Как посчитать частоту на осциллографе

3.5. Измерение частоты сигнала.

Существует довольно много методов измерения частоты сигналов с помощью осциллографа. Рассмотрим два наиболее простых.

1. Частоту сигнала  можно вычислить из его периода T по формуле  = 1/Т. Погрешность измерения соответствует погрешности измерения периода.

Рис.13 Определение частоты по фигурам Лиссажу

2. Можно определить частоту с помощью фигур Лиссажу (см. раздел 1.2, рис.3). Для определения соотношения частот нужно сосчитать, сколько колебаний совершает луч по одной и другой оси при полном обходе всей фигуры (сколько максимумов по вертикали и горизонтали на картинке). Число колебаний легко найти также по числу пересечений фигуры Лиссажу вертикальной (n) и горизонтальной (m) прямыми, как показано на рис.13. Луч совершает m/2 полных колебаний по вертикали (канал Y) и n/2 – по горизонтали (канал X), значит, отношение частот: f_x/f_y = n/m. Погрешность при строгом выполнении кратности частот (когда картинка абсолютно неподвижна) определяется погрешностью установки частоты эталонного сигнала. Эталонный сигнал целесообразно подать на ось Х, поскольку он берется с эталонного генератора и обычно имеет достаточную амплитуду для развертки по оси Х. Кроме этого, удобный для измерений горизонтальный размер фигуры можно подобрать изменением амплитуды эталонного сигнала.

3.6. Измерение фазовых сдвигов.

Для гармонического сигнала фазой назы­вают выражение – аргумент синуса, _о– начальная фаза колебаний. Значение фазы зависит от выбранного начала отсчета времени, поэтому физический смысл имеет сдвиг фаз  или раз­ность фаз ₁ — ₂ двух сигналов с одинаковыми частотами (рис.14). Измеряется фаза в угловых единицах – радианах или градусах.

Рис. 14 Пример гармонических колебаний — проекции точек, равномерно вращающихся по окружности.

Рис.15. Измерение разности фаз из временного сдвига синусоид.

Нахождение фазового сдвига из временного интервала. Временной сдвиг двух сигналов легче всего наблюдать на двухлучевом осциллографе. На экране получают неподвижную картинку двух осциллограмм (Рис.15). Поскольку весь период Т соответствует углу 360, разность фаз определяется из соотношения:  = 36ОТ/Т .

На однолучевом осциллографе процедура измерения сложнее и содержит два этапа: а) Получают устойчивое изображение одного из сигналов U₁ в режиме ВНЕШНЕЙ синхронизации тем же самым сигналом, то есть подавая его одновременно на вход Y и вход синхронизации Х . Регулируют уровень синхронизации таким образом, чтобы какая-либо характерная точка (например, y = 0) попала на начало развертки (Рис. 15); б) Подают на вход Y осциллографа второй сигнал U₂, сохраняя синхронизацию от первого сигнала U₁ (УРОВЕНЬ НЕ ИЗМЕНЯТЬ!). Поскольку начало развертки по-прежнему определяется первым сигналом, второй сигнал будет сдвинут от начала. Временной сдвиг Т определяется по сдвигу от начала развертки аналогичной точки (y =0) второго сигнала.

Рис.16. Определение фазового сдвига методом эллипса.

В методе ЭЛЛИПСА фазовый сдвиг определяется по фигуре Лиссажу. Движение луча по горизонтали и вертикали в параметрическом виде описывается уравнениями:

x = x_o sint

где x_o =s₁u₁, y_o = s₂u₂, s₁ и s₂ – чувствительность осциллографа по го­ризонтали и вертикали. В общем случае – это уравнение эллипса, главные оси которого повернуты относительно осей x и y на некоторый угол (рис.16). Координаты пересечений эллипса с осью oх определяются из условия y = 0, откуда следует t = k ‑ , где k = 1,2,… и x₁ = x_o sin(k ‑ ) = (-1) k+1 x_o sin  = . x_o sin .

