.
Перемещение подвижной катушки определяется то­
ком, протекающим по проводнику, расположенному в по­
стоянном магнитном поле, который создает собственное
магнитное поле, взаимодействующее с этим постоянным
полем. В результате такого взаимодействия и возникает
сила, перемещающая
дикулярном
линиям
проводник в
направлению
направлении, перпен­
протекания
тока
и
силовым
постоянного магнитного поля.
В первых аналоговых приборах преДIlринимались по­
пытки nреобразования движения измерительного элемен­
та с использованием, главным образом, зеркал для пока­
за положения измерителя с помощью отраженного света.
Однако в большинстве движущихся систем, производи­
мых сегодня, для индикации показзний
применяется
стрелка .. Конструкция измерительного элемента с по­
движной катушкой доказана на рис. Пl.l. Однако это
лишь
упрощенная
модель
измерителя,
приведенная для
иллюстрации его принципа действия, в действительности
же существует множество различных приборов, основан­
ных : на принципе пе.ремещения подвижной катушки.
Проводник с протекающим ТОКОМ,который необходи­
мо нзмерить, выполняется . в виде прямоугольной катуш·
116
Рис. ПI.l. Основная конструкция
измерителя с подвижной катуш­
кой:
r-
стрелка,указатель;
:2 -
постоянный
магннт;
8 - верхня!! регулировочная
пружина; 4- подвижная катушка; 5магнитный сердечник ; 6 - нижняя ре·
ГУJlировочная
пружина
. намотанной
ки,
ник
из
ла,
такого,
на
магнитного
как
сердеч­
материа­
мягкое
же­
лезо. Сердечник жестко за­
креплен
на
оси
прибора
и
поворачивается
вместе
с ней, а с помощью специ­
альных регулировочных пру­
жин
в
он
устанавливается
определенное
Стрелка,
сердечнике,
для
положение.
закрепленная
на
используется
показания
положения
вращающегося
сердечника.
В полной конструкции измерителя над стрелкой распо­
ложена показывающая шкала, по которой считываются
показания прибора.
Сердечник и катушка расположены в магнитном
rro-
ле, создаваемом постоянным магнитом. Формы магнита
и магнитного сердечника в обмотке гарантируют, что
какое бы положение ни заняла катушка с сердечником,
поле постоянного магнита останется параллельным плос­
кости
катушки ' и
поэтому
сила
маГНИТНОГОПОЛ$l
всегда
будет постоянной. Когда через обмотку проходит .посто­
янный ток, он генерирует , другое магнитное , поле, сила
которого зависит от значения тока. Это поле. непосред­
ственно взаимодействует с полем постоянного магнита.
Реакция двух полей создает крутящий момент, который
вращает катушку с сердечником до тех пор, пока его не
уравновесят обратные усилия пружин: Поэтому угол по­
ворота
зависит
от
значения
тока, . протекающего
через
катушку, а положение стрелки на шкале показывает это
фактическое значение тока.
3aMeTl!M, ' что
в ' случае измерения переменного тока,
протекающего через катушку, создается переменный мо·
мент,враЩ'ающийкатушку, исерде,чникнаходится . сна·
чаJiа в одном, а затем в .другом (противоположном) по­
ложении.
Однако
существующая
инерция движения
117
,.
пр.едОХраняет . катушку с сердечником от действительного
перемещения в случае протекания любого, даже очень .
малоrо · переменного тока, и поэтому никакого вращения
катушки. а соответстве.нно и отклонения стрелки прибора
Не .. происходит. Иными словами, для того чтобы .при бор
мог . индицировать переменный ток, его схему измерения
необходимо модифицировать.
. Таким образом, мы рассмотрели, что происходит при
прохождении тока через катушку. Однако поскольку ка­
тушка обладает некоторым сопротивлением, аналогич­
ный эффект будет наблюдаться, если к измерителю при~
кладывается напряжение. Следовательно, движение ка­
тушки можно использовать для
показа
значений
как
напряжений, так и тока.
Важным преимуществом подвижной катушки являет­
ся то, что она получает управляющие ток или напряже­
ние от испытываемой цепи и при Э'I'ОМ никакого допол­
нительного источника питания не требуется. Простой
мулыиметр, использующий перемещение подвижной ка­
тушки
,
'
и
соответствующие
.
.
ним элементом
цепи,
u
испытательнои
является
многосторон"
аппаратуры, причем пол-
ностью портативным и способным работать почти в лю­
бых условиях окружающей среды.
Однако, низкое сопротивление катушки может значи­
тельнО«.нагружать»
испытываемые
цепи,
что
приводит
к . погрешностям показаниЙ. Точность прибора не очень
высока и зависит, по крайней мере, в некоторой степени
qтзрительного восприятия информации.
