А.Ю. Попов Изучение принципов работы цифровых

Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
А.Ю. Попов
Изучение принципов работы
цифровых запоминающих
осциллографов и генераторов
сигналов
2014
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Работа №3. Изучение принципов работы цифровых запоминающих
осциллографов и генераторов сигналов
Цель работы – получение практических навыков применения цифровых
осциллографов и генераторов сигналов для измерения параметров сигналов в
компьютерных системах.
В ходе работы студенту необходимо ознакомиться с особенностями
функционирования и возможностями осциллографов LeCroy WaveAce 222 и
генератор сигналов специальной формы генератора GW Instek GFG-3015,
получить навыки настройки осциллографа для регистрации сигналов,
произвести измерения сигналов прямоугольной и синусоидальной формы и
определить их параметры, научиться сохранять осциллограммы на сменном
USB накопителе.
Принцип действия осциллографа
Осциллографы используются для исследования периодических сигналов
различной формы и амплитуды. Принцип работы традиционного аналогового
осциллографа показан на рисунке 1а. На пластины горизонтального отклонения
от специального генератора подается напряжение развертки, изменяющееся по
пилообразному закону. По мере нарастания пилообразного сигнала луч на
экране ЭЛТ перемещается слева направо, прочерчивая горизонтальную ось –
ось времени. В то же самое время на пластины вертикального отклонения
действует исследуемый сигнал, поэтому траектория луча в точности
соответствует этому сигналу.
а)
сигнал
отклоняющие
пластины
электронная
пушка
экран
развертка
б)
Рисунок 1 - Принцип работы аналогового осциллографа
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
а)
б)
сигнал
На рис. 1б приведен схематический рисунок отображения сигнала
аналоговым осциллографом, затененное поле обозначает область рисунка,
отображаемую на экране (кадр). Задержка между кадрами составляет время
обратного хода луча и регулируемую временную задержку («стабильность»)
запуска развертки для получения стабильной синхронизации. Это время
достаточно мало по сравнению со временем развертки, и поэтому если сигнал
от кадра к кадру изменяется, это изменение немедленно отображается на
экране. Динамика сигнала как по вертикали, так и по горизонтали соответствует
изменениям входного сигнала.
Цифровой осциллограф использует абсолютно другой принцип работы
(рис. 2а). Входной сигнал, в размере выбранного кадра, пройдя все входные
усилители и аттенюаторы (схемы для ослабления проходящего сигнал в
необходимое количество раз), поступает на АЦП, где преобразуется в цифровую
форму и поступает во внутреннюю память для дальнейшей обработки (привязка
к развертке, вывод на экран, измерение параметров и т.д.), время этой
обработки достаточно велико по сравнению с временем кадра, задержка при
выводе на экран получается достаточно большая, часть информации об
изменении сигнала между кадрами теряется (рис. 2б). Это один из главных
недостатков всех цифровых осциллографов. Основной способ борьбы с этим
недостатком – использование памяти большего объема, чтобы увеличить размер
«кадра» (рис. 2в).
АЦП
ОЗУ
МОНИТОР
ЦПУ
в)
Рисунок 2 - Принцип работы цифрового осциллографа
К достоинствам цифровых осциллографов относят легкость сопряжения с
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
вычислительной техникой, возможность запоминания фрагментов сигнала,
различные виды автоматических измерений (обработка сигнала, спектральный
анализ, различные преобразования «на лету»).
Основным параметром любого осциллографа является полоса
пропускания – частота, при которой амплитуда входного сигнала,
поддерживаемой стабильной по уровню, уменьшится на экране осциллографа
на 3 dB (или до уровня 0,7 от начальной амплитуды). Другой немаловажный
параметр – разрядность АЦП. Чаще всего в цифровых осциллографах
используются восьмиразрядные АЦП (256 отсчетов по амплитуде), что вполне
достаточно для исследования сигнала.
Одна из наиболее используемых функций цифрового осциллографа – это
автоматические измерения, что позволяет одним осциллографом заменить
вольтметр, частотомер и измеритель временных интервалов. В этом режиме
осциллографы обеспечивают измерение таких параметров входного сигнала
как: частота, период, время нарастания (rise time), время спада (fall time),
скважность
импульсов,
длительность
импульса
(положительная
и
отрицательная: +Width, –Width), максимальное и минимальное значение
амплитуды (Vmax, Vmin), размах от пика до пика (Vp-p) и пр.
Рисунок 3 - Основные параметры периодического сигнала
Другая полезная особенность этого цифрового осциллографа
возможность сопряжения с компьютером через интерфейс USB.
–
Блок-схема и принцип работы цифрового запоминающего осциллографа
На рисунке 4 показана блок-схема одного канала ввода стандартного
цифрового запоминающего осциллографа (DSO). Блоки, закрашенные желтым,
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
являются компонентами системы, которые уникальны для одного канала сбора
данных, например канал 1 и канал 2. Блоки, закрашенные синим, являются
компонентами системы, которые используются во всех каналах сбора данных,
например общая временная развертка осциллографа и система ЦП.
Рисунок 4 — Блок-схема цифрового осциллографа DSO (на примере
осциллографов фирмы Agilent Technologies)
Блок АЦП (преобразователь аналогового сигнала в цифровой) находится в
середине блок-схемы. Блок АЦП — основной компонент всех осциллографов
DSO. Он предназначен для преобразования входного аналогового сигнала в
последовательность цифр. В большинстве современных DSO используются
8-битные блоки АЦП, которые обеспечивают 256 уникальных уровней/кодов
выходного сигнала. Эти цифровые двоичные коды хранятся в памяти входных
данных осциллографа, которая рассмотрена ниже. Если уровень входного
аналогового сигнала в АЦП равен или меньше –V, то выходной сигнал блока
АЦП будет 00000000 (0 в десятичной форме). Если уровень входного
аналогового сигнала в АЦП равен или больше +V, то выходной сигнал блока
АЦП — 11111111 (255 в десятичной форме). Если уровень входного аналогового
сигнала в АЦП равен 0,0 V, то выходной сигнал блока АЦП — 10000000 (128 в
десятичной форме).
Для достижения наибольшего разрешения и выполнения точных
измерений входной сигнал в АЦП должен быть масштабирован в своем
динамическом диапазоне ± V. Несмотря на то, что у АЦП входной
динамический диапазон ограничен и фиксирован в зависимости от опорных
напряжений АЦП (± V), осциллографы должны регистрировать широкий
динамический диапазон сигналов, в том числе входные сигналы высокого и
низкого уровней. Масштабирование аналогового входного сигнала АЦП в
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
пределах динамического диапазона АЦП определяется блоками аттенюатора,
смещения постоянной составляющей и усилителя, которые рассмотрены ниже.
В основу Блока аттенюатора положена схема резисторных делителей,
которая предназначена для масштабирования входного сигнала в пределах
динамического диапазона аналогового усилителя с переменным усилением и
АЦП. Если поступает входной сигнал высокого уровня, например с двойной
амплитудой 40 В, то уровень сигнала должен быть уменьшен (ослаблен). Если
поступает входной сигнал низкого уровня, например с двойной амплитудой 10
мВ, то он проходит через усилитель без изменения (1:1). При изменении
настройки В/дел осциллографа раздаются щелчки. Они возникают при
переключении механических реле между сетями резисторных делителей. Кроме
того, с помощью блока аттенюатора пользователь может переключить входной
импеданс (1 МОм или 50 Ом) и связь входа переменного и постоянного тока.
Блок смещения постоянной составляющей. Если
входной
сигнал
представляет собой со смещением постоянной составляющей, например
цифровой сигнал, уровень которого колеблется в диапазоне от 0 до 5 В , и его
нужно вывести по центру дисплея, то к нему необходимо добавить внутреннее
смещение постоянной составляющей противоположной полярности, чтобы
сместить входной сигнал в пределах динамического диапазона АЦП. В качестве
альтернативы можно выбрать связь по переменному току, чтобы устранить
компонент постоянного тока входного сигнала.
