Вимірювання напруг. Калібратори напруги

Структурна схема цифрового частотоміра, який працює в режимі вимірювання періоду. Принцип роботи приладу

Схема цифрового частотоміра. Принцип роботи і похибка вимірювання

Цифровий(електронно-рахунковий) методвиміру частоти реалізується в цифрових, або електронно-рахункових (ЕРЧ) частотомірах. Дані засоби вимірювання зручні в експлуатації, вимірюють широкий діапазон частот (від декількох герців до сотень мегагерц) і дозволяють одержати результат вимірювання з високою точністю (відносна похибка виміру частоти становить від 10^-6 до 10^-9.

Цифрові частотоміри є багатофункціональними засобами вимірів. Залежно від режиму їхньої роботи можна проводити вимірювання не тільки частоти і відношення двох частот, але й інтервалів часу.

Структурна схема приладу безпосереднього вимірювання частоти і тимчасові діаграми, що пояснюють принцип його роботи, наведено на рис. 2.

Синусоїдальний або імпульсний сигнал U_вх, частота якого вимірюється, надходить на вхідний пристрій ВП, призначений для: а) узгодження вхідного опору частотоміра з вихідним опором джерела вимірюваної частоти; б) встановлення напруги (посилення або послаблення сигналу), що забезпечує запуск формувача ФП і складається з атенюатора (дільника напруги) і широкосмугового підсилювача.

Формувач (формуючий пристрій ФП) перетворює вхідні синусоїдальні або періодичні імпульсні сигнали в послідовність коротких імпульсів постійної амплітуди з великою крутизною фронтів, частота проходження яких дорівнює частоті вимірюваного сигналу. Ці імпульси виникають на виході формувача в моменти переходу синусоїди через нуль (від від’ємних значень до додатних), і тому інтервал між ними дорівнює періоду сигналу, частота якого вимірюється. Амплітуда імпульсів і крутизна їх фронтів не змінюються при зміні частоти та вхідної напруги в межах, встановлених для даного приладу. В формуючих пристроях застосовуються підсилювач-формувач, діодні обмежувачі і тригер Шмітта.

Часовий селектор ЧС являє собою електронний ключ з двома входами. На вхід 1 надходять імпульси з формувача, які потрібно пропустити в електронний лічильник ЕЛ, а на вхід 2 йде стробуючий імпульс, що виробляється пристроєм управління ПК на строго заданий час Т₀ (або Т_ц = КТ₀) і відкриває на цей час схему ТС. Цифровий індикатор ЦІ автоматично видає результат вимірювання в герцах. При необхідності результат вимірювання у вигляді коду надходить на цифро друкуючий пристрій ЦДП. Електронний лічильник складається з декількох послідовно з’єднаних рахункових декад, кожна з яких відповідає певному порядку частоти f_x (одиницям, десяткам, сотням, тисячам герц і т. д.). Особливість методу дискретного рахунку полягає в тому, що відносна похибка вимірювання збільшується при зменшенні частоти. При підрахунку можлива одна й та ж помилка на один імпульс - перший чи останній квантуючий імпульс, в залежності від моменту подачі старт- і стоп-імпульсів з інтервалом Т₀ (рис. 3). Ця відносна похибка вимірювання через квантування (дискретності) . При вимірюванні більш низьких частот число імпульсів N невелике, і відносна похибка може бути значною. У таких випадках для підвищення точності вимірювань доводиться збільшувати час Т_0. Якщо, наприклад, при частоті кварцового генератора f_гк = 1МГц. що відповідає Т₀ = 1мкс, на електронний лічильник прийшло N = 10 імпульсів, то вимірювана частота f_x - N/T₀ = 10/10^-6=10МГц. У цьому випадку відносна похибка вимірювання , що неприпустимо. Якщо збільшити час вимірювання Т₀ до 10мкс, то на електронний лічильник за цей час прийде 100 імпульсів і відносну похибка вимірювання похибка вимірювання через квантування значно зменшилася.

