Определения колебаний.
Основной термин для определения процесса, который повторяется со временем, является волна. По своей природе волны бывают разными, но если мы говорим об осциллографах, то этот прибор работает с волнами (временными колебаниями) напряжения. Один период волны – наименьший промежуток времени, за который система совершает одно полное колебание. Дисплей осциллографа предназначен для графического отображения формы сигнала, а именно, для отображения напряжения по вертикальной оси и, соответственно, времени по горизонтальной оси.
Форма колебаний напряжения может нести много полезной информации о сигнале в целом. В любой момент времени пользователь с помощью горизонтальной и вертикальной осей может сделать выводы о временных изменениях напряжения. Наиболее распространенными видами колебаний можно назвать: синусоидальные, квадратные или прямоугольные, треугольные или зубчатые, ступенчатые или импульсные.
Синусоидальная форма сигнала – владеет всеми гармоническими математическими свойствами, большинство источников питания переменного тока продуцируют колебания этой формы. Одним из вариантов синусоидальных колебаний есть затухающие синусоидальные колебания, которые можно наблюдать в контурах, где происходит колебания напряжения, но амплитуда которых уменьшается со временем.
Квадратная и прямоугольная формы сигнала – такая графическая зависимость колебаний является достаточно распространенной, и актуальна в тех случаях, когда изменения напряжения (рост или спад) происходит через равные интервалы. Эта форма сигнала используется для тестирования усилителей, у хорошего усилителя изменения амплитуды имеют квадратную форму с минимальным искажением. Такая форма сигналов также широко используется в теле-, радио- и компьютерных схемах. По поводу прямоугольной формы сигнала следует отметить, что в целом она идентична к квадратной, за исключением того, что временные интервалы высоких и низких значений амплитуды есть разными.
Треугольная и зубчатая формы сигнала – продуцируют схемы, что служат для контроля линейности напряжения, такие как горизонтальная развертка аналоговых осциллографов или же растровое телевизионное сканирование. Переходы между уровнями напряжения в этих волнах меняются в постоянном диапазоне и называются пилообразными изменениями.
Ступенчатая и импульсная формы сигнала – такие формы сигналов являются или одноразовыми, или кратковременными и указывают на внезапные изменения напряжения. Набор движущихся импульсов определяется как импульсная последовательность. Цифровые компоненты в компьютере «общаются» друг с другом с помощью импульсов, также такие импульсные группы распространены в рентгеновском и коммуникационном оборудовании.
Исследование формы колебаний сигнала.
Частота и период.
Любой повторяющийся сигнал имеет частоту колебаний, которая измеряется в Герцах и равна числу полных циклов, совершённых за единицу времени, например, за одну секунду. Еще одной характеристикой колебательного процесса есть период — наименьший промежуток времени, за который система возвращается в то же состояние, в котором она находилась в первоначальный момент, выбранный произвольно. Эти две характеристики обратно пропорциональны друг к другу, то есть, если частота колебаний 5Гц, то период колебаний равный 0,2 с. Как правило, для определения этих параметров служит горизонтальная временная шкала осциллографа, и, соответственно меню интерфейса для временных характеристик. Современные цифровые осциллографы имеют ряд дополнительных возможностей по определению временных характеристик. Для примера, осциллографы RIGOL серии DS 1000, предоставляют возможность автоматического измерения следующих параметров времени (см. рис.1.): частота (Freq); период (Period); длительность нарастающего и спадающего фронтов импульса (Rise Time и Fall Time); длительность положительного и отрицательного импульсов (+Width и -Width); относительная длительность отрицательного или положительного импульсов; задержка спадающего или нарастающего фронтов канала 2 относительно канала 1.
Рис. 1.
Определение некоторых параметров времени осциллографом RIGOL серии DS 1000 на примере импульса.
Напряжение.
Напряжение является электрическим потенциалом между двумя выбранными точками в схеме. Обычно одной из этих точек есть земля (0 В). Также пользователь может измерить напряжение между максимальным и минимальным значениями напряжения, что называется размахом напряжения сигнала. Опять-таки, как показано выше для временных характеристик, цифровые осциллографы вместе с основным значением напряжения дают возможность пользователям параллельно определять дополнительные значения напряжения. Как показано на рис.2 осциллографы RIGOL серии DS1000 предоставляют возможность автоматического измерения следующих параметров напряжения: Vpp — размах напряжения сигнала; Vmax и Vmin — максимальное и минимальное значения напряжений сигнала, полученных при регистрации всей осциллограммы сигнала; Vamp — амплитуда напряжения сигнала между уровнями Vtop и Vbase; Vtop и Vbase — напряжения вершины и основания импульса, которые используются для прямоугольных импульсных сигналов; Overshoot и Preshoot— положительный выброс на вершине и отрицательный выброс у основания, которые используются для прямоугольных импульсных сигналов; Vavg и Vrms — среднее арифметическое и среднеквадратическое значения напряжения для всей осциллограммы сигнала.
Рис. 2. Определение параметров напряжения осциллографом RIGOL серии DS 1000 на примере импульса.
Фаза.
Эта характеристика, как правило, служит для описания гармонических (синусоидальных) колебаний. Один цикл таких колебаний имеет 360 градусов. Используя это, пользователь может определить угол сдвига фазы гармонического колебания, когда нужно описать величину пройденного сигналом периода. Сдвиг по фазе используют при определении временной разницы (задержки) между двумя похожими сигналами. Например, осциллографы RIGOL серии DS 1000 имеют, так называемую, функцию режима X-Y, формат которого служит для изучения соотношения фаз двух сигналов. На рис. 3 показано вид окна названого осциллографа при использовании данной функции прибора.
Рис. 3. Вид дисплея осциллографа RIGOL серии DS 1000 при использовании режима X-Y