Входное устройство осциллографа
Изобретение относится к области электроиэмерений и мо).ет быть испольэовано в осциллографических приборах, имеющих высокоомные входы. Целью изобретения является обеспечение возможности оперативного определения оператором влияния входного импеданса осциллографа на точность воспроизведения осциллограммы исследуемого сигнала. Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее аттенюатор 2 и входной разъем 1, дополнительно введены резистор 3, конденсатор 4 и выключатель 5, Выход аттенюатора является выходом входного устройства . Цриведенная схема конкретного выполнения предложенного устройства одинаково относится как к устройству непосредственного входа осциллографа, так и к входу через выносной делитель, придаваемый к осциллографу . В последнем случае данное устройство подключается на входе делительной ячейки выносного делителя . 2 ил. С/)
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
1 А1 (19) (11) (51) 4 С 01 R 13/20
eCrarl ьГ 1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
К А BTOPCKOIVIV СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 3837328/24-21 (22) 02.01.85 (46) 07.02.88. Бюл. ))- 5 (72) В.М. Левин и Г.И. Андреев (53) 621.317.75(088.8) (56) Осциллографы электронно-лучевые.
Каталог В.О. Машприборинторг М., 1982.
Осциллограф универсальный С1-91/1, Техническое описание и инструкция по эксплуатации ГВ 2.044, 100 Т.О.
Вильнюс. (54) ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ОСЦИЛЛОГРАФА (57) Изобретение относится к области электроизмерений и мо>„ет быть использовано в осциллографических приборах, имеющих высокоомные входы. Целью изобретения является обеспечение возможности оперативного определения оператором влияния входного импеданса осциллографа на точность воспроизведения осциллограммы исследуемого сигнала. Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее аттенюатор 2 и входной разъем 1, дополнительно введены резистор 3, конденсатор 4 и выключатель 5. Выход аттенюатора является выходом входного устройства. Приведенная схема конкретного выполнения предложенного устройства одинаково относится как к устройству непосредственного входа осциллографа, так и к входу через выносной делитель, придаваемый к осциллографу. В последнем случае данное устройство подключается на входе делительной ячейки выносного делителя. 2 ил.
137?23
Изобретение предназначено для использования в осциллографических приборах, имеющих высокоомные входы.
Цель изобретения — обеспечение возможности оперативного определения оператором влияния входного импеданса осциллографа на точность воспроизведения Осциллограммы исследуемого сигнала. 10
На фиг.1 представлена схема входного устройства, на фиг.2 — эквивалентные схемы соединения генератора сигналов с осциллографом.
Входное устройство содержит вход- 1 ной разъем 1, аттенюатор 2, резистор
3, конденсатор 4, выключатель 5. Выход аттенюатора является выходом входного устройства.
Устройство работает следующим об- 20 разом.
Нормальное состояние выключателя
5 — выключенное, что соответствует рабочему состоянию входного устройства. При этом входное активное сопро- 25 тивление, определяемое аттенюатором
2 равно R а входная емкость, oIIФ 5х 9 ределяемая емкостью входного разъема
1, аттенюатора 2 и монтажа, равна С „, ДлЯ KOHTPQJIH ВлиЯниЯ ВКОДКОГО им 30 педанса осциллографа выключатель 5 включается. При этом входное сопро-I
1 I тивление R и входная емкость С „ вх составляют
В.вк Rw
1 вх вх Э где RI — сопротивление резистора 3, (1)
Фр !
Свх = Св„+ С4 где С вЂ” емкость конденсатора 4. (2)
Уменьшение входного сопротивления 45 приводит к уменьшению величины изображения осциллограммы сигнала по оси напряжения (по вертикали), а увеличение входной емкости приводит к увеличению времени нарастания отображае- 50 мых сигналов.
Величина R может быть выбрана вх таким образом, чтобы при включении выключателя 5 наблюдалось уменьшение установившегося значения амплитуды отображаемого импульса, близкого по форме к прямоугольному, равное уменьшению, вносимому входным сопротивлением осциллографа в рабочем режиме.
Uv
R„+R »
Нц кех.
U = i R вх вх f + В и вх (1- — — -- ), (3) Rex
Ru+Rex вх
АП вх
Цц В. ц+ Квх где U ц — з начение амплитуды прямоугольного импульса источника сигнала до подключения осциллоrpафа, — установившееся значение ампвх литуды импульса на входе осциллографа, — относительное значение уменьшения амплитуды прямоугольного импульса, вносимое входным сопротивлением осциллографа R в„, Rö — внутреннее сопротивление источника сигнала.
Из (3) получают
1 — в
R ц (4) Rsx
Аналогично для режима контроля
,!
R = --- --- R вх У ll I (5) ! где — относительное значение уменьшения амплитуды отображаемого импульса в режиме контроля.
Выбирая (=2) получают
1 — 2в
R R вх 2 ц (6) 1 2
Величина С может быть выбрана
Вх таким образом, чтобы при включении выключателя 5 наблюдалось увеличение фронта отображаемого импульса, равное увеличению фронта, вносимому входной емкостью осциллографа в рабочем режи1 ме. Такой выбор значений Re„ и Св„ позволяет по наблюдаемому при включении выключателя 5 уменьшению амплитуды сигнала или увеличению наклона нарастающих или спадающих участков изображения сигнала оценивать вносимые входным импедансом искажения сигналов.
Иэ эквивалентной схемы соединения источника сигнала с осциллографом (фиг.2б) для случая измерения установившегося значения амплитуды прямоугольного импульса, когда влияние
С „ не сказывается, следует:
1372231
Пусть Го,, Го, Г о — длительность
О2 фронта отображаемого HMIIvJTbcR cooT ветственно в случае, когда входной
5 импеданс осциллографа не оказывает заметного влияния, в рабочем режиме, когда влияет входная емкость осциллографа, и в режиме контроля. Тогда по формуле (11) получают
О;, 7 .! ;., (12) 1 -?!!
R R
Е» в2(! ) (7) (8) Например, при =0, 1, что соответ- ствует уменьшению амплитуды на 10%, R1=0,8 Кв». Следовательно, если принять R = 0,8 R „, то при наблюдении в режиме контроля уменьшения амплитуды изображения сигнала на 10% оператор знает, что уменьшение амплитуды изображения сигнала в рабочем режиме от влияния входного импеданса осцил" лографа составляет 10%. Соответственно, при уменьшении в режиме контроля 20 амплитуды изображения сигнала на 5 или 3% в рабочем режиме амплитуда изображения сигнала уменьшается на
5,6 или 3,5%.
Таким образом, наблюдаемое в режи-25 ме контроля уменьшение амплитуды изображения сигнала более чем на 10% информирует оператора о недопустимости измерений, а менее чем на 10% — о вносимой погрешности в рабочем режиме.
| (13) ф 7 (14) . Z
ЬВ»2 (15) (!6) Пусть с„ — минимальная длительность фронта исследуемого импульса, при измерении которой обеспечивается задаваемая точность осциллографа, С„ зависит от времени нарастания переходной характеристики усилителя осциллографа и от класса точности осциллографа: 40
7 = т7 (9) (17) где m — коэффициент, зависящий от класса точности осциллографа.
При подключении осциллографа к ис- 45 точнику сигнала длительность фронта отображаемого на экране импульса составляет (18) ьвх.z 2 у (10) о О 7
50 где e» — время нарастания переходной характеристики цепи: источник сигнала — осциллограф (фиг.2а).
Подставляя в (10) значение из (9) получают
Из (4) и (6) следует:
Учитывая (1), получают
R = R ex (1-2 ) .
Из полученных выражений находят значения в»,7 в» 7 принимая с о,2
/ г /
=К, eо, и 0о =К2 о, "в», = Т 1+ш (К - 1)
3 где К, и К вЂ” относительное увеличение длительности фронта отображаемого импульса соответственно в рабочем режиме и в режиме контроля, вносимое входным импедансом осциллографа.
Полученные выражения позволяют рассчитать входную емкость осциллографов в режиме контроля.
Пусть m=3 (для осциллографа 2-ro класса точности). Пусть в рабочем режиме длительность фронта от влияния входного импеданса увеличивается на 10%, т.е. оо2 =1,1 оо, (К,=1,1).
Тогда из (15) находят в»,, =1,45с.
Для режима контроля принимают увеличение длительности фронта на
10% относительно рабочего режима, т.е. ñ =1,2 <„ (K =1,?). Тогда из (17) получают
Для случая, когда выходной импеданс источника сигнала можно считать активным сопротивлением, равным Rz а входной импеданс осциллографа емкостным сопротивлением, равным С в„ можно записать (фиг.2в): с в* =2, 2 R„C в„, (19) (20)
Для осциллографа с полосой !00 МГц ñ =3,5 10 9 С и, следовательно:
"e». =1,45 с = 5 10 С;
5 137
Принимая С „ =20 ° 10 и подставляя полученное значение „ в (19)
I получают
RU=114 Ом.
Подставляя значения К,„ и Г „ в (20), находят:
Сек= 29 2" 10 Ф что при подстановке в (2) дает C =
Итак, если при включении выключателя 5 наблюдается увеличение длительности фронта отображаемого на экране импульса более чем на 1ОЕэто информация для оператора о недопустимости измерений.
Введенные в примере ограничения в части учета только емкостной составляющей входного импеданса осциллографа допустимы. Например, для осциллографа с полосой 0-100 МГц, имеющего С „=20 пФ, емкостное сопротивление на частоте 30 МГц составляет
250 Ом, а параллельно включенным активным сопротивлением входа можно пренебречь.
Введенное в примере ограничение в части учета только активной составляющей выходного импеданса источника сигнала позволяет упростить расчет.
Однако это упрощение не очень существенно влияет на результат, так как наличие в выходном импедансе существенных реактивных составляющих влия2231 ет на форму переходной характеристики, но характер вносимых искажений мало изменяется от изменения значений входной емкости от С „ до С „, так как нас интересуют относительно малые искажения.
Приведенная схема конкретного выполнения предлагаемого устройства одинаково относится как к устройству непосредственного входа осциллографа, так и к входу через выносной делитель, придаваемый к осциллографу.
В последнем случае предлагаемое устройство подключается на входе делительной ячейки выносного делителя.
Формула изобретения
Входное устройство осциллографа содержащее последовательно соединенные входной разъем и аттенюатор, отличающееся тем, что, с целью оперативного обнаружения
25 влияния входного импеданса осциллографа на точность воспроизведения осциллограммы исследуемого сигнала, в него введены параллельно соединенные резистор и конденсатор, а также
3д выключатель, причем один общий вывод резистора и конденсатора соединен с входным разъемом, а другой — с первым выводом выключателя, второй вывод которого соединен с корпусом.
ArР
В1Н1ИПИ Заказ 476/36 Тираж 772 Подписное
Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
