Цифровые люминофорные осциллографы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Идеальный инструмент для измерений в силовых цепях

За последние годы заметно увеличилось число конструкторских разработок, в рамках которых требуется проводить измерения мощности в силовых цепях. Более того, само понятие "измерение мощности" в этих цепях претерпело существенные изменения. Причина тому - широкое распространение импульсных источников питания, которые стали неотъемлемой частью большинства современных электронных приборов, включая и компьютеры, а также многих изделий бытовой техники.

Еще сравнительно недавно от конструкторов источников питания требовалось лишь подтверждение, что разработанные ими блоки обеспечивают необходимые напряжение и ток при заданном уровне пульсаций. Сегодня задачи разработчиков усложнились. Теперь конструктор обязан, в частности, дать полную информацию об уровнях мощности и гармоническом составе помех, генерируемых в силовую сеть импульсными источниками питания. Эти параметры разрабатываемых им устройств должны соответствовать требованиям национальных и международных стандартов на качество электроэнергии в силовых сетях (например, американский стандарт IEEE 519-1992).

Чтобы квалифицированно проверить разрабатываемые приборы на соответствие этим стандартам, конструктор должен иметь возможность измерять выходные сигналы быстродействующих переключающих транзисторов, напряжения шумов, мгновенные характеристики мощности и т. д. Для проведения подобных измерений при разработке импульсных источников питания и при их ремонте ему необходимы различные специализированные инструментальные средства. Значительно упростить такие измерения позволяют универсальные осциллографы нового класса - цифровые люминофорные осциллографы (ЦЛО, англ. DPO - Digital Phosphor Oscilloscope).

Эти приборы обеспечивают все необходимое для измерения мощности, включая отображение ее изменений в реальном масштабе времени, расширенные возможности по синхронизации и интеллектуальный интерфейс для работы с широким спектром пробников (пассивные и активные, токовые, дифференциальные). Некоторые ЦЛО имеют в своем составе модули БПФ (быстрое преобразование Фурье), которые существенно упрощают гармонический анализ сигнала.

Лучше чем аналоговый, лучше чем цифровой...

Поскольку задачи, возникающие при исследовании характеристик источников питания, значительно усложнились, аналоговые осциллографы реального времени (АОРВ) и цифровые запоминающие осциллографы (ЦЗО) сегодня уже недостаточно эффективны.

ЦЗО позволяют анализировать процессы, происходящие в импульсных блоках питания (ИБП). Они имеют достаточно широкую полосу пропускания, развитую систему синхронизации и дают возможность проводить детальный анализ сохраненного в памяти сигнала, например, переходного процесса. Однако изза ограничений, связанных с последовательной архитектурой ЦЗО, время между соседними запусками достаточно велико, поэтому важные детали сигнала могут пропасть. Кроме того, ЦЗО отображают все детали сигнала с одной интенсивностью, что также приводит к неизбежным потерям информации.

Что касается АОРВ, то они великолепно отображают сигналы, позволяют детально воспроизводить их даже при быстром изменении. По определению АОРВ обеспечивают градации интенсивности изображения на экране, отражающие частоту появления тех или иных составляющих сигнала. К сожалению, эти осциллографы не запоминают сигнал, не позволяют производить какие-либо сложные измерения и анализировать сигнал как ЦЗО. Вот почему конструкторы при проектировании и отладке ИБП вынуждены использовать оба этих прибора.

Задача объединения достоинств АОРВ и ЦЗО в одном приборе - ЦЛО - была решена с появлением новой архитектуры построения осциллографов. Она базируется на технологии "цифрового люминофора", которая в цифровой форме имитирует присущее АОРВ изменение интенсивности изображения. Иными словами, ЦЛО позволяет разработчикам видеть на экране, например, модулированные сигналы и все их тонкие детали, как и АОРВ, обеспечивая при этом их хранение, измерение и анализ, как ЦЗО.

Измерение мгновенной мощности с помощью ЦЛО

При разработке ИБП необходимо знание мгновенных значений рассеиваемой мощности в транзисторных силовых ключах (ТСК). Именно знание этого параметра позволяет выбрать ТСК (например, мощный MOSFET в схеме на рис.1), который был бы недорогим, но обеспечивающим надежную работу прибора. Процедура измерения мгновенной мощности включает дифференциальные измерения импульсного на силы тока в соответствующей цепи. Применение дифференциального пробника здесь обязательно, поскольку нас интересует напряжение сток-исток на MOSFET (V ds на рис. 1), а ни один из выводов этого транзистора не соединен с общим проводом. ЦЛО, как и большинство других осциллографов, не приспособлен к прямым измерениям подобных "плавающих" высоких напряжений. Интерфейс TekProbe level II ЦЛО осциллографа TDS3000 обеспечивает работу с дифференциальным пробником Р5205 и с токовым пробником ТСР202, что позволяет проводить исключительно точные измерения мгновенной мощности в широкой полосе частот.

Перед проведением таких измерений необходимо уровнять задержки в каналах дифференциального и токового пробника. Эта процедура получила название "deskewing". Упомянутые выше пробники согласованы по задержке сигнала с точностью 2 нс, но другие пробники и их другие комбинации могут уже не обеспечивать такой точности и должны в обязательном порядке подвергаться процедуре "deskewing". Это очень важно, так как даже малые временные рассогласования между измерениями напряжения и тока могут привести к большим ошибкам в измерении мгновенных значений мощности.

Как и другие современные цифровые осциллографы, ЦЛО имеют память, в которой, в частности, хранятся значения разницы времен задержек между различными пробниками. Ее измеряют с помощью ЦЛО по испытательному сигналу, а затем ее записывают в память ЦЛО. Функция autoset, которую имеет практически любой ЦЗО и ЦЛО, позволяет установить начальные параметры изображения на экране осциллографа. При этом автоматически учитываются результаты процедуры "deskewing".

Цветной ЖКИ экран очень удобен для одновременного отображения нескольких сигналов. Например, можно назначить различные цвета для осциллограмм напряжения, тока и мощности. Благодаря интеллектуальному интерфейсу TekProbe level II в этом случае будет проведено аккуратное считывание цифровой информации и ее масштабирование, так что не потребуется дополнительной расшифровки результатов.

ЦЛО (подобно многим ЦЗО) имеет возможность математической обработки исследуемых сигналов. Поэтому, например, информация о мгновенных значениях мощности получается простым умножением - "точка за точкой" - текущего значения напряжения на соответствующее значение тока. На рис. 2 показаны результаты измерения напряжения и тока и вычисления мгновенной мощности в том виде, как они отображаются на экране ЦЛО.

Исследование модулированных сигналов

Способность ЦЛО отображать информацию с переменной интенсивностью существенным образом облегчает поиск неисправностей в ИБП, особенно определение избыточной глубины модуляции сигнала в цепях регулировки выходного напряжения ИБП. Слишком глубокая модуляция, как известно, приводит к нестабильности работы ИБП. На рис. 3 изображение сигнала в петле регулировки выходного напряжения ИБП имеет меньшую интенсивность в участках, где модуляция менее частая. ЦЛО увеличивает интенсивность изображения в участках изображения, где сигнал проявляется наиболее часто, и этим напоминает аналоговый осциллограф.

ЦЛО идеально подходит для отображения таких сигналов, поскольку имеет очень высокую скорость захвата сигнала - более чем в 50 раз превышающую аналогичный параметр ЦЗО. Кроме того, цифровой люминофорный дисплей делает возможным наблюдение модулированных сигналов в реальном масштабе времени.

Исследование переходных процессов

Регистрация переходных процессов с ЦЛО осуществляется очень просто. Для этого используются его возможности синхронизации по фронту с установкой наклона, уровня, типа связи и задержки запуска. Если ИБП уже интегрирован в систему, бывает полезным синхронизировать развертку исследуемого "проблематичного" сигнала ИБП по сигналу, снятому с контрольной точки в системе. Это позволит, в частности, выявить синхронность переходных процессов в системе и ИБП и установить их взаимосвязь.

Конечно, выходное напряжение постоянного тока ИБП должно быть "чистым" и без переходных процессов. Объединение способа отображения информации, известного как "прокрутка" с функцией определения пикового значения сигнала позволяет ЦЛО обнаружить на медленно меняющихся сигналах или на постоянном токе импульсы переходных процессов с малой длительностью. При "прокрутке" изображение медленно "пролистывается" справа налево, напоминая работу самописца. Пик-детектор обнаруживает "выбросы" сигнала с минимальной длительностью до 1 нс и изменяет скорость развертки для их детального изучения.

Исследование гармонического состава

Исследование гармонических составляющих сигналов в силовых цепях - очень важная задача при проектировании ИБП. Дело в том, что они возбуждают в питающей сети помехи - нечетные гармоники от действующих в ИБП импульсных сигналов. Более того, при подключении к сети, например, нескольких компьютеров эти помехи могут суммироваться и достигать в результате заметного уровня. Так как эти составляющие (помехи) приводят к повышенному выделению тепла в линиях передачи и силовых трансформаторах, их следует минимизировать (например, в соответствии с стандартами IEC 555 и IEC 10003-2). Для решения этой задачи подойдет ЦЛО с дополнительными блоками.

Например, в TDS3000 можно установить модуль БПФ, что превращает осциллограф в превосходный инструмент для измерения гармонических искажений. При этом возможно одновременное отображение исследуемого сигнала и его спектрального состава. БПФ может использоваться при обработке как "живых", так и хранящихся в памяти сигналов.

Очевидно, что приобретение такого блока более эффективно, с точки зрения затрат, чем закупка специализированного анализатора гармонических искажений. Кроме того, это позволяет разработчикам использовать в работе не новый прибор, а уже хорошо знакомый им осциллограф.

Процедура измерения гармонических составляющих сигнала не сложнее обычных измерений параметров периодических сигналов, так как они представляют собой повторяющуюся периодическую последовательность импульсов, а не переходный процесс. Чтобы получить хорошее разрешение при анализе, необходимо отобразить на экране осциллографа как минимум пять циклов исследуемого сигнала (см. рис. 4).

Пользователь может задавать линейную или логарифмическую шкалу по вертикали и различные варианты "окон" БПФ - прямоугольное, Хемминга, Хэннинга и Блэкмана-Харриса. Для периодических сигналов больше всего подходит "окно" Хемминга. Линейное масштабирование обычно используется при измерениях мощности.

Документальная запись результатов измерений весьма важна при проектировании устройств. ЦЛО (как и ЦЗО) предоставляют для этого широкие возможности, что значительно облегчает оформление отчетов. Специальная кнопка "твердая копия" позволяет распечатать изображение на струйном или лазерном принтере (подключают к стандартному параллельному порту ЦЛО). Можно также сохранить его на гибком диске в различных форматах, включая .BMP, .EPS, .TIF и т. д.

ЦЛО: прорыв в области осциллографических технологий

Цифровой люминофорный осциллограф не только объединяет лучшие качества аналоговых и цифровых приборов, но и существенно превосходит их. Он имеет все достоинства ЦЗО (от хранения данных до сложных видов синхронизации), обеспечивая в то же время особые возможности АОРВ (мгновенную реакцию на изменение сигнала и отображение сигнала с переменной яркостью). Последнее стало возможным за счет цифровой эмуляции флюоресценции.

Новая серия ЦЛО - TDS3000 компании Tektronix представлена шестью моделями двух- и четырехканальных осциллографов с полосой пропускания до 500 МГц, имеющих компактное исполнение, малый вес (3,3 кг) и, как опцию, автономное питание.

Автор: А.Матвиенко, менеджер по развитию рынка компании "Тектроникс", (095)494-51-58

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Метаболизм слабеет к юности 19.08.2021 От обмена веществ во многом зависит, насколько энергичными мы себя чувствуем и как себя ведем - поэтому, когда мы смотрим на бесконечно резвящихся детей и подростков, кажется, что у них обмен веществ на пике. Потом, по мере взросления - как нам, опять же, кажется - обмен веществ начинает постепенно снижаться, снижаться и снижаться: в тридцать лет он уже не такой, как в двадцать, а в сорок не такой, как в тридцать, и т. д. На деле же все несколько иначе. Несколько десятков исследователей из научных центров США, Японии, Великобритании и других стран решили сравнить интенсивность метаболизма у людей разного возраста. В эксперименте участвовали 6421 человек двадцати девяти различных национальностей, возрастом от восьмимесячных младенцев до девяностапятилетних старцев. Их поили специальной водой, в которой водород и кислород были в виде стабильных изотопов с большей атомной массой. Затем эти изотопы в течение суток измеряли в крови, моче и слюне, и измерения длились неделю. Организм расходовал воду на свои нужды, и по динамике изотопов можно было судить об интенсивности обмена веществ. Естественно, интенсивность обмена веществ масштабировали в соответствии с размером тела и размером органов; результаты опубликованы в статье в Science. Обмен веществ в старости замедляется. Выяснилось, что замедляться он начинает уже к юности. У новорожденного интенсивность метаболизма примерно такая же, как у матери (повторим - с поправкой на размер тела). Но потом обмен веществ резко усиливается и достигает пика между 9 и 15 месяцами. Организм годовалого ребенка сжигает на 50% больше калорий, чем организм взрослого. Что понятно: в детстве формируется мозг, формируется иммунитет, формируется все, и все это требует огромных энергетических расходов. Интенсивность метаболизма остается чрезвычайно высокой до пяти лет - а потом начинает постепенно снижаться на 3% в год примерно до двадцатилетнего возраста. И дальше метаболизм остается на одном уровне до 60 лет, после чего опять начинает идти вниз со скоростью 0,7% в год. После 90 лет организм тратит примерно на 26% меньше энергии, чем в среднем возрасте.

Другие интересные новости:

▪ Камера OSMO Pocket 3

▪ 6-Тбайт гелиевые жесткие диски Ultrastar He от HGST

▪ Перец против соли

▪ Контроллер SilverStone LSB02 для подсветки в ПК

▪ LTE-модемы Intel

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аудиотехника. Подборка статей

▪ статья Делать хорошую мину при плохой игре. Крылатое выражение

▪ статья Какая находка помогла распознать смысл египетских иероглифов? Подробный ответ

▪ статья Асфодил. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Зависимое включение электро- и радиоприборов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Яйцо ниоткуда. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025