Зазвичай генератор з кварцовою стабілізацією працює на фіксованій частоті, яка дорівнює 1 або 5МГц, що відповідає мінімальному часу вимірювання Т₀ = 1 або 0,2мкс. Напруга з кварцового генератора надходить на дільники частоти ДЧ, на виході яких утворюються частоти, в 10ⁿ (п = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) разів менше частоти генератора, тобто 100, 10, 1кГц, 100, 10, 1; 0,1 Гц). Тривалість каліброваного часу Т₀ збільшується відповідно у стільки ж разів, отже, час вимірювання Т_ц = КТ₀ можна встановлювати (збільшувати) декадними сходами від 1мкс до 10с. Пристрій керування ПК забезпечує: 1) скидання рахункових декад і інших схем у вихідний «нульовий» стан перед кожним вимірюванням; 2) режим ручного, автоматичного і зовнішнього запуску обладнання. ПК виробляє строб-імпульс, який відкриває селектор ТС на час вимірювань (рахунки), а також імпульс запуску цифро друкуючого пристрою ЦДП.

При вимірювані частоти кожен раз після закінчення часу вимірювання Т_ц відбувається автоматичне скидання показів лічильника, який починає рахувати спочатку. Тому частотомір вимірює середнє значення f_x за час Т_ц. Відносна похибка вимірювання частоти визначається сумою похибки квантування (дискретності) і похибки f_Т, яка виникає через нестабільність інтервалу Т_ц, що визначається нестабільністю частоти кварцового генератора f₀. Нагадаємо, що похибка квантування

обумовлена неспівпаданням моментів появи рахункових імпульсів щодо фронту і спаду строб-імпульсу. Якщо Т_ц та Т_х є кратними числами, то похибка рахунку імпульсів = 0, якщо ж Т_ц і Т_х некратні числа, то максимальна абсолютна похибка рахунку не перевищує одного імпульсу N = 1, що визначає молодший розряд рахунку.

Похибка складає значення 10^-7.Загальна відносна похибка вимірювання частоти (%)

8.3

Похибка _т в сучасних частотомірах, як правило, невелика при використанні кварцових генераторів імпульсів і дискретних дільників частоти.

При заданій похибці _кв мінімальна вимірювана частота обмежена значенням , тобто даний спосіб застосовується для відносно високих частот (верхня частота обмежена максимальною частотою роботи лічильника).

Для зменшення похибки вимірювання низьких частот необхідно збільшити час вимірювання, але це не завжди доцільно. Якщо значення Т_и перевищує 10с, то значення нестабільності Т_ц може виявитися порівнянним або перевищуватиме _т. Тому в цифрових частотомірах замість вимірювання низької частоти вимірюють період.

Структурна схема частотоміра, що працює в режимі вимірювання періоду, наведена на рис. 4, Принцип вимірювання періоду аналогічний раніше розглянутому методу безпосереднього вимірювання частоти, різниця в цих методах полягає лише в тому, що еталонна та вимірювальна напруга ніби міняються місцями, а саме: тимчасовий селектор ТС (електронний ключ) відкривається імпульсом, який формується з напруги вимірюваного періоду Т_х, а підраховуються імпульси, отримані з генератора з кварцовим стабілізацією, що працює на фіксованій частоті f₀ (період повторення - Т₀). Тому структурні схеми частотоміра, який безпосередньо вимірює частоту, і приладу, що вимірює період коливань (цифровий періодомер), практично містять одні й ті ж елементи, що мають однакове призначення в схемі. Формувач ФП, на вхід якого подається напруга частоти f_х, видає старт- і стоп-імпульси з періодом повторення Т_х. Перший з цих двох імпульсів відкриває, а другий закриває тимчасовий селектор ТC. Через відкритий протягом часу Т_х тимчасовий селектор ТС до лічильника проходять квантуючі імпульси з періодом повторення Т₀. При цьому цифровий відлік лічильника визначають зі співвідношення NT₀ = Т_х, звідки

N= Т_х / T₀ = Т_х f₀.