Аналогично, рассматривая координаты пересечений эллипса с осью oy, легко получить y₁ =  y_o sin . Таким образом, угол сдвига фаз можно найти из характерных размеров эллипса

sin  =  l_x/L_x =  l_y/L_y.

При определении  нужно учесть направление наклона эллипса (Рис.17). Погрешность метода резко возрастает при углах, близких 90, когда размеры l_x и L_x сближаются. Поэтому методом эллипса целесообразно измерять сдвиги фаз до 40–50. При этом погрешность осциллографа, как правило, не превышает 2 — 3 %. Систематическую ошибку, возникающую из-за неодинаковости фазовых сдвигов в каналах Х и Y осциллографа, можно легко учесть. Для этого на оба канала одновременно подают один и тот же сигнал. Если на экране наблюдается не прямая, а эллипс, значит в осциллографе имеется постоянный фазовый сдвиг, величину которого можно определить по параметрам получившегося эллипса. Этот сдвиг представляет систематическую ошибку, которую нужно вычитать из полученного результата.

Рис. 17 Форма эллипса в зависимости от фазового сдвига

Недостатком данного метода является его неоднозначность. Эволюция эллипса с ростом сдвига фаз показана на рис.17. Поскольку на частотах  5-10 Гц направление движения луча на экране не видно, эллипс выглядит одинаково для двух значений углов _1,2 =  . Для разрешения данной неоднозначности в один из сигналов можно ввести дополнительный известный фазовый сдвиг и по характеру изменения эллипса определить исходный сдвиг фаз.

Приведенные выше методы определения фазового сдвига – не единственные. С другими методами можно ознакомиться в дополнительной литературе.

Измерение частоты с помощью осциллографа

1. Изучить (повторить) методы измерения частоты с помощью осциллографа.

2. Получить практические навыки измерения частоты с помощью электронного осциллографа.

ОБОРУДОВАНИЕ

1. Электронный осциллограф;

2. Измерительный генератор – 2 шт;

3. Макет фазосдвигающей цепочки.

Рисунок 1 – Схема для определения неизвестной частоты по фигурам Лиссажу

Таблица 1 – Результаты измерений частоты по фигурам Лиссажу

Рисунок 2 – Схема для определения неизвестной частоты по окружности

Таблица 2 – Результаты измерений неизвестной частоты по окружности

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите все виды разверток в электронном осциллографе.

2. Поясните принцип получения линейной развертки.

3. Поясните принцип получения синусоидальной развертки.

4. Как произвести расчет неизвестной частоты по фигуре Лиссажу?

5. Поясните принцип получения круговой развертки.

6. Как произвести расчет неизвестной частоты по окружности?

7. При каких условиях на экране осциллографа получается фигура Лиссажу?

8. От чего зависит значение неизвестной частоты?

9. Как правильно определить значения ny (количество пересечений по вертикали) и nx (количество пересечений по горизонтали)?

10. При каких условиях на экране осциллографа получается изображение в виде окружности?

11. Как рассчитать значение неизвестной частоты по изображению окружности, от чего оно будет зависеть?

Как рассчитать частоту с помощью осциллографа?

Осциллографы могут измерять и отображать мгновенное напряжение графически, но имейте в виду, что осциллограф и графический мультиметр это не одно и то же. Он состоит из экрана с вертикальными и горизонтальными линиями в форме графика. Осциллограф измеряет напряжение и отображает его в виде графика зависимости напряжения от времени на экране. Обычно он не показывает частоту напрямую, но мы можем получить тесно связанный параметр из графика. Отсюда мы можем рассчитать частоту. Некоторые из новейших осциллографов в наши дни могут автоматически вычислять частоту, но здесь мы сосредоточимся на том, как рассчитать ее самостоятельно.

В этом посте мы рассмотрим:

Органы управления и переключатели на осциллографе

Чтобы рассчитать частоту, нам нужно подключить ее к проводу с зондом. После подключения он покажет синусоидальную волну, которую можно настроить с помощью элементов управления и переключателей на осциллографе. Поэтому очень важно знать об этих переключателях управления. Канал зонда В нижней строке у вас будет место для подключения пробника к осциллографу. В зависимости от того, какой тип устройства вы используете, может быть один или несколько каналов. Позиционная ручка Осциллограф имеет ручку позиционирования по горизонтали и вертикали. Когда он показывает синусоидальную волну, она не всегда находится в центре. Вы можете повернуть ручку вертикального положения, чтобы форма волны находилась в центре экрана. Таким же образом иногда волна занимает только часть экрана, а остальная часть экрана остается пустой. Вы можете повернуть ручку горизонтального позиционирования, чтобы улучшить горизонтальное положение волны и заполнить экран. Вольт / дел и время / дел Эти две ручки позволяют изменять значение на деление графика. В осциллографе напряжение отображается по оси Y, а время — по оси X. Поверните ручки вольт / деление и время / деление, чтобы отрегулировать значение, которое вы хотите, чтобы на деление отображалось на графике. Это также поможет вам лучше понять график. Управление триггером Осциллограф не всегда дает стабильный график. Иногда местами может искажаться. А вот важность запуск осциллографа. Управление триггером позволяет получить четкий график на экране. Он обозначен желтым треугольником в правой части экрана.

Настройка графика осциллографа и вычисление частоты

Частота — это число, показывающее, сколько раз волна завершает свой цикл каждую секунду. В осциллографе вы не можете измерить частоту. Но вы можете измерить период. Период — это время, необходимое для формирования полноволнового цикла. Это можно использовать для измерения частоты. Вот как вы это сделаете.

Подключение зонда

Сначала подключите одну сторону пробника к каналу пробника осциллографа, а другую сторону — к проводу, который вы хотите измерить. Убедитесь, что ваш провод не заземлен, иначе это вызовет короткое замыкание, которое может быть опасным.

Использование регуляторов положения

Позиционирование имеет большое значение, когда речь идет о частоте. Ключевым моментом здесь является признание окончаний волнового цикла. Горизонтальная позиция После подключения провода к осциллографу он будет показывать синусоидальную волну. Эта волна не всегда находится посередине или занимает весь экран. Поверните ручку горизонтального положения по часовой стрелке, если не используется полный экран. Поверните его против часовой стрелки, если вам кажется, что он занимает слишком много места на экране. Вертикальная позиция Теперь, когда синусоида покрывает весь экран, вам нужно сделать ее по центру. Если волна находится в верхней части экрана, поверните ручку по часовой стрелке, чтобы опустить ее. Если он находится внизу экрана, поверните его против часовой стрелки.

Использование триггера

Триггерный переключатель может быть ручкой или переключателем. В правой части экрана вы увидите маленький желтый треугольник. Это уровень срабатывания. Отрегулируйте этот уровень запуска, если на показанной вами волне есть статические помехи или она нечеткая.

Использование напряжения / дел и времени / дел

Вращение этих двух ручек приведет к изменению ваших расчетов. Независимо от того, какие настройки установлены у этих двух регуляторов, результат будет одинаковым. Только расчет будет отличаться. Вращение регуляторов Voltage / div сделает ваш график вертикально высоким или коротким, а вращение ручки Time / div сделает ваш график длиннее или короче по горизонтали. Для удобства используйте 1 В / дел и 1 раз / дел, пока вы можете видеть полный волновой цикл. Если вы не можете увидеть полный волновой цикл в этих настройках, вы можете изменить его в соответствии с вашими потребностями и использовать эти настройки в своих расчетах.

Период измерения и частота расчета

Скажем, я использовал 0.5 вольта на вольт / деление, что означает, что каждое деление соответствует 5 напряжения. Снова 2 мс по времени / деление, что означает, что каждый квадрат составляет 2 миллисекунды. Теперь, если я хочу вычислить период, я должен проверить, сколько делений или квадратов требуется по горизонтали для формирования полного волнового цикла.

Расчетный период

Скажем, я обнаружил, что для формирования полного цикла требуется 9 подразделений. Тогда период — это произведение значений времени / деления и количества делений. Таким образом, в этом случае 2 мс * 9 = 0.0018 секунды.

Расчет частоты

Теперь по формуле F = 1 / T. Здесь F — частота, а T — период. Таким образом, частота в этом случае будет F = 1 / 0018 = 555 Гц. Вы также можете вычислить другие данные, используя формулу F = C / λ, где λ — длина волны, а C — скорость волны, которая является скоростью света.

Заключение

Я Йоост Нуссельдер, основатель Tools Doctor, контент-маркетолог и папа. Мне нравится пробовать новое оборудование, и с 2016 года вместе со своей командой я пишу подробные статьи в блогах, чтобы помочь постоянным читателям с инструментами и советами по изготовлению.

Я Йоост Нуссельдер, основатель Tools Doctor, контент-маркетолог и папа. Мне нравится пробовать новое оборудование, и с 2016 года вместе со своей командой я пишу подробные статьи в блогах, чтобы помочь постоянным читателям с инструментами и советами по изготовлению. report this ad

radiohlam.ru

БАРС модератор, спонсор, писатель, идеолог, редактор
Сообщения: 2019 Зарегистрирован: 16 ноя 2009, 15:25 Откуда: СССР, г. Москва

Определение частоты по осциллограмме

Сообщение БАРС » 15 ноя 2011, 20:24

Давно хотел создать тему для всех, да и самому немного разобраться. Как известно в импульсной электронике без осциллографа делать вообще нечего. Тут я расскажу как узнать частоту с помощью осциллографа.

Частота = 1 / период импульса.

Период импульса = диапазон положения ручки «время» на осциллографе * количество клеток периода импульса на осциллограмме.

Предлагаю рассмотреть три осциллограммы и рассчитать частоту:
(На всех трёх осциллограммах ручка «время» у меня была в положении «0,05 мкс» [микросекунд])

Первый пример, расписываю очень подробно:

Период импульса = 0,05 мкс * 4,2 клетки = 0,21 мкс
0,21 мкс / 1000 = 0,00 021 мс [миллисекунда]
0,00 021 мс / 1000 = 0,0 000 0021 с [секунды]

Частота = 1 / 0,0 000 0021 с = 4 761 900 Гц
4 761 900 Гц / 1000 = 47 619 кГц
47 619 кГц / 1000 = 4,7619 МГц

Второй пример, кратко:

Период импульса = 0,05 мкс * 2 клетки = 0,1 мкс

Частота = 1 / 0,1 мкс = 10 МГц

Третий пример (прошу прощения за плохую синхронизацию, мой осциллограф уже не «тянет» столь высокую частоту):

Период импульса = 0,05 мкс * 1,2 клетки = 0,06 мкс

Частота = 1 / 0,06 мкс = 16,666 МГц

Всем спасибо. Прошу ткнуть носом в имеющиеся ошибки и опечатки
Уважаемого Админа персонально прошу прокомментировать данный пост

ec73 инженер, читатель
Сообщения: 54 Зарегистрирован: 20 окт 2010, 19:49 Контактная информация:

Re: Определение частоты по осциллограмме

Сообщение ec73 » 15 ноя 2011, 23:36

Очевидные вещи комментировать — все верно

Считаем скважность:
Период в первом случае равен 4,2 клетки
Длительность — 2,2 клетки.
Скважность равна 2. Ну примерно
Или коэффициент заполнения — 0,5 (duty=50%)

rhf-admin администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
Сообщения: 3048 Зарегистрирован: 25 авг 2009, 23:19 Откуда: Уфа Контактная информация:

Re: Определение частоты по осциллограмме

Сообщение rhf-admin » 16 ноя 2011, 09:45

БАРС модератор, спонсор, писатель, идеолог, редактор
Сообщения: 2019 Зарегистрирован: 16 ноя 2009, 15:25 Откуда: СССР, г. Москва

Re: Определение частоты по осциллограмме

Сообщение БАРС » 22 ноя 2011, 20:03

rhf-admin администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
Сообщения: 3048 Зарегистрирован: 25 авг 2009, 23:19 Откуда: Уфа Контактная информация:

Re: Определение частоты по осциллограмме

Сообщение rhf-admin » 23 ноя 2011, 01:01

БАРС модератор, спонсор, писатель, идеолог, редактор
Сообщения: 2019 Зарегистрирован: 16 ноя 2009, 15:25 Откуда: СССР, г. Москва

Re: Определение частоты по осциллограмме

Сообщение БАРС » 23 ноя 2011, 01:37

rhf-admin администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
Сообщения: 3048 Зарегистрирован: 25 авг 2009, 23:19 Откуда: Уфа Контактная информация:

Re: Определение частоты по осциллограмме

Сообщение rhf-admin » 23 ноя 2011, 12:06

БАРС модератор, спонсор, писатель, идеолог, редактор
Сообщения: 2019 Зарегистрирован: 16 ноя 2009, 15:25 Откуда: СССР, г. Москва

Re: Определение частоты по осциллограмме

Сообщение БАРС » 23 ноя 2011, 13:01

Тогда если представим что я измеряю пульсации на этой осциллограмме
download/file.php?id=523&mode=view
получается что размах пульсаций здесь = 4,6 клетки; амплитуда пульсаций = 2,3 клетки; двойная амплитуда (первый раз такой термин услышал ) пульсаций = 4,6 клетки?

И ещё вопрос, почему на этой осциллограмме на ножках кварца не синусоида а непонятно что? Или это мой осциллограф её так искажает? Хотя быть такого не может, у него полоса пропускания до 10МГц, а импульсы на осциллограмме под 5 МГц.
download/file.php?id=522&mode=view

rhf-admin администратор, спонсор, писатель, дизайнер, инженер, программист, идеолог
Сообщения: 3048 Зарегистрирован: 25 авг 2009, 23:19 Откуда: Уфа Контактная информация:

Re: Определение частоты по осциллограмме

Сообщение rhf-admin » 23 ноя 2011, 23:12

dionisiu Читатель
Сообщения: 35 Зарегистрирован: 24 мар 2015, 10:40 Откуда: ЮжныйБерегКрыма

Re: Определение частоты по осциллограмме

Сообщение dionisiu » 01 апр 2015, 16:27

Дико извиняюсь за некрофильство, но другой темы по осциллографам здесь ещё не нашёл.
Вопрос в следующем. Добыл я из своего хламушника осциллограф Н313, да вот родной щуп к нему утерян. Кое-как сделал некое подобие и включил прибор, щуп на палец, подстроился на частоту наведенного напряжения сети и. немного озадачился. В общем и целом, на экране — синусоида, но при рассмотрении её вблизи обнаружены отклонения от математически верной формы. Линия ступенчатая (как ступеньки на иллюстрациях к интегралам ), и отсюда возникает ряд вопросов:
1. Это признак внутренних проблем прибора (типа высыхания электролитов)?
2. Это из-за помех, вносимых народным щупом ( ни грамма пайки, только скотч, алюминиевая фольга, соединители от коаксиального кабеля, стоматологический шпатель из нержавейки и кусок провода из наушников)?
3. Это из-за слишком большого числа окружающих нас импульсных блоков питания?
4. Кто-то рядом запилил отмотку счётчика?
5. Несколько факторов вместе?

Уважаемые радиохламеры, посмотрите, пожалуйста, на своих осциллографах форму сетевых наводок, а то я тут беспокоиться начинаю.
И, нет, это не первоапрельская шутка, несмотря на дату.
Простите, фото сигнала пока приложить не могу, нечем скинуть