Блок усилителя. Последним этапом обработки аналогового сигнала при
масштабировании входного сигнала в пределах динамического диапазона
системы АЦП является его прохождение через усилитель осциллографа с
переменным усилением. Если поступает входной сигнал очень низкого уровня,
то обычно нужно задать довольно низкое значение В/дел. При низком значении
В/дел на этапе прохождения сигнала через усилитель аттенюатора не
произойдет его затухания (усиление = 1), затем усилитель увеличит
(усиление>1) амплитуду сигнала, чтобы использовать весь динамический
диапазон АЦП. Если поступает входной сигнал очень высокого уровня, то
обычно нужно задать довольно высокое значение В/дел. Пр высоком значении
В/дел на этапе прохождения сигнала через аттенюатор произойдет его
ослабление (усиление < 1) настолько, чтобы он находился в пределах
динамического диапазона усилителя, затем усилитель может еще слабить
сигнал (усиление <1) так, чтобы он находился в пределах динамического
диапазона АЦП. Если выбрано конкретное значение В/дел, то осциллограф
автоматически определит требуемые величины затухания в блоке аттенюатора и
усиления (или, возможно, дополнительного затухания) в блоке усилителя.
Можно представить блок аттенюатора, блок смещения составляющей
постоянного тока и блок усилителя в виде одного углового блока
преобразования входного аналогового сигнала, который выполняет линейное
преобразование сигнала, представляющего входной сигнал там образом, чтобы
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
он оставался в пределах динамического диапазона блок АЦП, в зависимости от
настройки В/дел и смещения конкретного канала осциллографа.
Блоки компаратора запуска и логического запуска предназначены для
определения уникального момента времени внутри входного сигнала (или
комбинации нескольких входных сигналов), по которому должны
синхронизироваться входные данные.
Пусть входной сигнал представляет собой синусоидальную волну, для
которой необходимо установить запуск по переднему фронту при уровне 50%.
В этом случае неинвертированный выходной сигнал компаратора запуска
представляет собой прямоугольную волну с рабочим циклом 50%. Если уровень
запуска задан больше 50%, то неинвертированный выходной сигнал
компаратора запуска будет меньше 50%. И наоборот, если уровень запуска задан
меньше 50%, то неинвертированный выходной сигнал компаратора запуска
будет больше 50%. Если запуск основан только на пересечении положительных
фронтов одиночного канала, то логический блок запуска передает
неинвертированный выходной сигнал компаратора запуска в блок временной
развертки. Если запуск происходит по отрицательным фронтам одиночного
канала, то логический блок запуска передает инвертированный выходной
сигнал компаратора запуска в блок временной развертки. В этом случае блок
временной развертки использует в качестве уникального момента времени
синхронизации передний фронт сигнала запуска. Помимо этого, запуск может
зависеть от многих других переменных, например ограничения времени и
комбинации входных сигналов из нескольких входных каналов.
Блоки временной развертки и памяти отвечает за выбор начала и
окончания выборки АЦП относительно события запуска. Коме того, блок
временной развертки отвечает за частоту дискретизации АЦП, которая зависит
от доступной памяти для получения данных и настройки временной развертки.
Например, пусть запуск происходит в центре экрана (настройка по умолчанию)
при временной развертке 1 мс/дел. Для наглядности примем объем памяти для
получения данных осциллографа всего 1000 точек. В этом случае осциллограф
использует 500 точек до события запуска и 500 точек после него. При
выбранной временной развертке заполнение 1000 точек происходит в течение
10 мс (1 мс/дел х 10 делений). Даже если максимальная частота дискретизации
осциллографа составляет 2 Гпроб/с, при такой временной развертке ее блок
снизит частоту непрерывной дискретизации до 100 тыс. проб/с (Частота
дискретизации = Память/промежуток времени = 1000 проб/10мс = 100 кпроб/с).
После нажатия кнопки «Пуск» блок временной развертки включает
непрерывное сохранение оцифрованных данные в циклическую память
осциллографа для получения данных с соответствующей частотой
дискретизации (100 кпроб/с). После каждой выборки блок временной развертки
увеличивает адрес в буфере циклической памяти для получения данных, кроме
этого, он отсчитывает количество выборок до 500 (при объеме памяти в 1000
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
точек и настройке запуска по центу экрана). Как только блок временной
развертки определит, что сохранено не менее 500 выборок (т. е. по крайне мере
половина памяти заполнена), он включает запуск и дожидается первого
переднего фронта выходного сигнал компаратора запуска (в режиме простого
запуска по фронту). В процессе ожидания запуска, в буфере циклической
памяти осциллографа продолжают сохраняться данные. Если событие запуска
происходит очень редко, то сохраненные данные могут быть перезаписаны при
его ожидании. Это нормально. После обнаружения события запуска блок
временной развертки снова начинает отсчет до 500. После сохранения
дополнительных 500 выборок блок временной развертки отключает выборку. Т.
е. последние 500 сохраненных выборок представляют собой последовательные
точки кривой сигнала после события запуска, а предыдущие 500 — такие точки
до события. С этого момента начинает работу блок DSP дисплея.
Помимо запуска по центру экрана, как в этом примере, с помощью элементов
управления задержки/положения по горизонтали можно установить точку
запуска в любом месте. Например, можно установить задержку, при которой
очка запуска находится на 75% длины горизонтальной оси (относительно левой
стороны экрана). В этом случае блок временной задержки изначально установит
счетчик на 750 точек (при объеме памяти для получения данных в 1000 точек)
до события запуска и на 250 точек после него.
Блок DSP дисплея. После завершения сбора данных блок DSP дисплея
переводит данные в блоке памяти для получения данных в последовательности
«последним поступил первым вышел». Блок DSP дисплея производит не только
быструю обработку сохраненных данных цифрового сигнала, например,
выполняет фильтр цифровой реконструкции Sin(x)/x, но и передает
сохраненные и/или обработанные данные в память пиксельного дисплея
осциллографа. После восстановления данных из памяти для сбора данных блок
DSP сообщает блоку временной развертки, что он может начинать новый сбор
данных.
Характеристики осциллографа LeCroy WaveAce 222
Особенности осциллографа:
2 канала
Полоса пропускания 60, 100, 200, 300 МГц
Макс. частота дискретизации: 2 ГГц
Эквивалентная частота дискретизации 50 ГГц
Объем памяти: 9 К/ 18 К – при объединении
USB на передней (сохранение данных) и задней панели (дистанц.
управление)
• 5 функций математики: сложение, вычитание, умножение, деление, БПФ
•
•
•
•
•
•
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
•
•
•
•
•
•
•
при длине памяти 1К; цифровые фильтры (ФВЧ, ФНЧ, полосовой,
режекторный), усреднение (4 /…/ 256)
Автоматические (до 32-х параметров) и курсорные Δ-измерения
Измерение временных задержек между сигналами (фаза и время – 9
видов)
Режимы: «покадровой» регистрации осциллограмм (запись и
воспроизведение до 2500 кадров)
Сохранение 20 осциллограмм, 20 профилей настроек, 2 шаблонов
допускового контроля
Расширенная синхронизация: фронт, длительность, ТВ, время нарастания
Пиковый детектор 10 нс
Цветной ЖК-дисплей с диагональю 14,5 см, режим послесвечения (1 с, 2
с, 5 с, беск., выкл.)
Назначение органов управления и индикации осциллографа LeCroy
WaveAce 222
Рисунок 5 — Передняя панель осциллографа LeCroy WaveAce 222
Назначение и выполняемые функции для передней панели приведены в таблице
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
1.
Таблица 1 — Передняя панель
Функция
Название Назначение
1
Жидко кристаллический экран
2
Кнопки управления меню. Долее термин «нажмите кнопку меню»
означает нажатие кнопки справа от соответствующего меню,
отображаемого на экране осциллографа. При наличии всплывающих
меню, нажатие на соответствующие кнопки осуществляет выбор
значений из всплывающего меню. Альтернативой выбора пунктов
меню кнопками является выбор регулятором Установка (3). Кнопка
«Menu ON/OFF» включает или выключает отображение меню на
экране осциллографа
3
Intensiy/
Adjust
Многофункциональный регулятор Установка с кнопкой. При
отсутствии всплывающих меню, вращение регулятора осуществляет
регулировку яркости линии развертки. Яркость луча отображается на
ЖКИ в процентах от максимального значения. При наличии
всплывающих меню, вращение регулятора осуществляет выбор
значений из всплывающего меню, нажатие на кнопку осуществляет
выбор заданного значения. Если при наличии всплывающего меню
выбрать соответствующий пункт, но не нажать регулятор, то через
5..10 секунд произойдет автовыбор параметра. Альтернативой выбора
пунктов меню регулятором Установка является выбор
последовательным нажатием на кнопки (2).
4
Cursors
Курсоры - кнопка и индикатор включения меню управления курсорами
Нажатие на кнопку выводит меню курсоров, повторное нажатие на
кнопку убирает меню курсоров.
5
Acquire
Сбор информации - кнопка и индикатор включения меню и индикатор
включения меню управления сбора информации. Нажатие на кнопку
выводит меню сбора информации, повторное нажатие на кнопку
убирает меню сбора информации.
6
SAVE/
Запись\Воспроизведение - кнопка и индикатор включения меню
RECALL управления записью \воспроизведением профилей и осциллограмм.
Нажатие на кнопку выводит меню, повторное нажатие на кнопку
убирает меню
7
MEASUR Измерения - кнопка и индикатор включения и выключения меню
E
измерений. Нажатие на кнопку выводит меню измерений, повторное
нажатие на кнопку убирает меню измерений
8
DISPLAY Экран - кнопка и индикатор включения и выключения меню
управления режимами экрана. Нажатие на кнопку выводит меню,
повторное нажатие на кнопку убирает меню
9
UTILITY Утилиты - кнопка и индикатор включения меню утилит. Нажатие на
кнопку выводит пеню утилит, повторное нажатие на кнопку убирает
меню утилит
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
10
DEFAUL Настройки по умолчанию - кнопка вызова начальных установок
T/ SETUP
11
HELP
Помощь - кнопка вызова подсказки управления осциллографом
Органы управления запуском
12
13
SINGLE
Однократный - кнопка и индикатор. Однократное нажатие на кнопку
производит остановку процесса сбора информации. Повторное
нажатие на кнопку переводит схему синхронизации в режим
готовности к однократному запуску. Запуск развёртки будет
осуществляться однократно только при наличии запускающего
(входного) сигнала
RUN/
Запуск/ Стоп - кнопка запуска или остановки сбора информации
STOP
Органы управления каналом вертикального отклонения
14
V-mV
В-мВ (Вольт/дел)- регулятор и кнопка установки коэффициента
отклонения выбранного канала. Вращение регулятора изменяет
значение коэффициента отклонения «грубо». При нажатии на
регулятор, осциллограф переключается в режим изменения значения
коэффициента отклонения «плавно». Значение выбранного режима
«грубо» или «плавно» отображается только в экранном меню. Для
возврата в режим «грубо» нажать на регулятор еще раз.
15
CHI СН2 Канал 1 и Канал 2 - кнопка и индикатор. Однократное нажатие на
кнопку производит включение или выключение выбранного канала.
При включении канала одновременно происходит переключение
экранного меню на выбранный канал.
16
MATH
Математика- кнопка и индикатор управления меню математики.
Нажатие на кнопку выводит меню математики, повторное нажатие на
кнопку убирает меню математики.
17
REF
Опорные - кнопка и индикатор включения или выключения меню
управления записью опорных осциллограмм. Нажатие на кнопку
выводит меню, повторное нажатие на кнопку убирает меню
18
Position Смещение - кнопка и регулятор. Вращение регулятора производит
смещение лини развертки выбранного канала в вертикальном
направлении. Нажатие на регулятор производит установку смещения в
нулевое значение (линия развертки устанавливается в центр экрана).
Органы управления каналом горизонтального отклонения
19
s-ns
с-нс (Время/деление)- регулятор и кнопка установки времени
развертки. Вращение регулятора изменяет значение коэффициента
развертки. Нажатие на регулятор производит к переключению в
режима выделении окна для растяжки. Растяжка осуществляется в
экранном меню Если значение коэффициента развертки было изменено
после остановки сбора информации, для возвращения к исходному
значению нажать на регулятор «Время/деление»,
20
HOR
Горизонтальное меню- кнопка и индикатор включения или
MENU
выключения горизонтального меню. Нажатие на кнопку выводит
меню, повторное нажатие на кнопку убирает меню
21
Position Задержка - кнопка и регулятор. Вращение регулятора производит к
смещении лини развертки в горизонтальном направлении (изменение
временной задержки по отношению к центральной горизонтальной
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
линии). Для установки нулевого значения задержки нажать на
регулятор. «Position».
Органы управления запуском развертки
22
AUTO
Авто установка - кнопка автоматического поиска сигнала и установки
оптимального размера изображения на экране
23
TRIG
Меню синхронизации- кнопка и индикатор включения или
MENU
выключения меню управления режимами синхронизации. Нажатие на
кнопку выводит меню, повторное нажатие на кнопку убирает меню
24
SET TO Установка на 50% - кнопка установки уровня запуска на 50% от уровня
50%
сигнала.
25
FORCE
Перезапуск - кнопка, при нажатии которой происходит перезапуск
сбора информации, сброс усреднений, результатов измерений и пр.
26
LEVEL
Уровень - кнопка и регулятор. Вращение регулятора производит
изменение уровня запуска. Нажатие на регулятор производит
автоматическую установку уровня синхронизации равным 0 мВ.
Разъемы передней панели
27
Калибратор - выход калибратора 1 кГц 3 В для компенсации
делителей
28
EXT
Внешняя - гнездо входа внешней синхронизации
29
CH1 X
Входные гнезда Канала 1 и Канала 2
СН2 Y
30
USB
Разъем подключения внешнего USB носителя
31
PRINT
Печать - в зависимости от выбранного режима это кнопка сохранения
осциллограмм в графическом виде, в виде массива данных или запуска
печати на принтер
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Рисунок 6 — Боковая панель
Таблица 2 — Боковая панель
Функция Название Назначение
Разъемы о органы управления боковой панели
32
33
Кнопка включены \выключения сетевого питания
Разъем подключения сетевого кабеля
Рисунок 7 — Задняя панель
Функция Название Назначение
Разъемы задней панели
34
BNC
Выход импульсов в режиме допускового контроля
Pass/Fail
35
RS-232
Разъем RS-232 для дистанционного управления от ПК
36
USB
Разъем USB для дистанционного управления от ПК или подключения
принтера
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Рисунок 8 - Символы индикации экрана осциллографа
№
1
2
4
Обозначение
Назначение
Индикатор отображения состояния схемы синхронизации.
Осциллограф находится в режиме синхронизации.
Сбор информации остановлен
Развертка осциллографа находится в режиме самописца
Индикатор соотношения отображения на экране видимой части
осциллограммы и полной длины памяти сбора информации.
Отображаемая на экране часть памяти меньше, чем полная
длина памяти осциллографа (часть информации находится с
лева и справ от экрана).
Отображаемая на экране часть памяти больше, чем полная
длина памяти осциллографа.
Символ обзорной индикации расположения точки запуска
развертки по отношении к полной длине памяти. При времени
задержки равном Ос, будет располагаться посередине экрана.
При времени задержки со знаком «-» (предзапуск смещается
вправо), при времени задержки со знаком «+» (послезапуск
смещается влево).
Индикатор отображения режима печати экранного
изображения при нажатии кнопки «Print», расположенной на
передней панели осциллографа. Режим печати экрана на
принтер
Режим сохранения экрана как «bmp.» файла
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Индикатор отображения режима работы USB разъема
расположенного на задней панели осциллографа. Режим работы
разъема задан как передача данных на ПК
Режим работы разъема задан как печать на USB прнтер
Индикатор точки земли Канала 1
Индикатор точки земли Канала 2
Индикатор уровня синхронизации. При синхронизации от
Канала 1 имеет желтый цвет, при синхронизации от Канала 2
имеет синий цвет.
Результаты измерений после нажатия на кнопку автоустановки
«AUTO». При выборе синхронизации от Канала 1 результаты
измерений имеют желтый цвет, при выборе синхронизации от
Канала 2 результаты измерений имеет синий цвет.
Значок осциллограммы канала показывает настройки
вертикального отклонения. В крайнем левом углу заголовка
(окрашенная зона) показан номер канала. В заголовке
присутствует и другая информация - Вид связи, Значение
коэффициента отклонения и Включение ограничения ширины
полосы пропускания.
Связь по переменному току.
Связь по постоянному току.
Вход отключен от входного сигнала и заземлен
Включено ограничения ширины полосы пропускания 20 МГц.
Значение коэффициента развертки основной развертки
Значение коэффициента развертки растяжки
Значение времени задержки основной развертки
Значение времени задержки растяжки
Индикатор источник синхронизации, вида синхронизации и
уровня синхронизации. При синхронизации от Канала 1 имеет
желтый цвет, при синхронизации от Канала 2 имеет синий цвет.
Синхронизации по нарастающему фронту
Синхронизации по спадающему фронту
Синхронизации по любому фронту
Синхронизации по параметрам положительного импульса
Синхронизации по параметрам отрицательного импульса
ТВ синхронизация
Синхронизации по скорости нарастания
Синхронизации по скорости спада
Альтернативная синхронизации - поочередно от Канала 1 и
Канала 2 (только по фронту)
Индикатор подключения USB устройства к разъему,
расположенному на передней панели осциллографа.
На экране кратковременно могут появляться и исчезать другие вспомогательные символы и
надписи, такие как
Значение напряжения постоянного смещения канала
вертикального отклонения
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Значение уровня синхронизации
Значение частота сигнала в канале, использующемся как
канал синхронизации
Регулировка осциллографа
Регулятор Position (18) позволяет перемещать осциллограмму сигнала по
вертикали, и это перемещение калибровано. При повороте регулятора значение
напряжения в течение короткого времени отображается на экране, указывая, как
далеко уровень земли сигнала находится от центра экрана. Маркер уровня
земли на левой стороне экрана перемещается в соответствии с действием
регулятора. Для возврата к нулевому смещению линии развертки нажать на
ручку регулятора при этом положение осциллограммы мгновенно вернется к
нулю. Этот режим ускоренного переключения
особенно полезен, когда
положение осциллограммы находится далеко за экраном, и необходимо
немедленно вернуть его к центру экрана.
Изменение
вертикального
отклонения
(вертикальной
чувствительности) осуществляется при помощи регулятора V-mV (14), текущее
значение коэффициента отклонения отображается в строке состояния на экране
осциллографа.
Для изменения коэффициента отклонения необходимо:
•
Нажмите кнопку СН1 или СН2;
•
При этом на экране появится меню функциональных кнопок, и Канал 1
(Канал 2) будет включен (или останется включенным, если это было
сделано ранее);
•
Нажатием на функциональную кнопку меню Volts/Div, выбрать шаг
изменения вертикального масштаба Coarse или Fine;
•
Вращать регулятор V-mV (14) для установки необходимого масштаба
изображения сигнала.
Примечание: Переключать режимы Coarse (Гpyбo)/Fine (Точно) можно
не только используя меню каналов 1 и 2, но также просто нажав на регулятор
V-mV (14).
В таблице показано назначение пунктов экранного меню канала
вертикального отклонения
Меню
Назначение
Выбор связи входа. Возможен выбор одного из трех состояний AC, DC и земля. АС - Блокируется составляющую постоянного
тока во входном сигнале. DC- Пропускаются обе составляющие и
пост, и перем. тока входного сигнала. Земля - Отключает входной
сигнал от входа осциллографа и замыкает вход осциллографа на
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
корпус прибора.
Выбор ограничения полосы пропускания (ПП) канала
вертикального отклонения. Вкл - Ограничивает ширину полосы
пропускания канала до 20MHz для уменьшения шумов экрана.
Выкл - Полная полоса пропускания.
Выбор режима: Грубо (Coarse) или Плавно (Fine) - установка
коэффициента отклонения регулятором В-мВ на передней панели.
Переключение между режимами грубой (Coarse) и плавной (Fine)
осуществляется кнопкой справа. Активный режим выделен
квадратом. Грубо - коэффициент развертки изменяется в пределах
от 2 мВ до 5 В с шагом 1-2-5. Плавно- коэффициент развертки
изменяется плавно.
Выбор коэффициента деления внешнего пробника, необходим для
корректного результата автоматических или курсорных измерений.
Переход к 2 странице главного меню
Инверсия входного сигнала. Включение или выключение инверсии
осуществляется кнопкой справа. Активный режим выделен
квадратом. Примечание: При сохранении формы сигнала, сигнал
сохраняется без инверсии
Использование цифровых фильтров для выбранного канала
Возвращение к 1 странице главного меню
Изменение горизонтального отклонения. Осциллограф отображает сигналы,
используя сетку с горизонтальным масштабом время на деление. Поскольку все
активные осциллограммы используют одну и ту же временную развертку, то
прибор отображает только одно значение для всех активных каналов, кроме
случаев, когда используется увеличение фрагмента (Window) или
чередующийся запуск (Alternative Trigger).
Горизонтальные элементы управления могут изменять горизонтальные масштаб
и положение осциллограмм. Горизонтальный центр экрана - временная точка
начала отсчета для осциллограмм. Изменение горизонтального масштаба
приводит к растягиванию или сжатию осциллограммы относительно центра
экрана. Регулятор горизонтального положения изменяет положение
осциллограмм относительно момента запуска.
Горизонтальные регуляторы:
Время/деление - Установка требуемого Коэффициента развертки.
Осциллограф WaveAce автоматически определяет частоту дискретизации
исходя из установленного значения коэффициента развертки.
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Первое нажатие на регулятор включает режим выделении зоны растяжки.
Зона растяжки выделена двумя вертикальными курсорами. Перемещение
курсоров по горизонтали осуществляется регулятором Position. Изменение
размера окна растяжки осуществляется вращением регулятора Время /деление.
Второе нажатие на регулятор осуществляет растяжку всех осциллограмм.
Изменение коэффициента масштабирования осуществляется вращением
регулятора Время/деление. Перемещение осциллограмм по горизонтали
осуществляется регулятором Position.
Примечание: уменьшить размер изображении меньше исходного невозможно.
Третье нажатие на регулятор отключает режим растяжки.
Position- изменяет горизонтальное положение осциллограмм всех каналов
{включая MATH). Чувствительность этого регулятора меняется вместе с
изменением длительности развертки. Нажатие на ручку этого регулятора
сбрасывает смещение момента запуска (trigger offset) и возвращает его к
горизонтальному центру экрана.
MENU - переход к экранному меню канала горизонтального отклонения.
Меню
Комментарии
Отображение осциллограмм на основной развертки
Включение режима выделения зоны растяжки. Зона растяжки
выделена двумя вертикальными курсорами. Перемещение
курсоров по горизонтали осуществляется регулятором Position.
Изменение размера окна растяжки осуществляется вращением
регулятора Время/деление.
Растяжка выделенного окна
Автоматическая установка параметров развертки, запуска и
коэффициентов отклонения для отображения широкого диапазона
повторяющихся сигналов. В режима автоматической установки, при наличии
сигналов на обоих входах, синхронизация будет выбрана от канала, имеющего
наибольший уровень сигнала. После окончания автоматической установки
экранное меню приобретет вид:
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Рисунок 9 — Автоматическая установка параметров развертки
При использовании меню автоустановки возможно выбрать один из четырех
способов оптимизации отображения сигнала и быстрых измерений:
1.
2.
3.
4.
Периодический сигнал с отображением нескольких периодов сигнала;
Периодический сигнал с отображением одного периода сигнала;
Отображение нарастающего фронта сигнала;
Отображение спадающего фронта сигнала.
В зависимости от выбранного способа автоустановки сигнала, на экране
осциллографа будут отображаться быстрые измерения, наиболее характерные
для этого типа автоустановки.
ПРИМЕРЫ типов измерение приведены в таблице ниже:
Способ оптимизации
Периодический сигнал с отображением
нескольких периодов сигнала
Измеряемые параметры
Vpp - пиковое значение
Mean - среднее значение Prd
- период сигнала Freq частота сигнала
Периодический сигнал с отображением одного Vmin - минимальное
периода сигнала
значение Vmaxмаксимальное значение Mean
- среднее значение +Wid длительность импульса
Отображение нарастающего фронта сигнала
Rise - время нарастания Vpp
- пиковое значение
Отображение спадающего фронта сигнала
Fall - время спада Vpp пиковое значение
Для отмены произведенных установок и возвращения в предыдущее
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
состояние нажмите на кнопку справа от иконки
.
Меню синхронизации
Рисунок 10 — Процесс запуска синхронизации осциллографа
Задержка запуска - время, в пределах которого может регулироваться
запуск, начиная с нулевого значения. Положение момента запуска можно
регулировать от 0 до 100% предпускового интервала (слева направо по сетке),
или в делениях временной шкалы (от 0 до 10000), отсчитываемых от момента
пуска.
Вид связи - способ подключения сигнала на вход схемы запуска Уровень Пороговое напряжение (В), при котором происходит запуск Наклон (фронт) направление перехода запускающего напряжения, по которому осуществляется
запуск.
Нажмите кнопку MENU зоны TRIGGER (ЗАПУСК). На экране появится
меню функциональных кнопок, показывая возможные установки системы
запуска.
Меню
Комментарии
Выбор вида синхронизации
Выбор источника синхронизации
Выбор режима запуска развертки
Переход к следующей странице меню
Выбор вида связи схемы синхронизации
Установка времени удержания запуска развертки
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Сбор времени удержания на нулевое значение
Возврат к предыдущей странице меню
Виды синхронизации
Осциллограф имеет 5 режимов запуска:
•
по фронту
•
длительности импульса
•
наклону
•
ТВ-синхронизация
•
Чередующийся запуск
Подменю типа синхронизации:
Edge (Фронт):
Синхронизация по фронту, запуск схемы синхронизации
происходит в момент пересечения сигнала и заданного
уровня запуска.
Pulse
Синхронизация по условиям длительности импульса,
(длительность
запуск схемы синхронизации происходит в момент, когда
импульса):
длительность импульса соответствует заданным
специфическим условиям.
Video
Синхронизация телевизионным сигналом. Запуск
(ТВ-синхронизац развертки для ТВ сигнала происходит при удовлетворении
ия)
специальным условиям ТВ-сигнала.
Slope (on
запуск осциллографа происходит в соответствии с
наклону)
нарастающим или спадающим фронтом сигнала
Alternative
Поочередный запуск от Канала 1 и Канала 2 для
(Чередующийся): несинхронизированных сигналов
Синхронизация по фронту. Классическая синхронизации, в этом режиме
возможно
выбрать
синхронизацию
положительным
фронтом ,
синхронизацию отрицательным фронтом
или синхронизации по любому
фронту, который обнаружен первым . Изменить величину уровня запуска
можно с помощью регулятора на передней панели в зоне LEVEL (Уровень).
Установка уровня запуска осуществляется вращением регулятора; нажатие на
регулятор уровня запуска устанавливает уровень запуска в положение ОВ.
Принцип действия генераторов сигналов произвольной формы
Генераторы сигналов являются одним из основных средств,
предназначенных для технического обслуживания, ремонта, проведения
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
измерений и исследований в различных областях науки, промышленности и
связи. Современные многофункциональные генераторы сигналов с
возможностью формирования сигналов сложной и произвольной формы
позволяют формировать не только, так называемые «стандартные формы
сигналов» (синусоидальную, прямоугольную для который ранее существовали
отдельные типы генераторов), но к «стандартным формам сигнала», в
последнее время, уже относятся и сигналы треугольной, пилообразной,
импульсной форм, шумовой сигнал
и сигналы экспоненциальной,
логарифмической, sin(x)/x, кардиоформ, сигнал постоянного напряжения.
Построенные
на
основе
цифровых
технологий
современные
многофункциональные генераторы, по сравнению со своими аналоговыми
предками, обладают уникальной дискретностью изменения частоты - до 1
мкГц, прекрасной стабильностью и погрешностью установки частоты - до
1×10-6 и малым уровнем гармонических составляющих для синусоидального
сигнала. Требования к генераторам сигналов со стороны потребителей
постоянно ужесточаются в направлении расширения частотного диапазона,
увеличение числа генерируемых форм, включая возможности моделирования
сигналов произвольных
форм, расширение видов модуляций, включая
цифровые виды модуляций и других вспомогательных возможностей.
Рисунок 11 - Принцип формирования сигнала
Принцип работы генератора основан на технологии прямого синтеза
(DDS). Этот принцип состоит в том, что цифровые данные, представляющие
цифровой эквивалент сигнала требуемой формы, последовательно считываются
из памяти сигнала и поступают на вход цифро-аналогового преобразователя
(ЦАП). ЦАП тактируется с частотой дискретизации генератора и выдает
последовательность ступеней напряжения, аппроксимирующих требуемую
форму сигнала. Ступенчатое напряжение затем сглаживается фильтром нижних
частот (ФНЧ), в результате чего восстанавливается окончательная форма
сигнала.
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Характеристики генераторов GW Instek GFG-3015
•Частотный диапазон 10 мГц…15 МГц (8 диапазонов)
•Синус, меандр, треугольник, +/- пила, импульсы
•Макс. разрешение 10 мГц, погрешность ± 0,02 %
•Выход до 10 В (ср. кв., пик-пик, дБм) на 50 Ом
•Одновременная индикация уровня и частоты
•Регулировка смещения (± 5 В) и коэф. заполнения (до 80 %)
•Внутренняя и внешняя АМ/ЧМ, лин/лог свипирование, синхрозапуск,
стробирование
•6-разрядный частотомер (внутр/внеш) до 150 МГц
•Внешнее управление частотой
•Выход синхросигнала и преобразователя частота-напряжение
•Интерфейс RS-232C
Генератор обладает следующими функциональными врозможностями:
1. Формирование сигналов синусоидальной, прямоугольной и треугольной
форм с возможностью изменения скважности и регулировки постоянного
смещения на выходе;
2. Режим внутренней и внешней АМ и ЧМ, при этом частота внутреннего
модулирующего генератора находится в пределах от 0,01 Гц до 10 кГц и имеет
форму синусоиды, прямоугольника или треугольника;
3. Возможность качания частоты по линейному или логарифмическому закону;
Основное назначение этого режима - совместно с осциллографом произвести
измерения АЧХ различных устройств. Генератор обладает стабильной
амплитудой выходного сигнала, возможностью установки начальной и
конечной частоты качания и возможностью установки времени качания. Сигнал
с выхода генератора подается на испытуемое устройство, с выхода испытуемого
устройства сигнал подается на вход осциллографа. Осциллограф находится в
режиме «ждущая развертка» - внешний запуск и запуск развертки
синхронизируется с периодом качания отдельным кабелем. На экране
осциллографа будет получено изображение АЧХ устройства. Так на рисунке 12
отображена АЧХ режекторного фильтра, с частотой режекции 2 кГц.
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Рисунок 12 - АЧХ режекторного фильтра
4. Синхронизация формирования амплитудной манипуляции внешним или
внутренним сигналом с возможностью изменения фазы запуска. В этом режиме
на выходе генератора будет формироваться сигнал амплитудной манипуляции,
при этом форму сигнала заполнения и его частоту можно установить любой в
пределах допустимой в режиме АМ, а так же возможно установить
коэффициент заполнения окна от 10% до 90%. Начальная же фаза сигнала
может быть установлена в пределах от -90? до +80?. В режиме синхронизации
возможно формирование как одного периода сигнала, так и непрерывный
сигнал в пределах окна. На рисунке 13. приведен пример формирования одного
периода сигнала без сдвига начальной фазы запуска.
Рисунок 13 - Пример формирования одного периода сигнала
5. Управление частой внешним постоянным напряжением. В некоторых
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
приложениях возникает задача сформировать сигнал зависимый от постоянного
напряжения или формировать сигнал последовательно разной частоты. В этих
случаях необходим вход генератора обеспечивающий формирование частоты
постоянным напряжением. Генератор GFG-3015 имеет такой вход. Если для
формирования первой задачи достаточно просто подать сигнал постоянного
напряжения на вход и получить сигнал различной частоты, пропорциональный
входному напряжению. То для выполнения второй задачи необходимо
предварительно смоделировать закон изменения частоты на постоянном
напряжении, а потом подать его на вход генератора. Моделировать постоянное
напряжения на выходе с привязкой ко времени могут, например, лабораторные
источники серии PPE или PSЕ производства компании GOOD WILL Instek. Так
на рисунке 14 изображено четыре ступеней различного постоянного
напряжения, которым соответствуют четыре различных выходных частот
генератора GFG-3015.
Рисунок 14 - Пример управления частой внешним постоянным напряжением
6.Функция сохранения и вызова 9 установленных режимов работы генератора.
Это необходимо для записи в память и быстрого вызова наиболее используемых
оператором настроек генератора, например при проведении большого числа
периодических измерения или при использовании данного генератора на
конвейере для выполнения однотипных операций.
7. Использование внешнего частотомера, в этом режиме генератор способен
производить измерения внешней частоты до 150 МГц с погрешность 20 ppm;
Генератор имеет следующие дополнительные выходы:
1. Синхронизации. На этом выходе появляются импульсы синхронные с
периодом качания частоты. Это необходимо в том случае, если генератор в
режиме ГКЧ совместно с осциллографом используется в качестве измерителя
АЧХ.
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
2. Выход ТТЛ – синхронный по частоте с основным выходом сигнал с уровнем
ТТЛ и нагрузочной способностью 10.
3. Вход генератора управляемого напряжением ГУН, что позволяет
контролировать или использовать для дополнительных устройств постоянное
напряжение пропорциональное частоте выходного сигнала, или по другому это
выход преобразователя частота-напряжение. Так на рисунке 15 приведена
осциллограмма свип – сигнала (желтый цвет) и пропорциональное ему
постоянное напряжение преобразователя частота –напряжение.
Рисунок 15 — Пример использования генератора управляемого напряжением
ГУН
4. Выход внутреннего модулирующего генератора. Это выход возможно
использовать как второй независимый генератор, но с нерегулируемой
амплитудой выходного сигнала.
Генератор имеет интерфейс RS-232 для связи с компьютером. В режиме
дистанционного управления возможно управление всеми режимами работы
генератора и установкой всех выходных параметров.
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Назначение органов управления и индикации генераторов GW Instek
GFG-3015
Рисунок 16 — Лицевая панель генератора сигналов произвольной формы GW
Instek GFG-3015
№ Наименование или
Функциональное назначение органов
описание групп
управление
органов управления
1 "СЕТЬ"
"СЕТЬ" - Сетевой выключатель, имеет два
фиксированных положения - ВКЛ и ВЫКЛ.
Внимание: Время перед повторным нажатием на
кнопку должно быть не менее 2 секунд, в
противном случае возможен выход генератора из
строя.
2 Цифро-индикаторный Табло отображения установленных режимов
экран
работы и параметров выходного сигнала
3 Органы управления "Вр.Счета" - кнопка выбора времени счета в
режимами работы
режиме внешнего частотомера. "ЧАСТ.
частотомера
ВНТ./ВНШ." - выбор источника измеряемого
сигнала (внутренний генератор или внешний).
4 "Пакет"
"ПАКЕТ ВКЛ" - кнопка включения / выключения
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Органы для
управления режимом
формирования
пакетов
5
6
режима формирования пакетов.
"ПАКЕТ ОДИН/МНОГО" - кнопка
изменения режима формирования пакета
импульсов или однократного импульса.
"ПАКЕТ ФАЗА" - кнопка активизации режима
установки начальной фазы запуска пакета или
одиночного импульса.
"Модуляция"
"Парам" - установка полосы свипирования ГКЧ,
Органы управления глубины AM и величины девиации ЧМ.
режимами
"ИСТОЧНИК" - выбор формы выходного
модулирующего
сигнала модулирующего генератора.
генератора,
"AM" - установка режима амплитудной
модуляции и ГКЧ.
модуляции. "ЧМ" -установка режима частотной
Кнопки, над которымимодуляции.
указаны синие
"Мод.Ген." - выбор режима установки частоты
надписи, имеют
внутреннего модулирующего генератора или
двойное назначение. частоты свипирования ГКЧ МОД.
Для активизации
ВНУТР./ВНЕШ." - установка режима
режима необходимо внутренней модуляции ("ВНУТР") или внешней
предварительно
модуляции ("ВНЕШН").
нажать кнопку ПРЕФ "СТАРТ" - установка режима ввода
начальной частоты
"СТОП" - установка режима ввода конечной
частоты свипирования ГКЧ. 'ЛИН. ГКЧ" активизация режима линейного свипирования.
'ЛОГ. ГКЧ" - активизация режима
логарифмического свипирования. "СИМ" установка режима ввода коэффициента
асимметрии выходного сигнала модулирующего
генератора.
"ЦЧ ГКЧ" - установка режима ввода центральной
частоты свипирования ГКЧ.
"Осн. генератор"
"ФОРМА" - кнопка выбора формы выходного
Органы управления сигнала: синусоидальной, треугольной или
режимами работы
прямоугольной
генератора
"ЧАСТОТА" - кнопка активизации режима
установки частоты выходного сигнала.
"АМПЛ" - кнопка активизации режима установки
напряжения выходного сигнала.(UD, UCK, dBM )
"СМЕЩ" - кнопка активизации режима
установки смещения постоянной составляющей
выходного сигнала. "АСИММ" - кнопка
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
7
8
9
10
11
12
13
14
15
активизации режима установки коэффициента
выходного сигнала.
"МОД. ВКЛ." - кнопка включения и выключения
режима модуляции или ГКЧ.
Группа кнопок
Так же эти кнопки используются в качестве
установки единиц
кнопки "ВВОД" при записи в память и вызове
измерения выходных профилей органов управления.
параметров.
Органы плавной
"<==>" Кнопки установки корректируемого
установки значений разряда.
выходных параметров (о) Вращающийся регулятор - для плавного
изменения значения выбранного корректируемого
разряда. "УДЕРЖ" - кнопка блокировки
органов управления
изменения значений выходных параметров.
"ОСНОВНОЙ"
Основной выход 50 Ом.
"50 Ом"
"СИНХР"
Выход синхронизации ГКЧ.
"ТТЛ"
Выход с уровнем ТТЛ.
Цифровое наборное поле прямого набора
необходимых цифровых значений выбранных
параметров, включая десятичную точку и знак
минус.
"Удален" - кнопка удаления левого неправильно
введенного разряда при вводе значения с
числовой клавиатуры.
"ПЧН"
Выход преобразователя частота - напряжение.
"МОД. ГЕН."
Выход модулирующего генератора.
Органы управления "ЗАП" - запись во внутреннюю память профилей
системными
органов управления. "ВЫЗОВ" - вызов из
режимами работы
внутренней памяти профилей органов
генератора. Кнопки, управления. "RS-232” - выбор скорости передачи:
над которыми указаны 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 или 19200
синие надписи, имеют интерфейса RS-232. “НАЧАЛЬН" двойное назначение. осуществление сброса генератора в
Для активизации
начальные, заводские, установки. "ПРЕФ" дополнительного
Кнопка префикса предназначения для управления
режима необходимо режимами работы кнопок с двойным
предварительно
назначением - для установки режимов заботы,
нажать кнопку ПРЕФ'. имеющих надписи над основными кнопками.
Нажатие на кнопку "ПРЕФ" зажигает на табло
светодиод "ПРЕФ", после чего необходимо
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
16 "ВНЕШ.МОД./
СИНХР"
17 "ПЧН"
18 "ЧАСТОТОМЕР"
нажать основную кнопку. Повторное нажатие на
кнопку "ПРЕФ" без нажатия основной кнопки
сбрасывает префиксный режим
Вход внешней модуляции или внешнего
запуска при
формировании пакета.
Вход преобразователя частота-напряжение.
Вход частотомера при измерении сигнала от
внешнего
источника.
Рисунок 17 - Внешний вид табло отображения генератора GFG-3015
№
Назначение
1
Индикатор переполнения внешнего частотомера
("ПЕРЕПОЛН")
2
Индикатор выбора формы сигнала основного генератора (
3
Индикатор выбора времени счета частотомера ("0,01 с"; "0.1 с"; "1 с"; "10
с")
)
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
4
Индикатор измерения частоты внешнего сигнала ("ВНЕШН")
5
Индикатор включения префиксного режима ("ПРЕФ")
6
Индикатор блокировки плавного изменения выходных параметров
("УДЕРЖ")
7
Индикатор единиц измерения частоты ("МГц", "кГц", "Гц", "мГц")
8
Индикатор установки размаха напряжения (Vpp)
9
Индикатор установки среднеквадратического значения напряжения
("rms")
10
Индикатор установки абсолютного уровня по мощности ("dBm")
11
Индикатор установки асимметрии и амплитудной модуляции ("%")
12
Индикатор установки фазы ("ГРАД")
13
Индикатор режима дистанционного управления (ДУ) ("RS-232")
14
Индикатор включения режима формирования пакета ("ВКЛ/ВЫКЛ")
15
Индикатор режима внешнего стробирующего импульса при
формировании пакета ("ПАКЕТ ВНЕШН")
16
Индикатор режима формирования одиночного импульса
ОДИН")
17
Индикатор режима формирования пакета ("ПАКЕТ МНОГО")
18
Индикатор отображения значений напряжения, коэффициента
асимметрии, фазы и параметров модуляции ("
")
19
Индикатор включения режима модуляции или свипирования ("МОД/ГКЧ
ВКЛ/ВЫКЛ")
20
Индикатор режима внешней модуляции ("МОД/ГКЧ ВНЕШН")
21
Индикатор режима логарифмического свипирования
ЛОГ")
22
Индикатор режима линейного свипирования ("МОД/ГКЧ ЛИН")
23
Индикатор отображения значений частоты
24
Индикатор режима частотной модуляции ("ЧМ")
25
Индикатор формы сигнала модулирующего генератора ("МОД/ГКЧ"
)
26
Индикатор режима амплитудной модуляции ("AM")
27
Индикатор режима установки начальной фазы запуска пакетов ("ФАЗА")
28
Индикатор режима установки коэффициента асимметрии основного
генератора ("АСИММ")
("В")
("ПАКЕТ
("МОД/ГКЧ
)
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
29
Индикатор режима установки постоянного смещения выходного сигнала
("СМЕЩ")
30
Индикатор режима установки коэффициента
модулирующего генератора ("СИМ")
31
Индикатор режима воспроизведения профилей органов управления
("ВЫЗ")
32
Индикатор режима установки уровня выходного сигнала ("АМПЛ")
33
Индикатор режима установки параметров AM и ЧМ ("ПАРАМ")
34
Индикатор режима записи профилей органов управления ("ЗАП")
35
Индикатор режима установки полосы свипирования в режиме ГКЧ
("ПАРАМ")
36
Индикатор режима установки частоты выходного сигнала
модулирующего генератора или частоты свипирования ГКЧ ("МОД ГЕН")
37
Индикатор режима установки частоты выходного сигнала основного
генератора ("ЧАСТ")
38
Индикатор режима установки центральной частоты в режиме ГКЧ ("ЦЧ")
39
Индикатор режима установки конечной частоты в режиме ГКЧ ("СТОП")
40
Индикатор режима установки начальной частоты в режиме ГКЧ
("СТАРТ")
асимметрии
Настройка генератора GW Instek GFG-3015
Установка начальных параметров. Нажатием на кнопку "POWER" включите
питание на генераторе. При первом включении генератора осуществите
установку параметров генератора "по умолчанию". Для этого последовательно
нажмите кнопки SHIFT и RS-232.
Работа генератора в режиме непрерывной генерации. Подключите к
основному выходу прибора 9 согласованную нагрузку сопротивлением 50 Ом.
Нажатием на кнопку "FUNС" на лицевой панели, выберите форму выходного
сигнала. Выбранная форма выходного сигнал отображается на индикаторе 2.
Установка частоты выходного сигнала генератора. Нажмите кнопку "FREQ",
на табло зажжется светодиод "FREQ". Установленное текущее значение частоты
отображается на светодиодном индикаторе с указанием размерностей.
Установка частоты выходного сигнала осуществляется:
Способ 1: Прямым набором числового значения частоты и вводом
соответствующей размерности (Гц, кГц, МГц).
Способ 2:
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
• Кнопками < или > выберите корректируемый разряд;
• Корректируемый разряд будет мигать несколько секунд;
• Вращением регулятора влево или вправо установите необходимое
значение частоты;
• Для блокировки случайного изменения частоты нажмите кнопку "HOLD",
на табло загорится индикатор "HOLD", кнопки < , > и вращающийся
регулятор будут блокированы.
Примечание: В случае превышения допустимых пределов установки частоты
выходного сигнала на индикаторе в поле частоты появится надпись Е01.
Пример 1. Для того, чтобы установить частоту 250 Гц, нажмите [FREQ] ; затем
кнопки [2] [5] [0] и кнопку Hz/Vpp.
Пример 2. Чтобы изменить частоту с 250 Гц до 550 Гц, последовательными
нажатием на кнопку < добейтесь, что мигала цифра "2", после этого
вращающимся регулятором измените цифру "2" на цифру "5".
Установка уровня выходного сигнала. Нажмите кнопку "AMPL", на табло
зажжется светодиод "AMPL". Установленное текущее значение уровня
отображается на светодиодном индикаторе с указанием размерностей.
Установка уровня выходного сигнала осуществляется:
Способ 1: Прямым набором числового значения уровня выходного сигнала и
вводом соответствующей размерности (Vpp; Vrms; dBm).
Способ 2: Кнопками < или > выберите корректируемый разряд;
• Корректируемый разряд будет мигать несколько секунд;
• Вращением регулятора влево или вправо установите необходимое
значение уровня;
• Для блокировки случайного изменения уровня нажмите кнопку "HOLD",
на табло загорится индикатор "HOLD", кнопки < , > и вращающийся
регулятор будут блокированы.
Примечание: В случае превышения допустимых пределов установки уровня
выходного сигнала на индикаторе в поле уровня появится надпись Е03.
Пример: 1. Для того, чтобы установить выходной уровень 0 dBm, нажмите
[AMPL] ; затем кнопки [0] и MHz/dBm.
Чтобы изменить уровень с 0 dBm до -10,5 dBm, последовательными нажатием
на кнопку < добейтесь, чтобы мигала цифра "0", после этого вращающимся
регулятором установите значение -10,5 dBm.
Установка асимметрии выходного сигнала. Обычно регулировка асимметрии
используется для регулировки времени нарастания и спада сигнала треугольной
формы или изменения скважности прямоугольного сигнала. Нажмите кнопку
"DUTY", на табло зажжется светодиод "DUTY". Установленное текущее
значение асимметрии отображается на светодиодном индикаторе в %.
Установка асимметрии выходного сигнала осуществляется:
Способ 1: Прямым набором числового значения асимметрии и нажатием на
кнопку "DEG/%".
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Способ 2:
• Кнопками < или > выберите корректируемый разряд;
• Корректируемый разряд будет мигать несколько секунд;
• Вращением регулятора влево или вправо установите необходимое
значение асимметрии;
• Для блокировки случайного изменения асимметрии нажмите кнопку
"HOLD", на табло загорится индикатор "HOLD", кнопки < , > и
вращающийся регулятор будут блокированы.
Примечание: В случае превышения допустимых пределов установки величины
асимметрии выходного сигнала на индикаторе появится надпись Е07.
Установка смещения постоянной составляющей выходного сигнала.
Нажмите кнопку "OFFSET", на табло зажжется светодиод "OFFSET".
Установленное текущее значение смещения постоянной составляющей
отображается на светодиодном индикаторе.
Установка смещения постоянной составляющей выходного сигнала
осуществляется:
Способ 1: Прямым набором числового значения уровня выходного сигнала и
нажатием на кнопку "Vpp".
Способ 2:
• Кнопками < или > выберите корректируемый разряд;
• Корректируемый разряд будет мигать несколько секунд;
• Вращением регулятора влево или вправо установите необходимое
значение уровня;
• Для блокировки случайного изменения уровня нажмите кнопку "HOLD",
на табло загорится индикатор "HOLD", кнопки < , > и вращающийся
регулятор будут блокированы.
Примечание: В случае превышения допустимых пределов установки величины
смещения выходного сигнала на индикаторе появится надпись Е05.
Запись профилей органов управления в память генератора.
Генератор имеет возможность записи и вызова до 10 профилей. Профиль
органов управления сохраняется в энергонезависимой памяти генератора и
вызов профилей возможен после перерыва электропитания генератора. Запись
профилей
органов
управления
осуществляйте
в
следующей
последовательности:
• Установите на генераторе необходимые режимы работы.
• Нажмите кнопку "STOR", на табло появится надпись "Store".
• Нажатием на одну из кнопок 0....9 выберите ячейку памяти, в которую
будет производиться запись профиля. На табло появится номер ячейки
памяти.
• Нажатием на одну из кнопок "DEG/%"
"MHz/dBM"
"kHz/VrMS"
"Hz/Vpp" осуществите запись, на табло появится надпись "Done".
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Вызов профилей органов управления из памяти генератора.
Вызов предварительно записанных профилей органов управления
осуществляйте в следующей последовательности:
• Нажмите последовательно кнопки "SHIFT" и "STOR", на табло появится
надпись "RECALL".
• Нажатием на одну из кнопок 0....9 выберите ячейку памяти, из которой
будет производиться считывание профиля. На табло появится номер
ячейки памяти.
• Нажатием на одну из кнопок "DEG/%"
"MHz/dBM"
"kHz/VrMS"
"Hz/Vpp" осуществите вызов профиля.
Практическая часть
Задание 1. Ознакомиться с теоретическим материалом на стр. 2-17.
Задание 2. Настройка компенсации пробника.
Подключите пробник к разъему канала
1
осциллографа
и
установите переключатель не пробнике в положение 10Х. Для этого
совместите положение выступов на разъеме BNC СН 1 (осциллографа с
пазами кабельного разъема пробника, вставьте разъем пробника в
разъем осциллографа и поверните замок разъема пробника вправо до
щелчка.
Подключите
контакты заземления и наконечник пробника к
соответствующим контактам выхода Калибратор (27).
Установите в меню Канала 1 ослабление пробника 10Х. Для этого
нажмите кнопки СН1 —> Probe, выбрать значение 10Х. Нажмите кнопку
AUTO . Через несколько секунд вы увидите на экране меандр (около 1кГц ЗВ
пик-пик). Нажмите кнопку СН1еще раз для выключения Канала 1,
нажмите кнопку СН2 для включения канала 2 и повторите шаги повторите
операции изложенные выше для Канала 2.
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
Рисунок 18 - Компенсация пробников
Выполните компенсацию пробника для его соответствия его емкости
параметрам входного канала. Эту процедуру нужно проводить всякий раз при
первом подключении пробника к любому входному каналу. Выберите в меню
пробника ослабление 10Х, установите переключатель ослабления пробника в
положение 10Х и подключите разъем пробника к входу Канала 1 осциллографа.
Если вы используете насадку крючок наконечника пробника, убедитесь в
надежности контакта и плотности его посадки. Подключите контакт заземления
и наконечник пробника к соответствующим контактам выхода Калибратор (27),
включите вывод на экран Канала 1 и нажмите кнопку AUTO.
Форма сигнала должна соответствовать приведенным ниже рисункам.
При необходимости, используя неметаллический инструмент, вращением
подстроечного
конденсатора пробника добейтесь наиболее правильного
изображения меандра на экране осциллографа.
Определить и занести в отчет следующие параметры тестового сигнала:
• частота сигнала
• период сигнала
• пиковое напряжение
• вид связи (по переменному или постоянному току)
• вертикальное отклонение
• значение уровня синхронизации
Задание 3. Сохранение диаграммы на внешнем насителе.
Подключите внешний накопитель USB к разъему 30. Установите режим
записи на USB накопитель. Для этого нажать кнопку “SAVE/RECALL” на
передней панели. Переключите параметр “SAVE TO” в состояние FILE.
Переключите тип данных для сохранения “TYPE” в состояние “PICTURE”.
Нажмите клавишу “SAVE”.
Сохраненную диаграмму занесите в отчет.
Задание 4. Курсорные измерения переходного процесса.
Настроить вертикальное и горизонтальное смещение осциллографа для
канала 1 для отображения фронта тестового сигнала. Произвести измерение
периода нарастания фронта (аналогично рисунку). Диаграмму работы сигнала и
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
длительность фронта занести в отчет.
Задание 5. Генерация сигналов произвольной формы.
Выполните настройку генератора сигналов c помощью генераторы GW
Instek GFG-3015 для генерации сигналов в соответствии с индивидулальным
заданием. Определить для каждого сигнала:
• частота сигнала
• период сигнала
• пиковое напряжение
• вид связи (по переменному или постоянному току)
• вертикальное отклонение
значение уровня синхронизации
Диаграммы сохранить на USB носитель с помощью осциллографа и
занести в отчет.
Задание 6. Диаграмма работы для программы из лабораторной работы
№1.
Использовать программу для микроконтроллера NXP LPC2368 из
лабораторной работы №1. Контакты шин питания VCC, земли GND, пинов
26-29 порта 1 GPIO выведены на разъем X5 платы:
Подключить
Контакт
Расположение на
разъеме X5
VCC




GND




Port1.26




Port1.27




Port1.28




Port1.29




пробник канала
1
осциллографа
ко
входу
кнопки,
Попов А.Ю. Изучение принципов работы цифровых запоминающих осциллографов
используемому в программе. Пробник канала 2 подключить к одному из портов,
запрограммированных на вывод. Заземлить пробники на контакт GND.
Настроить вертикальное и горизонтальное смещение осциллографа для
обоих каналов для отображения цикла работы программы. Получить диаграмму
работы одного цикла программы. Диаграмму сохранить на USB накопитель и
занести в отчет.
Задание 7. Триггерный режим работы осциллографа.
Включить режим синхронизации работы положительным фронтом для
канала 1. Подключить пробник канала 1 к контакту сигнала кнопки. Настроить
пороговое значение триггера: 1.5 В. Получить диаграмму работы по
срабатыванию триггера. Диаграмму сохранить и занести в отчет.
Требования к отчету
Отчет по работе должен содержать: задание, листинг программы
функционирования микроконтроллера, осциллограмму сигналов, результаты
тестирования программы, выводы о работоспособности программы.
Контрольные вопросы
1. Объясните термин «полоса пропускания осциллографа». Какова полоса
пропускания у осциллографа LeCroy WaveJet 222.
2. Назовите блоки, входящие в состав цифрового запоминающего
осциллографа.
3. Какие типы событий могут использоваться в триггерном режиме
осциллографа LeCroy WaveJet 222.
Литература
1.Лабораторное
руководство
и
учебное
пособие
для
студентов
электротехнических и физических факультетов. Agilent Technologies. 2012
2.Дедюхин А.A. Генератор сигналов произвольной формы АКИП-3402, ЗАО
«Прист» (http://www.prist.ru/info.php/articles/review_akip-3402.htm)
3.Дедюхин А.А. Генератор сигналов специальной формы GFG-3015 компании
Good Will Instruments Co. Ltd. Журнал «Компоненты и технологии» № 8 2003 г.
3.Function Generator GFG-3015 . USER MANUAL . GW INSTEK PART NO.
82FG-30150MC1 (www.gwinstek.com)