Сигнал — сумма переменной и постоянно составляющих

n Более сложный случай сигнала — однополярного периодического сигнала прямоугольной формы с амплитудой Umax = +100 В, длительностью импульса 10 мс, длительностью паузы 30 мс (рис. 3.30, а).

 

n К источнику такого напряжения подключены одновременно четыре вольтметра различных систем (рис. 3.30, 6): V1 — магнитоэлектрический; V2 — выпрямительный; VЗ — электронный вольтметр с амплитудным детектором с открытым входом (АДОВ); V4— электронный вольтметр с амплитудным детектором с закрытым входом (АДЗВ).

n Требуется найти (пренебрегая всеми погрешностями):

n • показания всех вольтметров;

n • среднее значение входного сигнала Uc

n • среднее выпрямленное значение сигнала Ucв

n • среднее квадратическое (действующее) значение Uск

n • коэффициент амплитуды Ка сигнала;

n • коэффициент формы Кф сигнала.

n Вольтметр VI (магнитоэлектрический) реагирует на среднее значение и, поскольку не предназначен для работы с переменными сигналами такой частоты, то и покажет среднее значение.

n Среднее значение UC общем случае есть интеграл функции сигнала на периоде. Для указанного сигнала с такой формой значение UCопределяется отношением площади импульса к периоду и имеет вид

n UC = (100 ·10):40 = 25 В.

n Среднее выпрямленное значение UCВ в данном случае совпадает со средним значением UC, так как сигнал однополярный:

n UCВ = UC = 25 В.

n Среднее квадратическое (действующее) значение UCК может быть вычислено в

n UCК = 50 В.

n Поскольку амплитудное значение входного сигнала известно и равно Umах = 100 В, то теперь можно найти значения коэффициентов амплитуды Ka и формы Kф данного сигнала:

n Kа = Umax / UCК =100:50 = 2;

n Kф= UCК / UCК = 50:25 = 2.

n Теперь, вспомнив, на что реагируют и в каких значениях отградуированы подключенные приборы (VI, V2, V3, V4), легко найти и записать их показания:

n U VI = 25 В;

n UV2 = 25· 1,11 = 27,8 В;

n UV3 = 100: 1,41= 71 В;

UV4 = (100 — 25): 1,41 = 53,2 В.

n В реальных экспериментах (где форма сигнала обычно не известна) подобная разница в показаниях исправных приборов свидетельствовала бы о значительной несинусоидальности измеряемого сигнала.

n Рассмотрим теперь обратную задачу. Допустим, нам известны показания четырех вольтметров (VI, V2, V3, V4) различных принципов действия, подключенных параллельно к одному источнику периодического несинусоидального напряжения.

n Первый вольтметр V1 — магнитоэлектрический показал

n U VI = 20 В;

n второй V2 — электронный с АДОВ — показал

n UV2= 21,3 В;

n третий V3 — электронный с АДЭВ —

n UV3 = 7,1 В;

n четвертый V4 — электронный с термоэлектрическим детектором —

n UV4= 22,4 В.

n Пренебрегая всеми погрешностями, необходимо найти

n амплитудное Umах, среднее UC действующее UCK,

n значения входного сигнала,

n а также амплитуду Umах~ только переменной его составляющей.

n Судя по тому, что показания приборов заметно различаются, измеряемый сигнал — несинусоидален, а может быть и несимметричен по отношению к оси времени, т. е. имеет ненулевую постоянную составляющую.

n Пренебрегая всеми погрешностями, необходимо найти амплитудное Umах, среднее UC действующее UCK,значения входного сигнала, а также амплитуду Umах~ только переменной его составляющей.

n Первый прибор V1 (МЭ вольтметр) реагирует на среднее значение напряжения и показывает его же, т. е. среднее значение UC = 20 В. Это означает наличие во входном сигнале постоянной составляющей UO = 20 В. Общее амплитудное значение Umах можно определить по показаниям UV2 электронного вольтметра V2 с АДОВ:

n Umах = UV2 · Kasin =21,3 ·1,41 = 30 В.

n Реальное Uck (действующее) значение входного сигнала даст вольтметр с термоэлектрическим детектором:

n Uck = UV4 = 22,4В.

n Показания вольтметра V3 с АДЗВ позволяют найти амплитуду Umах~ только переменной составляющей (поскольку такой прибор игнорирует постоянную составляющую входного сигнала):

n Umах~ = UVЗKasin = 7,1 ·1,41 = 10 В.

n Если сигнал содержит и постоянную, и переменную составляющие, то, зная их отдельные действующие значения, можно найти общее действующее значение как их геометрическую сумму.

ГЛАВА 4
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ

n 4.1. УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

n Класс осциллографов сегодня может быть поделен на две сильно различающиеся группы: аналоговые (электронно-лучевые и светолучевые) и

цифровые.

n Каждая из этих групп имеет свои функциональные возможности, достоинства и недостатки, метрологические и эксплуатационные характеристики, свои области и специфику применения.

n Классический ЭЛО — это электронный аналоговый измерительный прибор, который используется для исследования, как правило, периодических процессов в реальном времени.

n Упрощенно структуру ЭЛО можно представить тремя основными частями (рис. 4.1): канал вертикального отклонения луча (канал Y}, канал горизонтального отклонения (канал X) и электроннолучевая трубка (ЭЛТ).

n Такое название каналов (Y и X) отвечает классическому двухкоординатному представлению различных функций (вертикальная ось — ось ординат Y, горизонтальная ось — ось абсцисс X).

 

n Назначение каналов У и X— преобразование входных исследуемых и/или вспомогательных напряжений до уровней, необходимых для управления потоком электронов в электронно-лучевой трубке.

n Назначение этой трубки — формирование изображения исследуемого сигнала или изображения, отражающего результат взаимодействия двух или нескольких сигналов.