Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu

Digitální osciloskopy I. OB21-OP-EL-ELKM-JANC-M-3-009

Digitální osciloskopy  Číslicové (digitální) osciloskopy poskytují proti analogovým přístrojům některé výhody.  Musíme si být vědomi, že tyto přístroje pracují na principu vzorkování sledovaného signálu a že se tedy uplatní jevy, které vzorkování doprovází.  Vzorkováním sledovaného signálu se provádí jeho digitalizace.

Digitální osciloskopy  Vzorkování dělíme na: - vzorkování v reálném čase  - vzorkování opakované: - náhodné  - postupné  Vzorkování v reálném čase se děje během jedné periody vstupního signálu a je vhodné na sledování jak periodických, tak i náhodných dějů.  Opakované vzorkování se dělá během několika period vstupního signálu a proto je vhodné jen na sledování periodických signálů.

Vzorkování v reálném čase  Ze vstupního signálu se odebírají PAM vzorky během trvání jeho jedné periody. Tyto vzorky se zapamatují a potom v pořadí v jakém se zapamatovaly se i reprodukují.  Toto vzorkování vychází z Schenon – Kottelnikva teorému, který říká, že kmitočet vzorkovacího signálu musí být dvakrát větší než kmitočet signálu vzorkovaného.  Pro praktické použití tohoto teorému v digitálních osciloskopech musí být kmitočet vzorkovacího signálu minimálně čtyřikrát vyšší než kmitočet vzorkovaného signálu, pro zachování amplitudy, fázy a kmitočtu s minimální chybou.

Vzorkování v reálném čase  Pro ilustraci slouží obrázek, na kterém je vidět, že při použití dvou vzorků čárkovaná sinusovka má větší periodu, tedy nižší kmitočet a menší amplitudu jako plná sinusovka.  Při použití čtyř vzorků za jednu periodu při sledování signálu sinusového průběhu je chyba malá, ale při sledování signálu obdélníkového průběhu se tento zobrazí jako signál sinusový.  Tento případ nastane, když sledujeme signály s kmitočtem blízkým hornímu meznímu kmitočtu osciloskopu (stejně se chová i analogový osciloskop).

Vzorkování opakované – náhodné  Při tomto vzorkování má signál přesně definovanou frekvenci a odebírání PAM vzorků se dělá během více period vstupního signálu.  Pro každý PAM vzorek se zaznamená časový odstup od spouštěcího bodu. Ten je pro různé vzorky různý.  Při rekonstrukci signálu jsou údaje vzorků seřazeny podle narůstajících časových odstupů do příslušného pořadí.  Při náhodném vzorkování se získá i průběh signálu před bodem spouštění („negativní čas“). Tato skutečnost je znázorněna na obrázku.

Vzorkování opakované – náhodné

Vzorkování opakované – postupné  Tu se získává vždy jen jeden vzorek z jedné periody vstupního signálu.  V každé následující periodě je odebírání PAM vzorku zpožděno o stejný část Dt.  Po odebrání určitého počtu vzorků jsou všechny zapamatovány a při rekonstrukci vykreslovány podle narůstajících časových odstupů od spouštěcího bodu do příslušného pořadí.  Pro časy platí: t2 = t1 + Dt, t3 = t2 + Dt, atd.

Vzorkování opakované – postupné  Na rozdíl od opakovaného vzorkování – náhodného neumíme získat průběh vstupního signálu před spouštěcím bodem („negativní čas“).  Toto vzorkování umožňuje získat velmi přesně rekonstruovaný průběh vstupního signálu a umožňuje používat poměrně pomalé převodníky A / D s lepším rozlišením.

Vzorkování opakované – postupné  Vzorkovací efekty se u analogového osciloskopu nevyskytují. Tato nevýhoda je různými způsoby omezována a je předmětem firemních úprav.  Určitou nevýhodou, která se ovšem stále více stírá, je vyšší cena. Rozměry a váha číslicových osciloskopů je často menší, než u srovnatelných přístrojů analogových.

Vzorkování opakované – postupné

 Děkuji za pozornost  Ing. Ladislav Jančařík

Literatura  E. Vitejček a V. Hos: Elektrické měření, SNTL Praha 1979  V. Fajt a kol.: Elektrická měření, SNTL Praha 1987  L. Bejček a kol.: Měření v elektrotechnice, FEKT VUT Brno 2003