П1. Анапого-цнфровые индикаторы
-
эпектронно-пучевая трубка
На
рис. П2.1
приведена
упрощенная
конструкция
электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Экран трубки изнутри
покрыт фосфором - материалом, который флюоресциру­
ет и светится под воздействием электричества, скажем,
когда бомбаРДJiруется электронами. Электроды, распо­
'ложенные внутри трубки, выполняют различные ''Функ­
ции . Рассмотрим основные электроды и их назначение.
Подогреватель - обычно это проволочная спираль,
которая нагревается докрасна (начинает светиться) с по­
МОЩЪЮ электрического тока низкого напряжения. В ре­
зультате этого область вокруг подогревателя насыщается
электронами.
118
Ускоряющий электрод ан,ода ПОдДерживает высокий
положительный потенциал (по отношению к подогрева­
телю) для того, чтобы притягивать электроны из подо­
гревателя. Когда электроны достIfгают этого электрода,
их
кинетическая
энергия
такова, что
они
проскакивают
через электрод по направлению к лицевой части трубки
в виде луча .< «электронный луч»).
Рис. П2.1. Основная конструкция электронно·лучевой трубки:
подогрева те.ль; 2 - сетка; 8 - фокусирующий эпектрод; 4 - горизоитально
отк.лоняющие п.ластины: 5 - ускоряющий анод: 6 - вертикально отклоняющяе
пластины; 7 - экран
1-
Управляющая сетка
«держит»
переменный
отрица­
тельный потенциал по отношению к подогревателю, та­
ким образом отталкивая или не отталкивая отрицатель­
ные электроны
и обеспечивая
тем
самым
управление
ими.
Фокусирующий электрод. Потенциал на этом электро­
де можно изменять, благодаря чему создается луч как
можно
меньшего
поперечного
сечения
в
момент
соуда­
рения с экраном.
Подогреватель, ускоряющий электрод, управляющая
сетка и фокусирующий электрод называются электр.Он,­
н,ым nрожектором.
Отклон,яющие nластин,ы. Потенциал каждой пары вер­
тикальноили горизонтально отклоняющих пластин и по­
лярность этого потенциала '(положительная или отрица­
тельная) определяют, насколько электронный луч должен
отклониться от центра экрана. Например; если верхняя
119
пластина имеет положитеЛЬНЫЙ,а нижняя - отрицатель­
ный потенциал, то луч будет отклоняться вверх (по на­
правлению к пластине с положительным потенциалом).
Аналогично, изменяя потенциалы, приложенные к гори­
зонтально отклоняющим пластинам, луч отклоняется вле-
'
во или вправо.
.
Таким образом, направление луча (т. е. точка, в ко­
торой луч достигнет экрана), его сила (т. е. яркость ли­
нии развертки) и ширина (т. е. толщина линии разверт­
ки) регулируются электронным путем за счет изменения
напряжения, приложенного к различным электродам.
Конструкция базовой электронно-лучевой трубки мо­
жет быть усовершенствована в целях улучшения ее ха­
рактеристик,
повышения
чувствительности
или
яркости
луча, но в целом ее функции остаются такими же, как
были рассмотрены в этом параграфе.
П3. Запоминающая
электронно-лучевая
трубка
Одно из усовершенствований, которое почти изменяет
природу электронно-лучевой трубки, показано на рис.
ПЗ.1 . Обычная трубка используется только для демонст­
рации событий, протекающих в реальном времени, т. е.
индикация значений сигналов производится одновремен­
но с их измерением. Запоминающая ЭЛТ способна пред­
ставлять информацию значительно позднее, т. е. после
того, как oJia была получена.
Непосредственно за экраном, покрыты м фосфором, на­
ходится узел, названный экраном мишени, который вклю­
чает в себя накопительную сетку. В отличие от обычной
трубки запоМинающая ЭЛТ имеет два типа эле~тронных
прожекторов: обычный прожектор для создания электрон­
ного пучка и два или три других электронных прожек,
тора. Обычный прожектор известен в качестве заnисы­
'ВCfющего nрожектора и выполняет известные функции:
~апоминающая ЭЛТ поэтому может использоваться как
ЭЛТ, работающая в реальном времени. Считывающие
nрожекторы используются для «освещения» накопитель­
ной сетки широким параллельным пучком электронов
с малой скоростью движения, заряж~ющим сетку до по­
.Стоянного низкого отрицательного потенциала. В этом
состоянии электроны, поступающие со считывающих про­
жекторов, не ударяют по экрану.
