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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Messung der Nichtlinearität der Wobbelspannung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Die vom Autor am Beispiel eines Oszilloskop-Sweep-Generators vorgestellten Methoden zur Messung des Fehlers eines Geräts mit linear variierender Spannung können auch zur Beurteilung der Qualität anderer ähnlicher Geräte verwendet werden. Die sich linear ändernde Spannung (LIN) wird in den unterschiedlichsten elektronischen Geräten verwendet. Am deutlichsten, im wahrsten Sinne des Wortes, äußert es sich als sich entwickelnde Spannung im horizontalen Ablenkkanal des Oszilloskops. Die Umwandlung eines Oszilloskops von einem Gerät, mit dem Sie die Form des untersuchten elektrischen Signals visuell qualitativ bewerten können, in ein genaues Messgerät wurde möglich, nachdem eine CRT mit einem Flachbildschirm, einer internen parallaxenfreien Skala und einer genauen Kalibrierung geschaffen wurde Sweep-Generatoren. Um die Dauer des untersuchten Signals direkt auf der Skala der Röhre bestimmen zu können, muss die Ausgangsspannung des Horizontal-Sweep-Generators linear und stabil sein. Es ist jedoch unmöglich, eine lineare Entfaltungsspannung zu erhalten, ohne deren Nichtlinearität messen zu können. Am Beispiel des in [1] beschriebenen Sweep-Generators werden Methoden zur Nichtlinearitätsmessung betrachtet. Auf Abb. 1 zeigt ein vereinfachtes Diagramm seines LIN-Pulsformers. Die Wobbelspannung wird linearisiert, indem der Spannungsübertragungskoeffizient des Folgers auf VT1, VT2 geändert wird, wobei KU = (R2 + R3 + R4) / (R3 + R4).
Gemessen an den Widerstandswerten der in der Formel enthaltenen Widerstände liegt er sehr nahe bei 1. Wenn sich der Widerstandswert des Widerstands R2 von 0 auf 5 Ohm ändert, ändert die Nichtlinearität der Wobbelspannung ihr Vorzeichen und ihren Absolutwert um einige Zehntel von einem Prozent. Der Artikel bespricht verschiedene Messmethoden. Ihre Auflösung, also die minimale Nichtlinearität, die sie messen können, beträgt 0,02 ... 0,04 %. Im Wobbelgenerator, dessen Schaltung in Abb. In 1 erfolgt die Bildung von LIN durch Laden des Kondensators Ct mit einem konstanten Strom durch den Widerstand Rt, daher muss der Spannungsabfall zwischen den Punkten A und B konstant sein. Bezeichnen wir es als UR. Legt man diese Spannung an den Eingang des Messoszilloskops, so zeigt der Bildschirm in erster Näherung eine horizontale Gerade an. Wenn sich KU im gesamten LIN nicht ändert, ist die Linie auf dem Bildschirm wirklich gerade. Bei einer positiven Nichtlinearität des Sweeps weicht das rechte Ende der Linie auf dem Bildschirm um ΔUR nach unten ab, bei einer negativen nach oben. In der Regel ist KU nicht ganz stabil, daher ist der Sweep im Allgemeinen nichtlinear ε= ±(ΔUR /UR)x100[%]. Es ist sehr praktisch, UR mit einem Oszilloskop mit Differenzeingang zu messen. Leider treten bei einem großen Widerstand Rt erhebliche Fehler auf: Der Eingangswiderstand der Differenzstufe des Oszilloskops, angeschlossen an Punkt A (nennen wir ihn RBX), überbrückt den Widerstand Rt. Normalerweise ist der Wert von RBX=1 MΩ. Der andere Eingang der Differenzstufe des Oszilloskops hat keinen Einfluss auf die LIN-Parameter, da er an Punkt B mit dem niederohmigen Ausgang des Repeaters verbunden ist. Mit einem herkömmlichen Oszilloskop lässt sich die Nichtlinearität mit guter Genauigkeit abschätzen. Das Messschema ist in Abb. dargestellt. 2. Bei der Messung müssen die gemeinsamen Stromschienen des Generators und des Oszilloskops sowie deren Gehäuse voneinander isoliert werden. Element G1 - zur Kompensation der Konstantkomponente, deren Einbau mit einem Abstimmwiderstand R4 erfolgt.
Dabei wird der Eingangswiderstand des Oszilloskops parallel zu Rt geschaltet und verkürzt den LIN-Impuls etwas, ohne zusätzliche Nichtlinearität einzuführen. Auch die Kapazität des Oszilloskopgehäuses im Verhältnis zum Generatorgehäuse sowie die Eingangskapazität des Oszilloskops und die Kapazität des Sondenkabels Свх haben keinen Einfluss auf die Bildung und Parameter der LIN-Impulse. Eine andere Methode zur Messung der Nichtlinearität basiert auf der Tatsache, dass die erste Ableitung einer linear variierenden Funktion ein konstanter Wert ist. Das heißt, wenn das Signal vom Ausgang des LIN-Shapers über die differenzierende RC-Schaltung zum Eingang des Oszilloskops geleitet wird, sehen wir auf dessen Bildschirm eine horizontale gerade Linie (bei ε = 0). Diese Methode findet in der Praxis Anwendung und wird sogar als Beispiel in der Aufgabensammlung für Universitäten empfohlen [2]. In Wirklichkeit ergibt sich jedoch ein anderes Bild auf dem Bildschirm (Abb. 3). Dabei ist U1 eine sich linear ändernde Spannung, U2 das erwartete Bild der ersten Ableitung, U3 das reale Bild.
Zur Beurteilung der Nichtlinearität des Sweeps des betreffenden Oszillators ist diese Methode, wie sie üblicherweise verwendet wird, nicht geeignet, es gibt jedoch einen künstlichen Trick, der ihre Verwendung ermöglicht. Schauen wir uns Abb. an. 4, a.
In Reihe mit dem Kondensator Ct ist ein Korrekturwiderstand RK geschaltet, dessen Nennwert etwa Rt entspricht. Wenn RK > 0, steigt die Spannung am Punkt A nach dem Öffnen der Taste S nicht wie üblich von 0 an, sondern springt – von UK = it · RK. Der Spannungssprung wird an Punkt B an den Ausgang des Repeaters übertragen und es entsteht das in Abb. 4b. Die Möglichkeiten dieser künstlichen Technik werden dadurch begrenzt, dass der Anfang des Impulses U2 sozusagen abgeschnitten wird. Wenn ab 10 % der LIN-Dauer Informationen geopfert werden, was durchaus akzeptabel ist (die Anfangs- und Endabschnitte der Wobbelspannung werden selten verwendet), dann ist U2 = 500 ... 600 mV. Die Auflösung der Methode erreicht beispielsweise bei Verwendung eines Oszilloskops C1 - 83 mit einem minimalen Teilungswert von 0,2 mV 0,04 %. Ohne den Einsatz von RK geht der Anfangsteil (10 %) des Signals bei U2= = 100 mV verloren. Die Auflösung der Methode verschlechtert sich auf ±0,2 %. Eine wertvolle Eigenschaft dieser Methode besteht darin, dass sie zur Messung der Nichtlinearität der Wobbelspannung nach dem Horizontalkanalverstärker verwendet werden kann, was mit anderen Methoden nicht möglich ist. Eine andere von V. A. Bondar und V. A. Shaverin [6] vorgeschlagene Methode ähnelt im Schema der vorherigen (Abb. 5).
In Reihe mit Rt und Ct ist ein Widerstand Rp geschaltet, von dem das Signal abgenommen wird. Nach dem Öffnen der Taste S tritt am Widerstand Rp, wie am Widerstand RK in Schaltung 4, ein Spannungssprung auf. Je größer der Widerstandswert des Widerstands Rp ist, desto größer ist der Signalwert und desto höher sollte scheinbar die Auflösung der Methode sein. Allerdings gibt es Fehlerquellen, die ihn einschränken. Insbesondere bildet der Widerstand Rt mit der Kapazität (Ck + Cvh) einen integrierenden Kreis. Die Vorderflanke des Up-Impulses bricht zusammen und ein Teil des gemessenen Signals geht verloren. Bei einem Dauerverlust von etwa 10 % beträgt die Amplitude Up 500 ... 600 mV und die Auflösung der letzten Methode ist gleich. Literatur
Autor: M. Dorofeev, Moskau
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