Пример измерения длительности фронта импульса

Измерение временных параметров импульса - фронта, длительности по конкретному уровню сигнала, среза импульса — сопровождается появлением дополнительных составляющих по­грешностей, обусловленных ошибками определения уровней от­счета.

Пусть, например, требуется измерить длительность переднего фронта импульса t_ф. Изображение импульса на экране имеет амплитуду l_и =7 делений, расстояние между точками пересече­ния нарастающим передним фронтом уровней 0,1 и 0,9 от амплитуды импульса составляет l_ф(t) =3,5 деления (рис. 4). Измерения выполняются осциллографом С1-93. Переключатель коэффициента отклонения находится в положении 1 В/дел, а коэффициента развертки - в положении 0,1 мкс/дел.

РЕШЕНИЕ. 1. Точечная оценка длительности переднего фронта t_ф составляет:

t_ф = l_ф(t) *0,1 (мкс/дел);

t_ф =3,5 * 0,1 = 0,35 мкс.

2. Интервальная оценка складывается, во-первых, из четырех составляющих, имеющих ту же природу, что и при оценке временного интервала (см. предыдущий пример). Это погреш­ность калибровок масштабной сетки, состоящая из погрешности периода калибровочного сигнала D_ак(t) и погрешности совмещения калибровочного сигнала с масштабной сеткой D_ск(t):

D_ак(t)= ±d_ак(t)* l_ф(t),

D_ак(t)=±0,015 * 3,5 = ±0,0526 дел ;

D_ск(t)= ±d_ск(t)* l_ф(t),

d_ск(t) =±(0,1/10)*3,5 дел=±0,035 дел.

Следующую пару составляющих интервальной оценки обра­зуют погрешность совмещения измеряемого временного интервала с масштабной сеткой D_си(t) и погрешность, с которой измеряемый интервал изображается на экране D_и(t)

D_си(t) =±0,1 дел;

D_и(t)= ±d_и(t)* l_ф(t).

Здесь d_и(t) — справочная величина, задается в техническом описании. Для осциллографа С1-93 записано: "Пределы допу­скаемого значения относительной погрешности коэффициентов развертки при изображении сигнала по горизонтали не менее четырех делений для всех коэффициентов развертки, кроме 2 * 10⁵ ; 5 *10⁵ , и 1 * 10⁶ мкс/дел равны: основной -±4% без растяжки".

Однако изображение фронта в рассматриваемом примере менее четырех делений. Тогда абсолютная погрешность, с которой измеряемый интервал изображается на экране, D_и(t) определяется не действительной величиной, изображения интер­вала l_ф(t), а минимальным изображением l_min(t), для которого техническое описание гарантирует относительную погрешность коэффициента развертки d_и(t):

D_и(t)= ±d_и(t)* l_min(t);

D_и(t)= ±0,04 * 4 = ±0,16 дел.

Сумма четырех первичных составляющих погрешности

D¢_S(t)= D_ак(t) + D_ск(t)+ D_си(t)+ D_и(t);

D¢_S(t)= ±(0,0536+0,035+0,1+0,16) дел.

оставляем три значащие цифры: D¢_S(t)= = 0,348 дел.

3. Так как изображение переднего фронта имеет наклон, появляются дополнительные составляющие погрешности в опре­делении длительности фронта D_x(t), обусловленные погрешностя­ми в определении уровней отсчета фронта D_y (рис.5):

D_x(t)= D_y *ctga,

где a — угол наклона изображения переднего фронта сигнала относительно горизонтальной оси масштабной сетки (см. рис.4);

;

Погрешность D_y складывается из погрешностей определения нижнего уровня 0,1 и верхнего уровня 0,9 и зависит, во-первых, от погрешности D_си всей амплитуды импульса l_и и, во-вторых, от погрешности D_су совмещения заданного уровня 0,9 или 0,1 с масштабной сеткой. Погрешность отсчета вертикальной координаты D_си равна ±0,1дел. Значения ординат 0,9l_и и 0,1l_и находят по выражениям:

B=0,9*(l_и ±D_си) ±D_су;

C=0,1*(l_и ±D_си) ±D_су.

В нашем – случае

D_0,9y=±(0,9*D_си+D_су)

D_0,9y=±(0,9*0,1+0,1) дел.

D_0,1y=±(0,1*D_си+D_су)

D_0,1y=±(0,1*0,1+0,1) дел.

Дополнительная погрешность определения фронта

D¢¢_S(t)= D_0,1x(t)+ D_0,9x(t);

D¢¢_S(t)= ± ctga(D_0,9y+D_0,1y)

D¢¢_S(t)= ±(0,11+0,19)*ctga

D¢¢_S(t)= ±(0,3*0,625)= ±0,188 дел.

4. Полная интервальная оценка, с которой определяется изображение длительности переднего фронта, равна сумме всех составляющих погрешностей:

D_S(t)= D¢_S(t)+ D¢¢_S(t)

D_S(t)= ±0,348 +0,188)=±0,536(дел).