, На
своем пути через запоминающую сетку к экрану
120
луч
записывающего
прожектора
приводит
к
возникно­
вению вторичной эмиссии с сетки, при этом сетка теряет
больше электронов, чем получает от луча записывающе­
го прожектора. Поэтому сетка становится положительно
заряженной в локальных точках, которые бомбарди:ру­
ются лучом записывающего прожектора. Локальные по­
ложительнозаряженные точки притягивают к себе эти
электроны считывающего прожектора с большей скоро­
стью, так что
электроны
считывающего луча
вызывают
вторичную эмиссию с сетки и проходят к экрану. Таким
РИС·.
ПЗ . I.
Запоминающая
электрон н о-лучевая
1
трубка,
использующая электронные
прожекторы
и
накопитель-
ную сетку:
/-
показы.вающиЙ
зап о мииающая
экран;
сетка;
3-
2вто­
ри ч иая собирающая сетка; 4считывающие
прожекторы;
5заПИСЫl!8ЮЩИЙ
электронный
прожектор
способом след, записанный однажды на экране, ~апоми­
нается, хотя, если быть точными, запоминания как та­
кового в действительности не происходит, а возникает
регенерационный процесс, который запускается с по­
мощью · первоначального одиночного луча.
Процесс запоминания является бистабильным, проте­
кающим
щего
неограниченно
прожектора
не
до тех пор, пока
уменьшится
ниже
луч
считываю-
уровня,
при
ко­
тором происходит регенерация, сопровождающаяся изме­
нением
управляющего
напряжения
на
управляющих
сетках считывающих прожекторов. Запоминающая ЭЛТ
способнапредставлять на экране единичное измерецное
" событие в те'чение времени, которое потребуется пользо­
вателю. Индицируемые события, однако, не могут быть
видоизменены или перемещены каким-либо образом, бу­
дучи однажды запомненными.
В целом электронно-лучевая трубка является наибо­
лее удобным индикаторным прибором. Она способна
с довольно высокой разрешающей способностью пред­
ставлять детали, хотя точность ограничивается способно­
стью пользователя считывать индицируемуюинформа-
J21
.
ЦИЮ, которая обычно представляется ваналоговой фор­
ме.
Однако
ряд
последних
разработок
ЭЛ Т,
используемых в испытательной аппаратуре, таКОЙ,как
QсщиллографЫ, l!огические анализаторы,
анализаторы
с:пектра и другие, могут представлять информацию в ал­
фавитно-цифровой форме, исключая, таким
образом,
. ошибки считывания. Причем показания могут считывать­
ся в условиях сильного освещения, поскольку ЭЛТ яп-
.
ляется эмиссионным индикаторным прибором, т. е. она
генерирует свой собственный свет. Основными недостат­
ками ЭЛТ являются большие размеры, масса и потреб­
ление энергии.
П".ЦИфровые инДнквторы
Существуют различные типы цифровых индикаторов.
Наиболее широкое распространение в последних разра­
ботках испытательного оборудования нашли индикаторы
на жидких кристаллах (LCD), светоизлучающих диодах '
'(LED) и вакуумные флюоресцентные индикаторы (VFD).
Эти индикаторы сходны больше по способу представле­
ни~ информации :( семисегментному или алфавитно-циф­
ровому), чем по приiщипу своей работы. По ЭТОЙ при­
чине нет необходимости обсуждать рабочие характери­
стики всех индикаторов. Рассмотрим только индикаторы
,
на жидких кристаллах.
Основной принцип работы индикаторов LCD рассмот­
рен на рис. П4.1, где слой жидких кристаллов показан
в
виде
<сандвича.>>.
между двумя
прозрачными
электро­
дами. Если к электродам не прикладывается потенциал,
то молекулы жидких кристаллов об:ыно·· выстраиваются
в
вертикальном
направлении
и
через
них
может
прохо­
дитъсвет. Однако когда электрический потенциал при­
кладывается к электродам, как показано на рис. П 1.4, б,
молекулы
жидких
кристаллов
поляризуются
в
горизон­
тальном направлении и препятствуют прохождению через
них света. Обычно непосредственно за нижним электро­
дом раэмещается СЛОЙОТj)ажающего материала, поэтому
при отсутствии напряжения
на
электродах
случайный
свет можетпроходить через прибор .и отражаться обрат­
но, создзваявпечатяеНIre белого объекта. При подаче
,'напряжения н возникновении поля случайный свет не
·проходит и обратно не отражается, создавая впечатление
теМного объекта. Такой индикатор не является эмисси·
122
онным, И его индикация зависит от адекватного количе­
ства окружающего света. Однако в ряде случаев индика ..
