Цифровой осциллограф

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

КУРСОВАЯ РАБОТА С ДИСЦИПЛИНЫ

«МЕТРОЛОГИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ»

НА ТЕМУ:

«Цифровой осциллограф»

                                                                                        Выполнил: Томчук Д.Л.

                                                                                          студент ФЭЛ-205

                                                                                       Принял: Землянский В.М.

Киев-2010

План

Введение…………………………………………………………………….…3

1 Типы осциллографов…………………………………………………….….4

2 Параметры осциллографов…………………………………………………4

3 Структура и принцип работы цифрового осциллографа…………………5

4 Адреса производителей осциллографов…………………………………..7

5 Расчет вероятностной оценки суммарной случайной погрешности….....9

6 Вывод…………………………………………………………………….....12

7 Список используемой литературы…………………………………….….13

Введение

Для того чтобы понять какую практическую цель преследуют осциллографы, необходимо знать следующее. Оосциллограф образован от слов «осциллум»- колебания, «графо» - пишу. Таким образом, осциллографы - это специальные измерительные приборы, при помощи которых наблюдают зависимости двух и более быстро изменяющихся величин. Если говорить более простым языком, то осциллографы – это приборы, на экране которых отображаются кривые напряжения или тока, как функции времени, т.е. эти приборы, предназначены для наблюдения за видами колебаний.

              Основной деталью осциллографа является электронно-лучевая трубка. Трубка экрана осциллографа изнутри покрыта люминофором. На сегодняшний день нашли свое применение как аналогово-цифровые осциллографы, так и цифровые осциллографы.

              Цифровые осциллографы обладают широкими возможностями и позволяют измерять до 8 параметров различных сигналов. В отличие от аналоговых, цифровые осциллографы обладают режимом синхронизации с компьютером, и могут сохранять несколько программ одновременно, отправлять на печать весь процесс и результаты работы, а также многое другое. Эти приборы характеризуются надежностью и простотой в использовании, благодаря чему нашли применение в различных областях деятельности человека.

1 Типы осциллографов

Электронное оборудование может быть классифицировано на две основные категории: аналоговое и цифровое. Аналоговое оборудование "имеет дело" с непрерывно изменяющимися во времени значениями напряжения, в то время как цифровое "работает" с дискретными (бинарными) величинами, представляющими собой выборки напряжения. Например, обычный электропроигрыватель (граммофон) является аналоговым устройством, в то время как компактный дисковый плеер - цифровым. Точно таким же образом классифицируются и осциллографы: на аналоговые и цифровые. Для решения большинства задач применимы оба типа, однако, каждый из них имеет свои, уникальные характеристики, делающие его более или менее пригодным под специфические требования. Цифровые осциллографы могут также подразделяться на цифровые запоминающие (DSO), цифровые люминесцентные (DPO) и дискретизирующие.

2 Параметры осциллографов

Все параметры осциллографа, как средства измерения, делятся на две группы: основные параметры и дополнительные параметры.

К основными параметрам относятся:

- Значения коэффициентов отклонения, погрешность коэффициента отклонения или связанная с ним погрешность измерения напряжения.

- Значения коэффициентов развертки, погрешность коэффициента развертки или связанная с ним погрешность измерения временных интервалов.

- Параметры переходной характеристики (ПХ).

- Параметры входа канала вертикального отклонения.

- Допускаемое суммарное значение постоянного и переменного напряжения.

- Параметры синхронизации.

К дополнительным параметрам относятся:

- Параметры АЧХ.

- Коэффициент развязки между каналами.

  Для цифровых осциллографов к дополнительным параметрам можно отне   сти: частота дискретизации, длина внутренней памяти.

3 Структура и принцип работы цифрового осциллографа

Рис. 1 Упрощенная структурная схема цифрового осциллографа (ЦО)

МУ – масштабирующее устройство (усилитель и делитель напряжения);

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;

К – контроллер;

ЗУ – запоминающее устройство;

Э – экран;

ОУ – органы управления (кнопки, ручки).

На рис.1 в предельно упрощенном виде показана структурная схема цифрового осциллографа (ЦО).

              Пройдя через МУ, входное напряжение u(t) преобразуется АЦП в ди-               cкретную последовательность кодовых слов Ni , отображающих мгновенные значения ui этого напряжения. Каждое новое кодовое слово записывается в ОЗУ. При этом все предыдущие записанные отсчёты сдвигаются на одну ячейку (регистр сдвига), а самый первый N1 исчезает, как бы «выталкива-    ется». Если ОЗУ состоит из М ячеек, то в нём, постоянно обновляясь, содержится М последних, «свежих», кодовых слов. Так продолжается до тех пор, пока не будет выполнено некое заданное условие, например, когда какое-либо ui впервые превысит заданный оператором уровень («запуск по уровню»). После этого содержимое некоторого количества ячеек ОЗУ переписывается в запоминающее устройство ЗУ, входящее в состав контроллера К.              Каждой ячейке ЗУ соответствует точка на экране по цвету отличающаяся от       фона. Её абсциссу определяет номер ячейки, а ординату кодовое слово Ni, находящееся в этой ячейке.

Для хорошего изображения сигнала на экране вполне достаточно 2 точки на 1 мм. Средних размеров экран имеет высоту 100 мм и ширину      120 мм. Следовательно, на экране должны располагаться 200 × 240 = 48 000 точек или более.

Таким образом, для формирования хорошего изображения АЦП должен иметь не менее 8 двоичных разрядов (256 точек по вертикали) и ЗУ должно содержать 256 ячеек.

ЦО позволяет делать замечательную вещь – запоминать в ОЗУ очень много кодовых слов, а потом «вытягивать» их порциями, соответствующими ширине экрана. В аналоговых осциллографах это, конечно, невозможно. Для обозначения запаса по оси времени («глубина памяти») иногда пользуются такой оценкой длительности сигнала, данные о котором записаны в ОЗУ: «число экранов». Например, «8 экранов» означает, что объём памяти ОЗУ не 256, а 2048 ячеек, в которых записано 2048 кодовых слов Ni. Каждое Ni – это 8-разрядный код, т.е. один байт, т.ч. «8 экранов» – это объём памяти в 2 килобайта. Можно вообразить очень широкий экран-ленту – в 8 раз шире натурального, но такой же высоты. На такой ленте было бы записано изображение всего сигнала. Длина этой ленты около одного метра.

Ещё одно принципиальное отличие от аналоговых осциллографов состоит в том, что в ЦО можно видеть предысторию сигнала до появления импульса запуска. Это называют «предзапуском». Кодовые слова переписываются из ОЗУ в ЗУ так, что в момент появления импульса запуска первой ячейкой ЗУ будет та, что даёт точку на вертикальной линии, проходящей через центр экрана, последующие точки располагаются направо от неё, предыдущие – налево. Положение первой ячейки можно смещать влево или      вправо от центра и тем самым соответственно уменьшать или увеличивать видимый интервал предыстории.

Частоту дискретизации (частоту «выборок») можно изменять в широких пределах, что соответствует изменению масштаба по горизонтали и аналогично изменению скорости развёртки в аналоговых осциллографах.

В целом ЦО имеет больше сходства с компьютером, чем с аналоговым осциллографом. Он позволяет выполнять различные математические операции: растягивать во времени фрагменты записанного в память сигнала, складывать и вычитать сигналы в разных каналах, определять частотный спектр сигнала путём применения быстрого преобразования Фурье и проч.

4 Адреса производителей осциллографов

1 Цифровой осциллограф TDS1001B    

Краткое описание: Цифровой осциллограф TDS1001B – монохромный цифровой осциллограф начального уровня для инженера-разработчика : - 2-канала, 2мВ - 5В/деление, полоса - 40МГц (частота дискретизации 500МГц), точность 3%, Umax. входного сигнала – от 300В (DC) до 13В (на 3Мгц). USB порт для подключения к компьютеру. Цена: 8640 грн

Адрес:              Украина, г. Киев, Оболонский пр-т 16е              

E-mail :              order@meratek.kiev.ua

Тел :                        8(067) 447-00-89,

                    8(044) 331-66-87.

2 Цифровой осциллограф TDS2002B

Краткое описание: Цифровой осциллограф TDS1001B – монохромный цифровой осциллограф начального уровня для инженера-разработчика : - 2-канала, 2мВ - 5В/деление, полоса - 60 МГц (частота дискретизации 1 Гвыб./с). USB порт для подключения к компьютеру. Digital Storage Oscilloscope (DSO), 60 MHz, 1 GS/s, 2 ch, color QVGA, USB. Цена: 12800 грн.

              Тел/факс: +7(495) 22-11-555,

                            +7(495) 978-77-67.

              E-mail:      210@priborm.ru

3 Цифровой осциллограф Protek 2006

Краткое описание: 500Msa/s норма осуществления выборки в реальном времени, 50Gsa/s эквивалентно-разовая норма осуществления выборки, большой 5.7-дюймовый индикатор цвета TFT, диапазон рабочих частот на 60 МГц с 2 каналами, USB (Хозяин & Устройство), RS232 & интерфейс RJ45. Цена 9485 грн.

              Тел./факс: (495) 258-91-11, (49625) 55-4-55

E-mail: info@electronpribor.ru

ICQ: 29555136, Skype: epribor

5 Расчет вероятностной оценки суммарной случайной погрешности

Задание. Приведите методику расчета вероятностной оценки -ной случайной погрешности, если каждая случайная составляющая погрешности имеет нормальное распределение и заданы СКО. Численный результат измерения представить с доверительной вероятностью Р=0,95 , если:

лк

Х=33 лк

Методика оценки суммарной погрешности при нормальном законе распределения их составляющих:

1.

2. Все составляющие погрешности делим на две группы:

1-я- аддитивная;

2-я- мультипликативная.

1-я:             2-я:  

3. Из первой группы выбираем сильно коррелированные между собой составляющие погрешности и внутри этих групп произведем алгебраическое суммирование оценок  их СКО, т.е. :

  1-тая группа сильно коррелированных погрешностей.

4. Так, как все группы аддитивной корреляц. погрешностей выведены и внутри этих групп выполнено алгебраическое суммирование, суммирование по группам и оставшиеся вне групп считаем некоррелированными и суммировать их можно по правилу геометрического суммирования :

5. Находим доверительный интервал случайной составляющей погрешности в начале диапазона измерения заданной доверительной вероятности:

; P, где t=2 при Р=0.95 , т.е.:

, Р=0.95

6. Для сильно коррелированных мультипликативных погрешностей по каждой 1-той группе произведем алгебраическое суммирование:

7. Находим -ное путем геометрического суммирования:

8. Находим СКО суммарной погрешности в конце диапазона измерений путем геометрического суммирования аддитивной и мультипликативной составляющих:

9. Находим доверительный интервал случайной составляющей погрешности в конце диапазона измерения заданной доверительной вероятности:

; P, где t=2 при Р=0.95,т.е.:

, Р=0.95

10. Представляем вероятностную оценку суммарной погрешности для заданного значения измеряемой величины Х :

,где = 100 лк; = 33 лк

, Р=0.95

, Р = 0.95