У цьому випадку прилад вимірює безпосередньо період Т_х, тобто значення, протилежне частоті f_х.

Покази лічильника дорівнюють вимірюваному періоду Т_х в долях секунди. У такому вигляді результат вимірювання незручний при використанні приладу як частотоміра, так як для визначення f_X потрібно використовувати або перерахункові таблиці, або обчислювальні пристрої, що визначають f_х. Цей недолік усувається введенням в прилад калькулятора, що виконує необхідний перерахунок періоду в частоту.

Якщо число імпульсів, які приходять в лічильник, N відповідає не одному, а n періодам Т_х, то в цьому випадку

або .

У загальну відносну похибку вимірювання періоду Т_х входить відносна похибка квантування (дискретності) - _кв, яка, так само як при вимірюванні частоти f_х, залежить від числа імпульсів, що прийшли в лічильник. Тобто якщо прилад є вимірником тривалості:

а) одного періоду

б) декількох періодів

.

Зменшити відносну похибку квантування, а отже, і загальну відносну похибку вимірювання періоду можна множенням (збільшенням) частоти кварцового генератора або збільшенням тривалості вимірюваного періоду (збільшенням числа періодів Т_х, тобто збільшенням числа n). Для цього в схемі періодомера передбачені підсилювач частоти ПЧ і дільник частоти ДЧ з декадною зміною своїх коефіцієнтів. Використання їх зменшує похибку вимірювання.

Верхня межа вимірювання миттєвого значення частоти за тривалістю n періодів визначається ємністю лічильника імпульсів, ступенем квантування і швидкістю рахунку лічильника імпульсів (Гц):

Якщо _кв= 0,1% - відносна похибка квантування; п = 1 (квантуючі імпульси заповнюють тільки один вимірюваний період); Т₀ = 10^-6с (період повторення коливань кварцового генератора), то f_max= 1000Гц.

Нижня межа вимірювання частоти визначається ємністю лічильника імпульсів N_ном та значенням Т₀ і може бути вибраний будь-яким (Гц):

при N_ном = 10⁸ та Т_о = 10^-6с, f_{x min} = 1Гц.

Загальна відносна похибка вимірювання періоду Т_х визначається відносною похибкою квантування _кв і відносною нестабільністю частоти генератора з кварцовою стабілізацією тобто

Якщо квант імпульси заповнюють п періодів Т_х то:

.

В описі та інструкції з експлуатації кожного частотоміра наводяться формули для розрахунку похибки по кожному виду вимірювань, які виконуються даними приладом (частота, період, відношення частот, інтервал часу).

Раніше зазначалося, що структурні схеми частотоміра та цифрового періодомера мають практично одні й ті ж елементи. Це дозволяє створити один цифровий прилад, в якому обидва методи вимірювання будуть об'єднані. Таким чином, при невеликому ускладненні схеми можна побудувати прилад, що дозволяє вимірювати частоту від дуже низьких значень (10Гц і нижче) до дуже високих (50 - 200МГц і вище). У таких приладах використовуються кілька перемикачів, що змінюють структурну схему, дільник частоти із змінним коефіцієнтом ділення і лічильник з високою роздільною здатністю. Зазвичай частотоміри такого типу дозволяють вимірювати також: тимчасові інтервали, тривалості імпульсу, відношення двох частот і число імпульсів (рахунок імпульсів). Прикладами таких приладів є електронно-лічильні частотоміри типу: Ч3-36, Ч3-41, Ч3-38, Ч3-39 та ін. Раніше вказувалося, що цифровий частотомір крім режимів вимірювання частоти та періоду має й інші режими, основними з яких є наступні.

