Как правильно использовать XY-дисплей осциллографа

Привет всем, я Роуз. Добро пожаловать в новый пост сегодня. В этом посте рассказывается, как напрямую использовать XY-дисплей осциллографа.

Темы, затронутые в этой статье:

Ⅰ. Лиссажу

Ⅱ. Кривая трекер

Ⅲ. Измерение квадратурного сигнала

Ⅳ. Измерения XY, связанные с мощностью

Ⅴ. Механические измерения

Ⅵ. Краткое содержание

Рисование одной трассы поверх другой возможно с помощью XY-отображения, которое иногда называют диаграммой рассеяния или перекрестной диаграммой. График такого типа можно использовать для сравнения двух сигналов и демонстрации их связи друг с другом. Эту 2D-графику можно изменить, включив в нее третий параметр, например частоту повторения, как изменение цвета или интенсивности.

Существует множество традиционных и современных применений режимов отображения XY: от традиционных диаграмм Лиссажу для расчета фазовых или частотных соотношений до диаграмм переходов состояний, используемых в современных квадратурных системах связи. Если между двумя переменными существует связь, ее можно продемонстрировать с помощью графика XY. Если связь присутствует, она также может указывать, является ли она линейной или нелинейной, а также ее направление. Некоторые из этих приложений будут рассмотрены в этой статье.

Ⅰ. Лиссажу

Две синусоидальные волны отображаются друг против друга на фигуре Лиссажу, которая является традиционным использованием XY-дисплея. Этот график используется для определения разности фаз между синусоидальными волнами одной и той же частоты. Разность фаз между двумя сигналами проще получить с помощью современного осциллографа, поскольку необходимо считывать только один параметр измерения. На рисунке 1 показано, как рассчитать соотношение частот синусоидальных волн, если их частоты различаются.

Фигура. 1

Рисунок 1: График XY двух гармонически коррелированных синусоидальных волн, в данном случае отношение количества горизонтальных пиков к количеству вертикальных пиков, представляющее соотношение частот входного сигнала 2:5.

На графике показано, что соотношение между частотами двух входных сигналов составляет от 2 до 5. Фактически измеренные частоты составляют 1 МГц и 2,5 МГц соответственно.

Ⅱ. Кривая трекер

Свойства VI полупроводникового устройства можно описать с помощью графика XY, осциллографа и генератора сигналов произвольной формы (AWG). Измерения кремниевого диода показаны на рисунке 2.

Фигура. 2

Рисунок 2: Кривая VI, основанная на 12 значениях напряжения, генерируемого AWG, и тока, протекающего через кремниевый диод.

При подаче на диод 12 импульсов амплитуда напряжения AWG последовательно увеличивается от -5 В до +5 В. Для измерения напряжения на диоде и тока, протекающего через него (один импульс на сегмент последовательности), используйте режим последовательности осциллографа. Одно значение параметра на точку составляет график тренда записанных параметров напряжения и тока. На горизонтальную входную ось XY-дисплея подается напряжение, масштабированное по 1 Вольт на каждое деление, а по вертикальной оси подается ток, масштабированный по 12,4 мА на деление. Полученная карта XY отображает свойства VI диода. Полезные приложения для этого простого теста включают в себя соответствующие компоненты.

Ⅲ. Измерение квадратурного сигнала

Два сигнала, сдвинутые по фазе на 90 градусов, объединяются для создания сигнала переменной фазы с помощью алгоритма генерации квадратурного сигнала. Вектор, имеющий величину и фазу, определяется сложением двух сигналов в квадратуре. Два аспекта вектора определяются силой входного сигнала. Как видно на рисунке 3, график XY, ставший возможным благодаря курсору XY, позволяет просматривать и контролировать фазу и амплитуду векторов, создаваемых квадратурными входными сигналами.

Фигура. 3

На рисунке 3 показана фазовая трасса вектора в виде графика XY двух квадратурных сигналов (суммы квадратов сигналов). Декартовы координаты, а также векторная величина (радиус) и фаза (угол) могут считываться с помощью курсоров XY.

Маршрут трассировки вектора вращения, который определяется суммой квадратов двух экспоненциально взвешенных радиочастотных импульсов, можно увидеть на XY-дисплее. Напряжение в точках выборки источника в каналах 1 и 2, а также величина вектора (радиус) и фаза относительно положительной оси X считываются курсорами XY. Эти показания курсора соответствуют формам сигналов XY, XT и YT. Это означает, что все исходные компоненты векторов измерения курсора измеряются одновременно. Векторная величина 401 мВ имеет компонент X 349,6 мВ и компонент Y 196,9 мВ. Поскольку источник ошибки для этих векторных параметров можно легко определить, эта информация полезна в приложениях, требующих формирования квадратурного сигнала, таких как радары и приложения цифровой связи.

Отображение постоянства, которое поддерживает несколько трасс, представленных на диаграмме, также может быть обеспечено с помощью XY-дисплея. Интенсивность или цвет используются в дисплеях послесвечения, чтобы указать, как часто отображаются пиксели. Синфазный (I) и квадратурный (Q) компоненты сигнала 16QAM показаны на рисунке 4 вместе с диаграммой перехода состояний XY, которая иллюстрирует, как I-компонент определяется на основе Q-компонента. В этом XY-дисплее используется монохроматическая инерционность.

Фигура. 4

Рисунок 4: График XY, отображаемый с монохроматическим постоянством. Среди них состояния данных диаграммы переходов состояний показаны яркими пятнами, а фазовые пути множественных переходов показаны более яркими.

Диаграммы перехода состояний указывают пути между состояниями данных и отображают состояния данных на каждом конце каждого пути перехода. Состояния данных отображаются на графике XY в виде более ярких точек, поскольку сигнал проводит больше времени в каждом состоянии данных, чем на маршруте перехода. Две разные векторные величины записаны дважды для четырех фазовых состояний: 45, 135, 225 и 315 градусов, и они также кажутся ярче. В результате график послесвечения предлагает дополнительную информацию об этом измерении, например, более наглядное изображение перекрывающихся векторов.

Ⅳ. Измерения XY, связанные с мощностью

XY-дисплей можно использовать для измерений устройств переключения мощности. Чтобы убедиться, что устройство работает в безопасном рабочем диапазоне, на рисунке 5 показано соотношение напряжения и тока на силовом полевом транзисторе (SOA).

Фигура. 5

Рисунок 5: График XY, используемый для измерения рабочей области (SOA) силового полевого транзистора, отображающий зависимость тока стока от напряжения сток-исток. Тест «Годен/Не пройден» сравнивает график XY с шаблоном, где красные кружки указывают на неудачу.

Ток стока прикладывается к вертикальной оси, а напряжение сток-исток (VDS) на полевом транзисторе прикладывается к горизонтальной оси. Полевой транзистор включен, и вертикальная часть диаграммы XY показывает, что VDS практически постоянен при увеличении тока. Полевой транзистор выключен, ток равен 0, а напряжение колеблется, когда горизонтальное кольцо находится в горизонтальном положении. Переходы переключения, возникающие при потере питания гаджета, представлены средней трассой. Этот тест подтверждает, что максимально допустимое напряжение, ток и мощность устройства не достигнуты.

Шаблон «прошел/не прошел» для отслеживания результатов измерений показан в синем разделе. Шаблон не должен пересекаться трассами XY.

Еще одним измерением XY, связанным с мощностью, является измерение магнитных свойств индуктивных устройств. На рисунке 6 показана измеренная кривая гистерезиса дросселя.

Фигура. 6

Рисунок 6: График гистерезиса, отображающий плотность магнитного потока как функцию напряженности магнитного поля.

Интенсивность магнитного поля и плотность магнитного потока являются входными данными для диаграммы гистерезиса. В то время как плотность магнитного потока определяется интегралом приложенного напряжения, напряженность магнитного поля определяется током, проходящим через индуктор. Эти расчеты можно выполнить с помощью осциллографа, используемого в программном обеспечении этой статьи для измерения мощности с использованием геометрии катушки (площадь поперечного сечения и длина магнитного пути), напряжения и тока, которые всем известны. Потери энергии за цикл, также известные как потери на гистерезис, происходят внутри петли гистерезиса.

Ⅴ. Механические измерения

Анализ механического оборудования также можно выполнить с помощью графиков XY. Чтобы преобразовать механические данные в пропорциональные электрические сигналы, необходимы правильные датчики. Диаграмма давления-объема двигателя, изображенная на рисунке 7, является хорошей иллюстрацией XY-диаграммы механического узла.

Фигура. 7

Рисунок 7: График XY, показывающий давление как функцию объема цилиндра двигателя внутреннего сгорания.

Датчик давления, прикрепленный к свече зажигания цилиндра, измеряет значение давления. Измеренный угол коленчатого вала используется поворотным энкодером для определения объема. Функция изменения масштаба осциллографа используется обоими датчиками, что позволяет проводить измерения в обычных единицах измерения давления и объема, в данном случае в паскалях и литрах. На фотоэлектрической диаграмме показаны два кольца. Тот, что вверху, — это такт выпуска, а тот, что внизу, — больший. Площадь внутри контура карты PV пропорциональна количеству механической работы, которую двигатель производит за цикл. В то время как такт выпуска представляет собой отрицательную работу, рабочий такт представляет собой положительную работу.

Ⅵ. Краткое содержание

Очевидно, что XY-дисплей является очень полезным инструментом для считывания результатов измерений. Помимо сравнения сигналов, он иллюстрирует взаимосвязи между нанесенными на график переменными и графически отображает величину и фазу вектора для квадратурных входных данных. Кроме того, он может выявить любые приросты или потери энергии, полученные во время езды. Изучая применение двойной трассировки для цифровых осциллографов, инженеры должны помнить об этом конкретном приборе.

Часто задаваемые вопросы

1. Есть ли разница между режимом XY и режимом TY осциллографа?

YT: Наблюдайте за изменением входного сигнала во времени, наиболее часто используемый вариант. XY: Введите сигнал в каналы ch1 и ch2 соответственно как переменные абсциссы и ординаты для просмотра фигур Лиссажу.

2. Работает ли ручка запуска, когда осциллограф находится в рабочем режиме XY?

Функция электрической ручки триггера эквивалентна регулировке входного сигнала, когда сигнал запускается осциллографом. Если для запуска не используется осциллограф, он работать не будет.

3. Что делает режим XY в осциллографе?

Режим XY в основном использует метод Лиссажу, который используется для измерения разности фаз между сигналами одной и той же частоты. Кроме того, режим XY также используется для тестирования компонентов, например, для построения вольт-амперной характеристики диода, и, конечно же, он также может напрямую измерять характеристики передачи напряжения интегрированного операционного усилителя, который может заменить транзистор. диаграммный метр. Фактически, в любом случае, когда речь идет о двух взаимосвязанных физических величинах, очень удобно использовать режим XY для измерения, например, можно использовать различные датчики, так что на экране осциллографа могут отображаться кривые зависимости потока-давления, напряжения- частота и т. д. Если два входных сигнала не имеют линейной зависимости частоты, стабильное графическое отображение не будет получено.