торы на жидких кристаллах используют различные фор­
мы обратного освещения (т. е. источник света расположен
сзади дисплея). Такнм образом создается эмиссион'н'ЫЙ
индикатор.
Основные разновидности жидких кристаллов - Н,ема ..
тическuе, ХQлестерические' и смектuческuе
Рис. П4 . 1 .
дисплеев
ПРИНЦИIJЫ
на
лах.
СлоА
кристаллов
в
виде
жидких
между
двум!!
11
ся
электродам
потенциал,
ваны
т а к,
(4),
циал
так,
что
падающий
через
злектродам
приклздыва, ет·
м олекулы
что
проходнт
не
поляризо'
свет
, структуру;
б
ПРИ1lл !> дЫSается
молекулы
свет
не
а)
(2):
прозрачиымн электродами
Q -
различаются
О. о' О , о 00о >
,,'..
' .·. ··Z
работы
кристал­
молекул жидких
(1)
расположен
сандвича
-
к
ориентироваиы
проходнт
J
(3)
-
потен­
через'
структуру
=o!)oL-·
o~oo ·
000
000
главным образом ориентацией молекул (рис. ПS.I) и при­
меняются д ля изгО'Товления индикаторов на жидких кри­
сталлах.
Нематические жидкие кристаллы более известны KFK
изогнутые
Н,ематuчet:кuе
положены под углом
900
кристаллы,
поскольку они
рас­
между электродами в отсутствие
внешнего потенциала.
Поляризующие пластины ( под углом 90" друг к дру­
гу) размещаю'l'СЯ на лицевой и обратной сторонах при"
бора таким образом, что' падающий свет, входя в дисплей,
поляризуется в одной плоскости е помощью первой IЩЛЯ­
ризующей пластины, затем проходит
через
жидкий
кристалл, где он изгибается на 900 с помощью структуры
криста,лла и затем покидает прибор, проходя через :8то,­
рую поляризующую пластину. ' Когда к пластинам при­
кладывается ' некоторый энергетический потенциал, все
молекулы' выстраиваются 8 том же направлении, что
и свет, который теперь проходит через жидкий кристаJ!Л
123
· без - изгиба
и поэтому не попадает на заднюю полярlfзую­
щую пластину.
И н,дикаторы н,а холестерических жидких кристаллах
fle
имеют поляризующих пластин, но к жидкому кристал­
лудобавляется дихроидная 1
сами
пристраиваются
к
краска. Элементы
молекулам
жидких
краски
кристаллов,
создавая тем
самым
электронно-управляемый
цвето­
фильтр, который изменяет свой цвет при приложении H~- .
пряжения. Элементы краски являются как бы «гостями»
у «хозяина»-кристалла.
Рис. П5.l. Три типа молекулярной структуры на жидких кристаллах:
а
-
нематическая;
6
-холестернческая: Ii -
смектическаи
Ин,дикаторы н,а смектических жидких кристаллах ос­
нованы на изменении свойств (т. е. фаз) самих кристал­
лов при различных температурах. В смектической темпе­
ратурной фазе расположение молекул жидких кристал­
'лов
не
изменяется
при
приложении
энергетического
потенциала. Однако если кристалл нагревать до нем:ати­
ческой фазы, а затем охлаждать до смектической фазы,
ориентация молекул будет такой же, K§lK и в нематиче"
ской фазе. Чтобы использовать это явление в смектиче­
ском индикаторе, применяют такую комбинацию матриц
. электрических линий, что каждый индивидуальный эле­
..мент индикатора может быть адресован и «подогрет» из
своего
нормального
смектического
состояния
в
немати'
ческую фазу. Работа смектического индикатора в чем-то
аналогична работе изогнутого нематического индикато­
ра, однако он обладает памятью, т. е. способен сохранять
и индицировать последнюю входную информацию в те­
чение нематической фазы.
1
те.
-
Обладающая двойным лучепреломлением в про ходящем све­
П рим. пер.
124
Форма индикатора на жидких кристаллах определи'­
ется в основном предъявляемыми к нему требованиям:.~,
поскольку электроды могут выпускаться практически лю­
бой формы и любых размеров. Чаще всего (например,
в · простом цифровом мультиметре, который представляет
определенное число цифр) вполне достаточно семисег­
ментнойструктуры. Однако если необходимо представить
более сложную алфавитно-цифровую или графическую
информацию (на ЭВМ или осциллографе) ; требуется со­
ответственно более сложный точечно-матричный инди­
катор.