Режим вимірювання тривалості і інтервалів часу. У цьому режимі електронний лічильник реєструє кількість імпульсів, сформованих з напруги генератора з кварцовою стабілізацією і наступних з частотою цього генератора через часовий селектор, що відкривається на час тривалості вимірюваного інтервалу. У цьому режимі можна вимірювати тривалість імпульсів, період проходження, паузи між імпульсами, або інтервал часу між двома сигналами.

Режим виміру відносини двох частот. У цьому режимі електронний лічильник реєструє кількість імпульсів, сформованих з сигналу більш високої f_в з порівнюваних частот та частот, які пройшли через часовий селектор, що відкривається на час одного або 10ⁿ періодів сигналу низької f_н з порівнюваних частот. Результат виміру виходить у вигляді відношення N = T_n / f_н.

Режим підсумовування. У цьому режимі електронний лічильник реєструє загальне число імпульсів, сформованих з вхідного сигналу, які пройшли через відкритий селектор за певний інтервал часу. Початок і кінець рахунку встановлюють вручну.

Режим контролю працездатності основних вузлів приладу. Перевірка працездатності електронно-рахункового частотоміра проводиться способом самоконтролю, який полягає у вимірюванні деякого числа n-імпульсів з періодом повторення Т₀, сформованих з напруги кварцового генератора за інтервал часу Т_н - часу контролю, яке також сформовано з напруги кварцового генератора. У результаті самоконтролю на цифровому індикаторі отримаємо відлік: N=Т_н / Т₀ - пТ₀ / Т₀ = п.

3.4. Електронно-рахункові частотоміри. Основні види та використання

Електронно-рахункові частотоміри (ЕРЧ) широко застосовуються для вимірювання та контролю частотно-часових параметрів радіосигналів при дослідженнях в різних галузях науки і техніки, а також при експлуатації та виробництві радіоелектронної апаратури. В даний час поряд з іншими вимірювальними процесами перевага віддається вимірюванню частоти. У зв’язку з цим все ширше застосовуються методи вимірювання частоти та ЕРЧ для вимірювання різних фізичних величин. При цьому забезпечується більш висока точність, ніж при використанні традиційних методів та інструментів. Заміна резонансних хвилемірів цифровими приладами значно підвищила точність вимірювання і знизила трудомісткість при проведенні контрольно-перевірочних операцій на виробництві та при наукових дослідженнях.

За призначенням і характеристикам ЕРЧ поділяються на сервісні, універсальні та спеціалізовані.

Сервісні частотоміри відрізняються малими габаритами і масою, малою споживаною потужністю та високою надійністю. Основною ознакою універсальних ЕРЧ є їх багатофункціональність. Як правило, вони забезпечують роботу у всіх режимах, властивих ЕРЧ. Крім того, конструктивне виконання універсальних ЕРЧ дозволяє використовувати в них змінні блоки, що значно розширює функціональні можливості приладу. Так, наприклад, використовуючи змінний блок перетворювач напруги - частота, ЕРЧ перетворюється в цифровий вольтметр постійного струму. Спеціалізовані ЕРЧ призначені для заміни резонансних частотомірів. Вони використовуються, як правило, в режимі вимірювання частоти.

4. Закріплення вивченого матеріалу:

4.1. Яке призначення частотомірів?

4.2. Охарактеризуйте методи вимірювання частоти.

4.3. Поясніть структурну схему частотоміра.

4.4. Поясніть появу похибки квантування.

4.5. Поясніть принцип роботи цифрового частотоміра.

4.6. Поясніть принцип роботи цифрового частотоміра, який працює в режимі вимірювання періоду.

4.7. Охарактеризуйте основні типи електронно-рахункових частотомірів.

5. Домашнє завдання: Л1 с.157...169, Л5 с.144...164; с.324-238.

Лекція №10

Тема заняття: Електронні осцилографи та аналізатори спектру.

Мета заняття: Сформувати у студентів поняття про електронні осцилографи та аналізатори спектру. Вивчити будову електронного осцилографа та аналізатора спектру. Вивчити методи вимірювання параметрів імпульсів Розвивати пізнавальні здібності студентів.

Хід заняття:

1. Організаційна частина.

2. Актуалізація опорних знань студентів (бесіда).

Осцилограф (рис.1) – прилад, призначений для дослідження електричних сигна-лів у часовій області шляхом візуального спостереження графіка сигналу на екрані або записаного на фотострічку, а також для вимірювання амплітудних і часових параметрів сигналу за формою графіка.

Осцилографи класифікуються:

За призначенням і способу виведення вимірювальної інформації:

осцилографи з періодичною розгорткою для безпосереднього спостереження форми сигналу на екрані (електронно-променевому, рідкокристалічному і т. д.) - oscilloscop (e);

осцилографи з безперервною розгорткою для реєстрації кривої на фотострічку (шлейфовий осцилограф) - oscillograph.

За способом обробки вхідного сигналу:

аналоговий;

цифровий.

За кількістю променів:

однопроменеві;

двопроменеві і т. д.

Кількість променів може досягати 16-ти і більше (n-променевий осцилограф має декілька сигнальних входів і може одночасно відображати на екрані n графіків вхідних сигналів).

Осцилографи з періодичною розгорткою діляться на: універсальні (звичайні), швидкісні, стробоскопічні, що запам'ятовують і спеціальні; цифрові осцилографи, які можуть поєднувати можливість виконання різних функцій.

Також існують осцилографи, суміщені з іншими вимірювальними приладами (наприклад з мультиметром).

Осцилограф також може використовуватись не тільки в якості автономного приладу, але і у вигляді приставки до комп’ютера (підключається через будь-який порт: LPT, COM, USB, вхід звукової карти).

3. Вивчення нового теоретичного матеріалу:

3.1. Загальна структурна схема електронного осцилографа. Осцилографічні розгортки.

3.2. Вимірювання напруг. Калібратори напруги.

3.3. Вимірювання параметрів імпульсів.

3.4. Вимірювання частоти методом інтерференційних фігур та методом кругової розгортки.

3.5. Вибір типу електронного осцилографа та техніка осцилографічних вимірювань.

3.6. Електронні аналізатори спектру.

Короткі теоретичні відомості:

3.1. Загальна структурна схема електронного осцилографа. Осцилографічні розгортки

Електронний осцилограф є універсальним вимірювальним приладом широкого призначення, який дозволяє візуально спостерігати безперервні та імпульсні електричні сигнали, а також вимірювати їх параметри. Цей прилад відрізняється високою чутливістю, великим вхідним опором, дуже малою інерційністю та широкою смугою частот.

Електронні осцилографи поділяються на універсальні С1, стробоскопічні та швидкісні С7, осцилографи з пам'яттю С8 та спеціальні.

Універсальні осцилографи класифікують за таким ознаками: а) кількість одночасно досліджуваних сигналів, б) ширина смуги пропускання каналу сигналу (визначаються нижньою і верхньою граничними частотами; в) характером досліджуваного сигналу для спостереження безперервних, імпульсних, одноразових та імпульсних багаторазових сигналів; г) точність відтворення форми напруги сигналу, точність вимірювання інтервалів часу і пікових значень напруг (чотири класи точності); д) умови експлуатації.

Загальна структурна схема електронного осцилографа, наведена на рис. 2, складається з електронно-променевої трубки (ЕПТ) з електростатичним керуванням променя, каналу вертикального відхилення променя (каналу сигналу «Y»), каналу горизонтального відхилення променя (каналу розгортки «X»), каналу керування яскравістю променя Z, калібраторів амплітуди і тривалості (вимірювальних пристроїв), джерел живлення (високовольтного та низьковольтного.)

Електронно-променева трубка. Від характеристик електронно-променевої трубки в значній мірі залежать параметри осцилографа і області його застосування. У осцилографах в основному застосовують ЕПТ з електростатичним керуванням променя, так як вони дозволяють досліджувати більш високочастотні напруги, споживають менше енергії від джерел живлення, ніж ЕПТ з електромагнітним керуванням променем, і потребують менш потужних підсилювачів.

Принцип отримання зображення форми досліджуваної напруги на екрані ЕПТ (рис. 3) полягає в наступному. Досліджувана напруга зазвичай є функцією часу і зображується в прямокутній системі координат у вигляді графіка U = f (t). Дві пари пластин ЕПТ відхиляють електронний промінь в двох взаємно перпендикулярних напрямках, які можна розглядати як координатні осі. При цьому горизонтальне відхилення променя відображає переміщення по осі часу, а вертикальне - по осі миттєвих значень напруги. В цьому випадку зображення досліджуваної напруги можна отримати на екрані ЕПТ, якщо вона підведена до вертикально-відхиляючих пластин, в той час як до горизонтально-відхиляючих підводять пилкоподібну напругу, яка переміщує промінь по горизонталі з постійною швидкістю зліва направо (прямий хід) і швидко повертає його назад (зворотний хід). Відхилення променя вздовж горизонтальної осі отримується в цьому випадку пропорційним часу. При одночасній дії зазначених напруг на обидві пари пластин промінь викреслює криву досліджуваної напруги. Щоб отримати на екрані неспотворене зображення, необхідно вибрати період розгортки і в кілька разів більший, ніж період досліджуваної напруги. При цьому хоча б один період досліджуваної напруги повинен спостерігатися в неспотвореному вигляді. Слід зазначити, що для раціонального використання площі екрана ЕПТ при дослідженні періодичних сигналів не слід намагатись отримати зображення з числом періодів більше двох-трьох.

Канал вертикального відхилення променя. Він складається з вхідного пристрою та широкосмугового підсилювача. Його основне призначення наступне:

1) забезпечення необхідного рівня підсилення (послаблення) досліджуваної напруги до величини, зручної для спостереження на екрані ЕПТ, а також для вимірювання його параметрів. Підсилення вертикального підсилювача регулюється ступіньчасто і плавно в значних межах; для цієї мети на передній панелі приладу є спеціальні перемикачі та ручки, за допомогою яких можна регулювати чутливість (посилення) каналу за напругою, доводячи її до десятків і сотень сантиметрів на вольт (на екрані осцилографа), а в окремих випадках і вище; чутливість - це відношення видимого відхилення променя до поданої на вхід каналу напруги, яке виражається в см/В. Значення, зворотне чутливості, називають коефіцієнтом відхилення і виражають у В/см;

2) узгодження вхідного опору осцилографа з хвильовим опором коаксіального кабелю, по якому високочастотні та широкосмугові імпульсні сигнали подаються на вхід каналу; для цього передбачається низькоомний вхід осцилографа (50 або 75Ом), що відповідає хвильовому опору коаксіального кабелю;

3) затримка надходження досліджуваного імпульсу на вертикально-відхиляючі пластини відносно початку дії напруги розгортки на горизонтально відхиляючих пластинах, що необхідно для чіткого спостереження переднього фронту досліджуваного імпульсу; для цього в каналі імпульсного осцилографа є спеціальна лінія затримки (існують осцилографи і без лінії затримки в каналі вертикального відхилення).

Вхід каналу вертикального відхилення може бути відкритим та закритим (рис. 4). При відкритому можливо проходження як змінної, так і постійної напруги, при закритому - тільки змінної. Відповідно відрізняють осцилографи з відкритим і закритим входом.

Вхідний пристрій каналу вертикального відхилен-ня складається з дільника напруги (атенюатора), катод-ного (емітерного або стокового) повторювача та лінії затримки (остання є не завжди).

Дільником напруги (атенюатором) встановлюєть-ся допустима вхідна напруга, яка не перевантажує вхідний каскад, та забезпечується високий вхідний опір каналу. Незалежність коефіцієнта поділу від частоти в заданій смузі частот забезпечує; компенсований дільник напруги,: схема якого наведена. на рис.5 . Він являє собою резистивної-ємнісний дільник з однаковими постійними часу окремих ланок: При цьому коефіцієнт розподілу напруги не залежить від частоти

К_діл = U_діл / U_вих = С₁ / (С₁ + С₂) =

= R₂ / (R₁ + R₂).

На низьких частотах ємнісні опори великі (ємність С₁ порядку декількох пікофарад) і практично резистори R₁ і R₂ не шунтується: у цій області частот дільник працює як резистивний. В області високих частот (1/ɷС >> R) дільник працює як ємність.

Дільник напруги виконується у вигляді самостійного вузла і має окремий перемикач для вибору потрібного коефіцієнта ділення.

Коефіцієнт відхилення - значення, протилежне чутливості приладу, що виражає відношення напруги досліджуваного сигналу до значення відхилення променя на екрані ЕПТ, що викликається цим сигналом. У сучасних осцилографах зміна чутливості (коефіцієнта відхилення) здійснюється ступенями (перемикачем) і плавно (потенціометром). У всіх положеннях перемикача і одному положенні (як правило, вкрай правим) потенціометра нормується похибка чутливості. Ці значення чутливості (коефіцієнта відхилення) називають каліброваними.

Лінія затримки являє собою n послідовно з'єднаних ланок LC у схемі фільтра нижніх частот Для затримки сигналу на одиниці чи десятки наносекунд в якості лінії затримки застосовують відрізок коаксіального кабелю, час затримки якого дорівнює 6-8 нс/м.

Канал горизонтального відхилення променя призначений для створення розгортки напруги, синхронної з досліджуваним сигналом. Він забезпечує отримання пилкоподібної напруги періодичної розгортки і її синхронізацію; отримання чекаючої розгортки та її запуск; підсилення напруги розгортки (підсилювач горизонтального відхилення).

Канал керування яскравістю променя призначений для подачі на керуючий електрод ЕПТ зовнішніх сигналів, які модулюють яскравість свічення екрана, та зазвичай використовується для створення яскравості калібраційних міток від зовнішнього генератора.

Калібратори амплітуди і тривалості. Електронні осцилографи забезпечують-ся спеціальними вимірювальними пристроями - калібраторами для вимірювання амплітуди досліджуваного періодичного або імпульсного сигналів (калібратори амплітуди або чутливості) та тривалості імпульсів, інтервалу між двома імпульсами і т. п. (калібратори часу або тривалості).

Джерело живлення являє собою випрямляч, частіше стабілізований.

Калібратор амплітуди- це джерело стабільної змінної напруги відомої амплі-туди, яке може підключатися до входу каналу вертикального відхилення.

В якості калібратора амплітуди використо-вується генератор імпульсних коливань, наприклад симетричний мультивібратор, що виробляє прямокутні імпульси типу «меандр», тобто періодичну послідовність прямокутних імпульсів зі шпаруватістю Q = 2 і з частотою повторення порядку 1-2кГц. Калібратор забезпечується дільником напруги, перемикач якого конструктивно об'єднаний з перемикачем чутливості каналу вертикального відхилення. Послідовність прямокутних імпульсів типу «меандр» з розмахом U_р використовується як калібрує напруги U_к наведена на рис. 6.

Для вимірювання напруг в осцилографах найбільш часто застосовують метод порівняння і метод каліброваної чутливості каналу вертикального відхилення (каналу Y).

Перший метод заснований на лінійній залежності між напругою, поданою на вхід осцилографа, та відхиленням променя ЕПТ, яке отримується по вертикалі.

Процес вимірювання напруги методом заміщення зводиться до виконання двох операцій: 1) отримання зображення вимірюваної напруги U_х та фіксації на екрані ЕПТ розмаху зображення по вертикалі L_х; 2) заміні вимірюваної напруги відомою (каліброваною) напругою U_к та регулюванням її до одержання зображення з розмахом по вертикалі L_к, близького до L_х.

Тоді:

.

В якості джерела відомої напруги може бути використаний або зовнішній вимірювальний генератор, або спеціальне джерело, що розміщується в осцилографі, який отримав назву калібратор напруги.

На рис. 7 представлена схема калібратора напруги, яке використовується і в інших вимірювальних приладах (наприклад, в мілівольтметрах). Первинним джерелом каліброваної (відомої) напруги є мережа змінного струму. Однак напруга мережі може відхилятися від номінальної на 10%, тому її пряме використання для вимірювання призвело б до істотних похибок. Розглянутий пристрій стабілізує напругу U_вих, забезпечуючи її відхилення від номінальної не більше ніж на 1%. Це досягається за рахунок використання моста з нелінійними інерційними опорами, роль яких виконують лампочки розжарювання. Оскільки нитка накалу має деяку масу та, відповідно має теплову інерцію, опір лампочки залежить не від миттєвого значення струму, що протікає по нитці, а від середньоквадратичного значення і з ростом струму збільшується.

Якщо опір потенціометра (рис. 7) набагато більше, ніж R₁ та R_L, то залежність між напругою на виході і вході мостового стабілізатора може бути представлена виразом

.

де, К_п.м- коефіцієнт передачі мосту.

Вихідне регулювання моста таке, що R₁ > R_L, тобто міст розбалансований і .

Якщо напруга живлення моста U_вх збільшиться, то збільшиться і опір лампочок R_L, що приведе до зменшення коефіцієнта передачі моста, та навпаки, якщо напруга U_вх зменшиться, то зменшиться опір лампочок, а коефіцієнт передачі мосту збільшиться. Таким чином, при правильному виборі опорів плечей моста можна домогтися того, що при відхиленні напруги мережі від номінального значення в значних межах напруга на виході моста буде практично незмінною. Калібруюча напруга U_к знімається з потенціометра R.

Калібратор напруги осцилографа виконують також на кремнієвих стабілітронах. На рис. 8 показана схема стабілізатора напруги на опорних діодах. Калібруюча напруга U_к знімається з градуйованого потенціометра R_к. Зустрічне включення опорних діодів VD₁ і VD₂ забезпечує двостороннє обмеження синусоїдальної напруги і зменшує температурну нестабільність калібруючої напруги, форма якої близька до меандру.

При вимірюванні напруги методом каліброваної чутливості каналу Y в осцилографі попередньо повинна бути встановлена номінальна чутливість каналу S_Y, зазначена на шкалі перемикача чутливості. Для цього з виходу калібратора напруги на вхід каналу Y подають стабілізовану змінну напругу і за допомогою плавного регулювання коефіцієнта підсилення підсилювача каналу Y домагаються отримання на екрані ЕПТ потрібного розмаху зображення.

Після калібрування на вхід Y осцилографа подають вимірювану напругу, заміряють розмір по вертикалі L_х в необхідній частині його зображення і обчислюють шукане значення напруги:

.

Зазвичай постійна S_Y має розмірність В/см. Якщо при цьому розмір L_х дати в сантиметрах, вимірювана напруга вийде в вольтах.

У деяких сучасних осцилографах, що використовують метод каліброваної чутливості, калібратор напруги, вбудований в осцилограф, виробляє напругу типу меандр і забезпечується дільником напруги, перемикач якого сполучений з перемикачем чутливості каналу Y. При цьому при установці кожного нового значення чутливості каналу Y на вхід каналу від калібратора напруги при калібруванні подається потрібне значення калібруючої напруги. Це значно спрощує процес калібрування чутливості каналу Y і забезпечує більшу простоту і продуктивність вимірювань в порівнянні з методом порівняння.