Полная относительная погрешность d_иSф определения изобра­жения t_ф:

;

.

Полная запись длительности изображения переднего фронта:

t_иф = (l_иф±D_S(t)) дел * 0,1(мкс/дел);

t_иф = (3,5±0,536) *0,1 = (0,35±0,0536)мкс.

На изображение, формируемое на экране, оказывает влияние переходная характеристика осциллографа: реальная величина переднего фронта t_ф отличается от замеренной по изображению на экране t_иф на величину времени t_н нарастания переходной характеристики канала тракта вертикального отклонения осцил­лографа:

t_ф =t_иф-t_н.

Величина t_н характеризуется в техническом описании: «Время нарастания Переходной характеристики каждого канала тракта вертикального отклонения, не более:

25 нс для всех коэффициентов отклонения кроме 5 мВ/дел и без выносного делителя 1:10;

35 нс для всех положений коэффициентов отклонения с выносным делителем 1:10 и положения 5 мВ/дел без делителя».

Таким образом,

t_ф=0,35- 0,025= 0,325 мкс.

Относительная погрешность определения длительности переднего фронта

d_tф=±(D_S(t)*0,1)/ t_ф;

d_tф =± (0,536*0,1)/ 0,325=±0,16.

ПРИЛОЖЕНИЕ I

Форма представления отчёта

Отчет по лабораторной работе № I

ЭЛЕКТРОННЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ.

Цель работы ...

Структурная схема универсального осциллографа (см. приложение 2)…

Технические данные осциллографа ...

(Выписываются технические данные используемого в рабо­те осциллографа в соответствии с перечнем, приведён­ным в п.2 раздела содержание лабораторной работы.)

Измерение №1

1.Полная осциллограмма измеряемого импульса.

Рис.1

Масштабы координатной сетки экрана осциллографа:

- по вертикали...

- по горизонтали...

Измеренные параметры сигнала в делениях масштабной сетки экрана осциллографа:

- амплитуда импульса.

- длительность импульса по уровню напряжения 0,1;

- длительность импульса по уровню напряжения 0,5;

- длительность импульса по уровню напряжения 0,9.

Вычисленные параметры импульса:

- амплитуду,

- длительность импульса по уровню напряжения 0,1,

- длительность импульса по уровню напряжения 0,5,

- длительность импульса по уровню напряжения 0,9,

-

2. Осциллограмма переднего фронта измеряемого импульса.

Рис.2

Масштабы координатной сетки экрана осциллографа:

- по вертикали...

- по горизонтали...

Измеренные параметры переднего фронта в делениях масштабной сетки экрана осциллографа:

- амплитуда импульса.

- длительность переднего фронта.

Вычисленные параметры переднего фрнта:

- амплитуда,

- длительность переднего фронта.

3. Осциллограмма заднего фронта измеряемого импульса.

Рис .3

Масштабы координатной сетки экрана осциллографа:

- по вертикали...

- по горизонтали...

Измеренные параметры заднего фронта в делениях масштабной сетки экрана осциллографа:

- амплитуда импульса.

- длительность заднего фронта;

Вычисленные параметры заднего фронта:

- амплитуда,

- длительность заднего фронта.

Вычисленная суммарная длительность переднего и заднего фронтов.

4. Результаты расчета погрешностей измерений измеренных параметров.

Выводы…

(В выводах необходимо отметить, какие параметры импульса измерены в пределах точности, обеспечиваемой классом точности использованного осциллографа.

Сделать сопоставление точности измерения суммарной длительности переднего и заднего фронтов измеряемого импульса, полученной:

как сумма переднего и заднего фронтов;

как разность длительности измеренного импульса по уровням 0,1 и 0,9.)

Измерение №2

Результаты измерения параметров выходного импульса минимальной длительности генератора импульсов.

(Представить результаты измерения №2 точно так же, как и результаты измерения №1.)

Структурная схема универсального осциллографа

Рис. П.1

На рисунке: I - входная цепь, 2 - предварительный усилитель, 3 - оконечный усилитель Y, 4 – схема синхронизации и запуска, 5 - генератор развертки, 6 - оконечный усилитель X, 7 - калибратор, 8 - оконечный усилитель Z; 9- блок питания.

Литература

1. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. -

М.:Радио и связь, 1985.

2. Методы электрических измерений: Учебное пособие для вузов/

Л.Г.Журавин, М.А.Мариненко, Е.И.Семёнов, Э.И.Цветков; Под ред.

Э.И.Цветкова. - Л.: Энергоатомиздат. 1990г.

3. Мирский Г.Я. Электронные измерения. -М.: Радио и связь, 1986.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.. 2

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ... 3

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА.. 5

Пример измерения напряжения. 7

Пример измерения временного интервала осциллографом.. 9

Пример измерения длительности фронта импульса. 12

ПРИЛОЖЕНИЕ I 16

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 20

Литература.. 21

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: