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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Изменения климата повлияли на вкус кофе 02.11.2021 На сенсорные качества кофе, такие как вкус и аромат, влияют изменения климата. То есть урожайность - не единственный фактор, уязвимый к изменениям окружающей среды. Также следует учитывать изменения вкусовых нот, яркости и других факторов. Это выяснили исследователи из Университета Тафтса и штата Монтана в США. "Плохая чашка кофе имеет не только сенсорные последствия, но и экономический эффект. Факторы, влияющие на производство кофе, имеют большое влияние на интерес покупателей, цену кофе и, в конечном итоге, на средства к существованию фермеров, которые его выращивают", - отметил Шон Кэш, профессор глобального питания в Университете Тафтса и старший автор исследования. Ученые проанализировали 73 опубликованные статьи, в которых исследуется влияние 10 распространенных факторов окружающей среды. В нем также подробно описаны текущие стратегии адаптации, которые могут бороться с этими эффектами, вселяя надежду на положительные результаты. Наиболее устойчивые тенденции, обнаруженные командой, заключались в том, что фермы на больших высотах ассоциировались с лучшим вкусом и ароматом кофе, в то время как слишком сильное воздействие света было связано со снижением качества кофе. Обобщение доказательств показало, что качество кофе также подвержено изменениям из-за водного стресса, повышения температуры и углекислого газа, хотя необходимы дополнительные исследования этих конкретных факторов. Некоторые текущие усилия по смягчению последствий изменения климата выглядят многообещающими и осуществимыми, но, по словам группы, необходимо разработать инновационные решения для поддержки роста кофе на всех уровнях.

Другие интересные новости:

▪ Отопление толпой

▪ Игры в куклы развивают эмпатию

▪ Бюджетный телефон Nokia 130

▪ 8-ядерные однокристальные системы от Allwinner

▪ Механическая клавиатура Hexgears Hyeku F2

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Гражданская радиосвязь. Подборка статей

▪ статья Пой лучше хорошо щегленком, чем дурно соловьем. Крылатое выражение

▪ статья Почему вулканы расположены в определенных местах? Подробный ответ

▪ статья Рябина обыкновенная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Емкостное реле. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Раскладывающаяся шкатулка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026