генератор развертки
генератор развертки
генератор развертки, Журнал Радио 7 номер 1998 год. ИЗМЕРЕНИЯ
ИЗМЕРЕНИЕ НЕЛИНЕЙНОСТИ НАПРЯЖЕНИЯ РАЗВЕРТКИ
М. ДОРОФЕЕВ, г. Москва
Методы измерения погрешности устройства с линейно изменяющимся напряжением, представленные автором на примере генератора развертки осциллографа, могут быть использованы и для оценки качества других аналогичных узлов.
Линейно изменяющееся напряжение (ЛИН) находит применение в самых разных электронных устройствах. Наиболее наглядно, в буквальном смысле слова, оно проявляется в качестве развертывающего напряжения в канале горизонтального отклонения осциллографа.
Превращение осциллографа из устройства, позволяющего визуально качественно оценить форму исследуемого электрического сигнала, в точный измерительный прибор стало возможным после создания ЭЛТ с плоским экраном, внутренней беспараллаксной шкалой и точных калиброванных генераторов развертки. Для того чтобы определять длительность исследуемого сигнала непосредственно по шкале трубки, выходное напряжение генератора горизонтальной развертки должно быть линейно и стабильно. Но получить линейное развертывающее напряжение невозможно без умения измерять его нелинейность.
Методы измерения нелинейности рассмотрены на примере генератора развертки, описанного в [1]. На рис. 1 показана упрощенная схема его формирователя импульсов ЛИН. Линеаризация напряжения развертки производится изменением коэффициента передачи напряжения повторителя на VT1, VT2, в котором КU= (R2 + R3 + R4)/(R3 + R4).
Судя по величинам сопротивления резисторов, входящих в формулу, он весьма близок к 1. При изменении сопротивления резистора R2 от 0 до 5 Ом нелинейность напряжения развертки меняет свой знак и абсолютную величину на несколько десятых долей процента.
В статье рассмотрено несколько методов измерения. Их разрешающая способность, т. е. минимальная нелинейность, которую они могут измерить, достигает 0,02...0,04%.
В генераторе развертки, схема которого приведена на рис. 1, формирование ЛИН происходит путем зарядки конденсатора Ct постоянным током через резистор Rt, следовательно, падение напряжения на нем между точками А и Б должно быть постоянным. Обозначим его UR. Если подать это напряжение на вход измерительного осциллографа, то на экране изобразится, в первом приближении, горизонтальная прямая линия. Если КU не меняется на всем протяжении ЛИН, то линия на экране будет действительно прямой. В случае положительной нелинейности развертки правый конец линии на экране отклонится на величину ΔUR вниз, при отрицательной — вверх. Как правило, КU бывает не вполне стабильным, поэтому в общем случае нелинейность развертки
ε= ±(ΔUR /UR)x100[%].
Очень удобно проводить измерение UR осциллографом с дифференциальным входом. К сожалению, при большом сопротивлении Rt возникают значительные погрешности: входное сопротивление дифференциального каскада осциллографа, подключенное в точке А (обозначим его RBX), шунтирует резистор Rt. Обычно величина RBX=1 МОм. Другой вход дифференциального каскада осциллографа не влияет на параметры ЛИН, так как подключается к низко-омному выходу повторителя в точке Б.
Оценку нелинейности с хорошей точностью можно провести и обычным осциллографом. Схема измерения представлена на рис. 2. При измерении общие шины питания генератора и осциллографа и их корпусы должны быть изолированы друг от друга. Элемент G1 — для компенсации постоянной составляющей, установку которой производят подстроечным резистором R4.
Здесь входное сопротивление осциллографа присоединяется параллельно Rt и несколько укорачивает импульс ЛИН, не внося дополнительную нелинейность. Емкость корпуса осциллографа по отношению к корпусу генератора, а также входная емкость осциллографа и емкость кабеля щупа Свх также не оказывают влияние на формирование и параметры импульсов ЛИН.
Другой метод измерения нелинейности основан на том факте, что первая производная линейно изменяющейся функции есть величина постоянная. Это значит, что если сигнал с выхода формирователя ЛИН подать через дифференцирующую RC-цепочку на вход осциллографа, то на его экране увидим горизонтальную прямую линию (при ε = 0). Этот метод используется на практике и даже рекомендуется в качестве примера в сборнике задач для ВУЗов [2]. Однако в действительности на экране получается иная картина (рис. 3). Здесь U1 — линейно изменяющееся напряжение, U2 — ожидаемый вид изображения первой производной, U3 — реальная картинка.
Этот метод в том виде, как он обычно применяется, не годится для оценки нелинейности развертки рассматриваемого генератора, но есть один искусственный прием, позволяющий его использовать. Посмотрим на рис. 4, а. Последовательно с конденсатором Ct включен корректирующий резистор RK, по номиналу примерно равный Rt. При RK > 0 напряжение в точке А после размыкания ключа S возрастает не от 0, как обычно, а скачком — от UK = it • RK. Скачок напряжения передается на выход повторителя в точку Б, и на экране появляется картинка, изображенная на рис. 4,б. Возможности этого искусственного приема ограничиваются тем, что начало импульса U2 как бы отрезается. Если пожертвовать информацией от 10% длительности ЛИН, что вполне допустимо (начальный и конечный участки напряжения развертки редко используются), то U2 = 500...600 мВ. Разрешающая способность метода при использовании, например, осциллографа С1 - 83 с минимальной ценой деления 0,2 мВ, достигает 0,04 %.
Без применения RK начальная часть (10%) сигнала теряется при U2= = 100 мВ. Разрешающая способность метода ухудшается до ±0,2%. Ценное свойство этого метода состоит в том, что с его помощью можно измерять нелинейность напряжения развертки после усилителя горизонтального канала, чего другими методами сделать нельзя.
Еще один метод, предложенный В. А. Бондарем и В. А. Шавериным [6], по схеме (рис. 5) напоминает предыдущий. Последовательно с Rt и Сt включен резистор Rп, и сигнал снимается с него. После размыкания ключа S на резисторе Rп возникает скачок напряжения, как на резисторе RK в схеме 4,а. Чем больше сопротивление резистора Rп, тем больше величина сигнала и тем выше, казалось бы, должна быть разрешающая способность метода. Однако существуют источники погрешностей, которые ограничивают ее. В частности, сопротивление Rt образует с емкостью (Ск + Свх) интегрирующую цепочку. Передний край импульса Uп заваливается, и часть измеряемого сигнала теряется. При потере длительности около 10% амплитуда Uп составляет 500...600 мВ и разрешающая способность последнего метода такая же.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дорофеев М. Генератор развертки осциллографа. — Радио, 1996, ╧ 11, с. 32 — 34.
2. Сборник задач и упражнений по электрическим и электронным измерениям. — М.: Высшая школа, 1980.
3. Бондарь В. А., Шаверин В. А. Об одном методе измерения коэффициента нелинейности в генераторах ЛИН. — Метрология. 1975, ╧7, с. 63 — 70.
|