Преимущества индикаторов на жидких кристаллах
и вообще всех типов цифровых ИНДИК,аторов в кон­
трольно-измерительной и испытательной аппаратуре оче­
видны. Наиболее важно то, что природа семисегментных
или алфавитно~цифровых индикаторов такова, что точ­
ность· и разрешающая способность прибора зависят не
от них, а от измерительных цепей, которые выводят циф­
ровую информацию на индикатор. Ошибки считывания
пользователей, характерные для приборов с подвижной
рамкой или аналоговых индикаторов с ЭЛТ, устраняют­
ся аналогично. Поэтому испытательные приборы, приме­
няющие цифровые индикаторы, обычно значительно точ­
нее аналоговой аш:rаратуры той же стоимости.
Числовые цифровые индикаторы, обновляя информа­
цию 2-3 раза в секунду, обеспечивают пользователю до­
стаТОЧНО.евремя для осмысливания (считывания) одно­
LCD
го измерения, прежде чем
следующее измерение будет
представлено на индикатор. Поэтому измерение медленно
меняющейся величины на них невозможно. Эффективное
измерение такой величины про изводится только аналого­
вымиприборами.
Индикаторы LCD в отличие от цифровых индикаторов
других типов Iютребляют очень . малую мощность, и по­
этому их можно встраивать в портативное испытательное
0150рудование с питанием от батареек.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к русскому изданию
Предисловие издателя
()т автора
з
Введение
6
4
5
ГЛ АВА
АНАЛОГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИ&ОРЫ
1.1.
Универсальные измерительные приборы
1.1,1. Измерение
1.1.2. Измерение
1.1.8. Измерение
~..t.4, Источники
•
•
напряжения постоянного тока
постоянного ' тока.
. • .
напряжения переменного тока
погрешностей
.
.
.
.
.
•
•
.~ :2. Специализированные аналоговые измерительные приборы
1.2.1.
1.2.2.
Аналоговое измерение мощности
Измерение
искажений
Г Л АВ А
12
14
15
15
17
19
20
21
2-
ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИ&ОРЫ
2.1 . Сигналы и назначение при боров
2.2'. Аналого-цифровое преобраэование
2.3. Индикаторы .
.•..
2.4. Преимущества цифровых измерительных
ГЛАВА
. .
приборов
27
28
34
35
3
ОСЦИЛЛОГРАФЫ
3.1:
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
Что показывает осциллограф
-.
Базовый осциллограф
•
Технические характеристики
Принадлежности
осциллографа
за
40
47
48
Точность приборов
50
52
Новые разработки
ГЛАВА
4
ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ
4.1.
54
Низкочастотные генераторы
Генераторы
функций
4.1.1 .
.
.
.
.
56
Цифровые низкочастотные генераторы
Генераторы сигналов
. . . , '.
58
60
62
62
4.1.2.
4.2.
4.2.1 .
4.2. 2.
4.2.3.
4.2.4.
Гетеродииные генераторы колебаний
Генераторы с фазовой синхронизацией
Общие требования к вы"одным сигналам
Свип-генераторы
126
64
66
ГЛАВА
5,
ИЗМЕРИТЕЛИ ЧАСТОТЫ, ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛО'
И СЧЕТЧИКИ СО&ЫТИIit
5.1;
5.2.
5.3.
5,4.
Высокочастотные измерения
Низк6ча~тотные
измерения
Аппаратура и ее эксплуатация
Погрешности • •
• . . •
ГЛАВА
70
72
74
77
6
АНАЛИЗАТОРЫ СПЕКТРА
6.1. Типы анализаторов спектра
6.2. Характеристики отображения
6.3. Технические характеристики аппаратуры и ее точность
Г.Л А В А
8L
86
90
7-
ЛОГИЧЕСКИЕ АНАЛИЗАТОРЫ
7.1. Особенности логических анализаторов
7.2. Основные режимы использования • •
Г ЛАВА
94
96
8
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ О&ОРУДОВАНИ&
8.1.
Основные методы создания автоматнческого испытатель".
ного оборудования
. .
8.2. Стандарты шины данных
.
8.3. Общие характеристики GPIВ
8.3.1. Ограничения
104
i08
[09
114
ПРИЛОЖЕНИЕ
устРОАСТВА ИНДИКАЦИИ
П1. Аналоговые устройства индикацнн, основанные на лринциле перемещення ПОДВИЖНОй катушки
П2. Аналого·цифровые
индикаторы - электронно-лучевая
трубка
..
.
. .
•
П3. Запомннающая электронно·лучевая труБI< а
П4. Цнфровые индикаторы
116
118
120
122 .
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
49 894 Кб
Теги
elektronnye, 1brindli, priboru, nye, izmeritel, kontrol
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа