Содержание
Введение..........................................................................................................................3
Глава 1. История и основы электронной осциллографии ..........................................7
1.1. Сигналы и их спектры......................................................................................7
1.1.1. Синусоидальные колебания и сигналы ...........................................................7
1.1.2. Понятие о спектральном синтезе сложных сигналов ....................................8
1.1.3. Фурье-анализ и синтез периодических функций ...........................................9
1.1.4. Дискретный фурье-анализ и спектр периодических функций....................11
1.1.5. Непрерывное преобразование Фурье для произвольного сигнала .............12
1.1.6. Быстрое преобразование Фурье (БПФ).........................................................13
1.1.7. Эффект Гиббса.................................................................................................14
1.2. История осциллографии..................................................................................15
1.2.1. Механические, светолучевые и магнитоэлектрические осциллографы......15
1.2.2. Трубка и осциллоскоп Брауна........................................................................16
1.2.3. От трубки Брауна к трубке с электростатическим отклонением ................18
1.3. Современные осциллографические трубки .......................................................21
1.3.1. Особенности конструкции осциллографических ЭЛТ.................................21
1.3.2. Графическая скорость луча.............................................................................22
1.3.3. Время установления отклоняющей системы.................................................23
1.3.4. Отклоняющие системы осциллографических ЭЛТ ......................................24
1.3.5. Осциллографические трубки специального назначения..............................25
1.4. Принцип действия и устройство аналогового осциллографа..............................28
1.4.1. Принцип действия осциллографа ..................................................................28
1.4.2. Структурная схема аналогового осциллографа .............................................28
1.4.3. Требования к усилителям осциллографа.......................................................32
1.4.4. Особенности широкополосных осциллографических усилителей..............37
1.4.5. Принципы построения генераторов развертки.............................................42
1.4.6. Узлы синхронизации осциллографов ............................................................45
1.4.7. Блоки питания осциллографов.......................................................................45
1.5. Параметры и выбор электронных осциллографов.............................................46
1.5.1. Основные параметры.......................................................................................46
1.5.2. Дополнительные параметры ...........................................................................47
1.5.3. Выбор осциллографов .....................................................................................47
Глава 2. Аналоговые осциллографы широкого применения......................................51
2.1. Лучшие из реликтов........................................................................................51
2.1.1. Ламповые осциллографы 50—60-х годов двадцатого века...........................51
2.1.2. Массовые советские транзисторные осциллографы 60-х годов ..................53
2.1.3. Осциллографы для радиолюбителей и радиолюбительские ........................55
2.2. Современные сервисные аналоговые осциллографы .........................................57
2.2.1. Сервисные осциллографы серий ОСУ и MPC .............................................57
2.2.2. Отечественные сервисные осциллографы .....................................................59
2.3. Современные отечественные универсальные осциллографы ..............................61
314
2.3.1. Отечественные универсальные осциллографы .............................................61
2.3.2. Современные универсальные осциллографы фирмы Good Will .....................67
2.3.3. Современные универсальные осциллографы серии АСК............................72
2.3.4. Осциллографы AKTAKOM-IWATSU Hi-End-класса ...................................77
2.3.5. Универсальные осциллографы фирмы HITACHI ........................................82
2.3.6. Осциллографы фирмы PINTEK.....................................................................83
Глава 3. Цифровые и стробоскопические осциллографы.........................................85
3.1. Цифровое представление аналоговой информации ...........................................85
3.1.1. Общие принципы построения цифровых осциллографов...........................85
3.1.2. О выборе числа отсчетов и восстановлении сигналов .................................87
3.1.3. Об интерполяции в цифровых осциллографах .............................................88
3.1.4. Принципы построения стробоскопических осциллографов .......................89
3.1.5. Генераторы стробирующих импульсов ..........................................................91
3.1.6. Устройства выборки сигналов ........................................................................92
3.2. Современные аналогово-цифровые осциллографы............................................93
3.2.1. Аналогово-цифровые осциллографы AKTAKOM.........................................93
3.2.2. Аналогово-цифровые осциллографы фирмы Good Will ..............................95
3.3. Цифровые осциллографы................................................................................96
3.3.1. Цифровые осциллографы Минского приборостроительного завода..........96
3.3.2. Цифровые осциллографы фирмы Good Will...............................................100
3.3.3. Цифровые осциллографы AKTAKOM.........................................................102
3.3.4. Цифровые осциллографы фирмы HITACHI...............................................105
3.3.5. Цифровые осциллографы фирмы TEKTRONIX.........................................106
3.3.6. Осциллографы фирмы Tektronix с цифровым люминофором...................110
3.3.7. Цифровые осциллографы фирмы RIGOL...................................................112
3.3.8. Цифровые осциллографы фирмы LeGroy (общая оценка)........................112
3.3.9. Цифровые осциллографы LeGroy WaveRunner...........................................114
3.3.10. Цифровые осциллографы LeGroy WaveSurfer ...........................................118
3.3.11. Цифровые осциллографы LeGroy WavePro ...............................................118
3.3.12. Цифровые осциллографы LeGroy WaveMaster..........................................123
3.3.13. Стробоскопические осциллографы серии Wave Expert с полосой
до 100 ГГц.....................................................................................................124
3.3.14. Цифровые осциллографы фирмы Agilent Technologies.............................127
3.4. Портативные цифровые осциллографы ..........................................................129
3.4.1. Тенденция микроминиатюризации цифровых осциллографов.................129
3.4.2. Миниатюрные осциллографы АКТАКОM..................................................129
3.4.3. Цифровые осциллографы — скопметры фирмы FLUKE ..........................131
3.4.4. Графические мультиметры-осциллографы фирмы BEETECH..................140
3.4.5. Портативные осциллографы фирмы Velleman ............................................140
3.4.6. Портативный оcциллограф-мультиметр DMM-740....................................144
3.4.7. Портативные осциллографы-мультиметры фирмы METEX......................145
3.4.8. Портативные осциллографы корпорации Tektronix ...................................146
3.4.9. Цифровые осциллографы — ноутбуки фирмы Hitachi ..............................150
Глава 4. Виртуальные осциллографы и лаборатории.............................................152
4.1. Виртуальные PC-осциллографы ....................................................................152
4.1.1. Назначение виртуальных осциллографов и их типы..................................152
315
Содержание
4.1.2. Виртуальные осциллографы в виде плат расширения ПК ........................153
4.2. Виртуальные осциллографы фирмы Velleman .................................................153
4.2.1. Виртуальные осциллографы фирмы Velleman.............................................153
4.2.2. Спектроанализатор на базе виртуального осциллографа
фирмы Velleman..............................................................................................156
4.2.3. Самописец на базе виртуального осциллографа фирмы Velleman............156
4.2.4. Работа с PC-осциллографом фирмы Velleman............................................157
4.3. Виртуальные функциональные генераторы фирмы Velleman............................159
4.3.1. Функциональные измерительные генераторы ............................................159
4.3.2. Виртуальные функциональные генераторы фирмы Velleman....................160
4.3.3. Работа с виртуальным функциональным генератором фирмы Velleman .161
4.4. Компьютеризированная лаборатория PC-Lab 2000 .........................................163
4.4.1. Создание компьютеризированной лаборатории PC-Lab 2000...................163
4.4.2. Специальные возможности лаборатории PC-Lab 2000 ..............................164
4.5. Новые возможности виртуальной лаборатории PC-Lab 2000 v. 1.38 ...............167
4.5.1. Развитие лаборатории PC-Lab 2000 .............................................................167
4.5.2. Установка обновленной лаборатории PC-Lab 2000....................................167
4.5.3. Новый режим запоминания осциллограмм PERSIST................................167
4.5.4. Отключение режима соединения точек графиков......................................168
4.5.5. Автоматизация измерений параметров осциллограмм...............................170
4.5.6. Режим запоминания спектрограмм..............................................................172
4.5.7. Другие возможности обновленной PC-Lab 2000 ........................................173
4.6. Осциллографические модули и платы фирмы BORDO ...................................174
4.6.1. Цифровой осциллограф BORDO-421 с USB-интерфейсом.......................174
4.6.2. Цифровые осциллографы — плата В-121 и приставка В-323....................176
4.6.3. Двухканальные цифровые осциллографы — платы PCI............................178
4.6.4. Интерфейс пользователя осциллографов фирмы BORDO ........................180
4.7. Платы-осциллографы других фирм................................................................181
4.7.1. Ультраскоростные платы М8-500, М8-500У и M8-1000.............................181
4.7.2. Приставка-осциллограф DSO-2100..............................................................183
4.7.3. Осциллографическая приставка SDS200 .....................................................184
4.8. Виртуальная USB-лаборатория АКТАКОМ...................................................186
4.8.1. Управляемые источники питания ATH-1535/1539 .....................................186
4.8.2. Функциональные генераторы AHP-3121/3122 ............................................186
4.8.3. Генератор измерительных телевизионных сигналов AHP-3125/3126 .......187
4.8.4. Цифровые запоминающие осциллографы АСК-3106/3107/3116/3117......188
4.8.5. Комбинированный прибор АСК-4106.........................................................190
4.9. Виртуальный характериограф ACC-4211 .......................................................193
4.9.1. Приставка ACC-4211 и ее параметры..........................................................193
4.9.2. Работа с приставкой ACC-4211 ....................................................................194
Глава 5. Осциллографические измерения .............................................................196
5.1. Подготовка аналогового осциллографа к работе.............................................196
5.1.1. Включение аналогового осциллографа и подготовка его к работе ...........196
5.1.2. Подключение осциллографа к источнику сигнала.....................................197
5.1.3. Выбор режимов работы усилителей канала Y.............................................198
316
Содержание
5.1.4. Калибровка чувствительности ......................................................................199
5.1.5. Учет влияния входной цепи осциллографа .................................................200
5.1.6. Применение компенсированных делителей напряжения ..........................202
5.1.7. Установка точной компенсации делителя...................................................204
5.1.8. Лабораторные испытания аналоговых осциллографов ..............................205
5.2. Работа с разверткой и синхронизация............................................................208
5.2.1. Изменение режимов развертки.....................................................................208
5.2.2. Запуск нарастающим или спадающим изменениями сигнала...................208
5.2.3. Установка длительности и растяжка развертки ..........................................209
5.2.4. Наблюдение телевизионных сигналов .........................................................209
5.2.5. Выбор источника запуска и синхронизации развертки .............................210
5.3. Измерение параметров сигналов ....................................................................210
5.3.1. Измерение амплитуды и уровней сигнала...................................................210
5.3.2. Измерение временных интервалов...............................................................211
5.3.3. Измерение сдвига фаз синусоидальных сигналов ......................................212
5.4. Измерения в режиме X—Y.............................................................................213
5.4.1. Измерение фазового сдвига с помощью фигур Лиссажу...........................213
5.4.2. Сравнение частот с помощью фигур Лиссажу............................................214
5.4.3. Осциллограф в роли характериографа.........................................................216
5.5. Некоторые другие применения осциллографа .................................................217
5.5.1. Наблюдение амплитудно-модулированных сигналов.................................217
5.5.2. Вычисление коэффициента модуляции.......................................................220
5.5.3. Применение калибратора для исследования переходных процессов
в RC-цепях .....................................................................................................220
5.5.4. Наблюдение переходных процессов в LRC-цепях......................................220
5.5.5. Курсорные измерения ...................................................................................222
5.6. Особенности измерений цифровыми осциллографами.....................................224
5.6.1. Измерение постоянных напряжений и калибровка ...................................224
5.6.2. Измерение частотных и временных параметров
цифровых осциллографов.............................................................................225
5.6.3. Выбор вида интерполяции............................................................................226
5.6.4. Использование накопления (аналогового послесвечения) ........................227
5.6.5. Работа с памятью цифрового осциллографа ...............................................228
5.6.6. Цифровой осциллограф в роли анализатора спектра.................................228
5.7. Специальные вопросы осциллографирования .................................................229
5.7.1. О дискуссии «Good Will против Tektronix» .................................................229
5.7.2. Как регистрируют процессы различные типы осциллографов..................230
5.7.3. О роли памяти в цифровых осциллографах ................................................231
5.7.4. Применение окна для просмотра части содержимого памяти ....................232
5.7.5. О случайной дискретизации и эффективной ее частоте............................234
5.7.6. Курсорные и автоматические вычисления..................................................236
5.7.7. Особенности работы разверток и синхронизации......................................237
5.7.8. Быстрое преобразование Фурье и другие возможности
осциллографов Good Will .............................................................................238
5.7.9. Применение осциллографов с цифровым люминофором .........................239
Глава 6. Практическая работа с компьютеризированными лабораториями.............243
317
Содержание
6.1. Интерфейс компьютеризированной лаборатории PC-Lab 2000........................243
6.1.1. Общий вид окна лаборатории PC-LAB 2000...............................................243
6.1.2. Добавление текста в окно экрана.................................................................244
6.1.3. Меню лаборатории PC-Lab 2000 ..................................................................246
6.1.4. Позиция Options меню..................................................................................246
6.1.5. Опции позиции View .....................................................................................248
6.1.6. Позиция Math задания математических операций.....................................248
6.1.7. Меню файловых операций File ....................................................................249
6.1.8. Работа со справкой PC-Lab 2000..................................................................251
6.2. Осциллографирование в PС-Lab 2000 в реальных условиях ...........................252
6.2.1. Просмотр синусоидальных колебаний высоких частот .............................252
6.2.2. Просмотр амплитудно-модулированного сигнала ......................................256
6.2.3. Функциональная схема исследования электронных цепей
и устройств......................................................................................................257
6.2.4. Исследование дифференцирующей RC-цепочки .......................................258
6.2.5. Получение семейств осциллограмм в режиме PERSIST............................259
6.2.6. Исследование реакции интегрирующей RC-цепочки на меандр..............259
6.2.7. Исследование реакции интегрирующей RC-цепочки
на сложные импульсы...................................................................................261
6.2.8. Исследование реакции LRC-цепочки на меандр .......................................261
6.2.9. Исследование релаксационного генератора ................................................261
6.3. Анализ спектра реальных сигналов ................................................................266
6.3.1. Назначение анализаторов спектра ...............................................................266
6.3.2. Спектр синусоидального сигнала.................................................................267
6.3.3. Работа с окнами и режимами усреднения...................................................268
6.3.4. Спектр амплитудно-модулированного колебания ......................................270
6.3.5. Спектр прямоугольных и треугольных импульсов .....................................272
6.3.6. Спектр сигнала вида sin(t)/t..........................................................................274
6.4. Работа с построителем АЧХ и ФЧХ устройств...............................................274
6.4.1. Назначение и роль построителя АЧХ и ФЧХ.............................................274
6.4.2. Построение АЧХ и ФЧХ дифференцирующей RC-цепи...........................275
6.4.3. Построение АЧХ и ФЧХ колебательного LRC-контура ............................276
6.5. Работа PC-Lab 2000 c системой Mathcad ......................................................277
6.5.1. Передача осциллограмм в среду системы Mathcad.....................................277
6.5.2. Взаимодействие Mathcad с функциональным генератором.......................278
6.5.3. Импорт спектрограмм ...................................................................................279
6.5.4. Об экспорте данных из Mathcad ..................................................................280
6.6. Работа PC-Lab c системой MATLAB.............................................................280
6.6.1. Передача осциллограмм в среду системы MATLAB...................................280
6.6.2. Взаимодействие MATLAB с виртуальным функциональным
генератором.....................................................................................................281
6.6.3. Импорт спектрограмм в MATLAB...............................................................281
6.6.4. Об экспорте данных из MATLAB ................................................................282
6.7. Работа с виртуальными лабораториями АКТАКОМ .......................................283
6.7.1. Подготовка виртуальных лабораторий.........................................................283
6.7.2. Работа с осциллографом-анализатором.......................................................283
6.7.3. Применение анализатора спектра ................................................................286
318
Содержание
6.7.4. Осуществление цифровой фильтрации........................................................287
6.7.5. Математическая обработка сигналов ...........................................................288
6.7.6. Статистические вычисления .........................................................................289
6.7.7. Эмуляция сигналов........................................................................................290
6.7.8. Работа в качестве виртуального самописца.................................................290
6.7.9. Задание аварийной сигнализации ................................................................292
6.7.10. Работа с разверткой и памятью ..................................................................293
6.7.11. Работа с курсорами......................................................................................293
6.7.12. Режим мультиналожения.............................................................................294
6.7.13. Измерение фазового сдвига ........................................................................294
6.7.14. Применение режима цифрового вольтметра.............................................295
6.7.15. Построение гистограммы распределения вероятности ............................295
6.7.16. Сохранение данных .....................................................................................296
6.7.17. Работа с модулем функционального генератора.......................................297
6.7.18. Системные функции....................................................................................301
6.8. Работа АСК-4106 с реальными сигналами .....................................................302
6.8.1. Измерительная схема и развертывание лаборатории .................................302
6.8.2. Автоматические измерения и определяемые параметры сигналов ...........304
6.8.3. Предоставление результатов измерений......................................................305
6.8.4. Настройка графиков ......................................................................................307
6.8.5. Просмотр табличных данных........................................................................309
6.8.6. Применение модуля анализа формы сигналов ...........................................310