Анализ сигналов во временной области

Методические указания к лабораторной работе

 «Анализ сигналов во временной области»

по курсу "Радиоизмерения"

2016 г.

Цель работы:

Изучить принципы анализа сигналов во временной области. Получить навыки работы с цифровыми осциллографами.

1. Теоретическая часть

При работе с сигналами во временной области чаще всего в качестве средства измерения используют осциллограф. Осциллограф – прибор, предназначенный для анализа временных и амплитудных параметров сигнала, подаваемого на его вход. Первые осциллографы были построены на основе электронно-лучевой трубки, на вертикальные пластины которой прикладывалось опорное синусоидальное напряжение, а на горизонтальные пластины подавался исследуемый сигнал. В конце 20-го века начали появляться цифровые осциллографы, которые использовали аналого-цифровой преобразователь для перевода сигнала в цифровую область для последующей его обработки.

Схемотехническое устройство аналогового осциллографа приведено на рис.1.

[pic 1]

Рис.1 - Схемотехническое устройство аналогового осциллографа

где 1 – усилитель горизонтальной развертки, 2 – генератор пилообразных сигналов, 3 – блок синхронизации, 4 – блок питания трубки, 5 – электронно-лучевая трубка, 6 – Усилитель вертикальной развертки.

Преимущества аналогового осциллографа заключаются в отображении сигнала в режиме реального времени, то есть отображаются все искажения в сигнале вне зависимости от частоты их появления, так как сбор сигнала идет постоянно в процессе измерения. К недостаткам следует отнести невозможность сохранения и точного измерения исследуемого сигнала.

На смену аналоговым приборам пришли осциллографы на основе аналого-цифровых преобразователей. К их достоинствам следует отнести широкие возможности по постобработке измеряемых сигналов, что играет очень важную роль в современной радиоэлектронике, где широкое распространение получили разнообразные цифровые интерфейсы (Ethernet, CAN, SPI, UART, USB, ARINC и т.д.). Их анализ требует сбора и последующего анализа больших массивов данных, что невозможно при использовании аналогового оборудования.

Схемотехническое представление цифрового осциллографа приведено на рис.2:

[pic 2]

Рис.2 - Схемотехническое представление цифрового осциллографа

К основным недостаткам цифровых осциллографов следует отнести наличие промежутка простоя при сборе данных, что означает то, что данные собираются не сплошным потоком, как в аналоговых приборах, а с определенной дискретностью, которая обусловлена временем, необходим на обработку оцифрованных данных.

Типы цифровых осциллографов

Цифровой запоминающий осциллограф

        Подобные приборы позволяют исследовать как периодические, так и однократные случающиеся сигналы, например, переходные процессы. Данные приборы постоянно хранят в памяти оцифрованный сигнал, что открывает широкие возможности для его последующего анализа.

[pic 3]

Осциллографы смешанных сигналов

В отличие от цифровых запоминающих осциллографов имеют дополнительные логические каналы, которые позволяют работать с цифровыми интерфейсами передачи данных. В данном режиме осциллограф показывает только логические уровни сигналов и их длительность без отображения таких временных характеристик как время нарастания и спада. Амплитудные характеристики заключаются только в отображении определенных уровней, количество и параметры которых задаются настройками встроенного аналогового компаратора.

[pic 4]

Цифровые стробоскопические осциллографы

В отличие от архитектуры цифровых запоминающих и осциллографов с цифровым люминофором, в сигнальном тракте цифрового стробоскопического осциллографа перед аттенюатором/усилителем включен стробоскопический смеситель (дискретизирующий мост), как это представлено на рис. Входной сигнал проходит процедуру выборки, перед тем как выполняется его ослабление или усиления. Поскольку полоса сигнала после стробоскопического смесителя ограничивается, может быть использован относительно узкополосный усилитель. Таким образом, полоса пропускания входного усилителя не является ограничивающим фактором для частотного диапазона осциллографов такого типа.