Методика осциллографических измерений

1. Цель работы – ознакомиться с измерительными приборами лаборатории и освоить методику измерения амплитудных и временных параметров периодических сигналов с помощью осциллографа.

2. Вопросы для самоподготовки

2.1 Назначение осциллографа.

2.2 Назначение органов управления на панели осциллографа.

2.3 Принцип действия электронно-лучевой трубки.

2.4 Порядок настройки изображения на экране осциллографа.

3. Состав лабораторной установки

Установка включает в себя следующие приборы: электронно-лучевой осциллограф С1-166/1, генератор импульсов Г5-3Б, генератор гармонических сигналов Г3-33 или ГУК-1, вольтметр ВК7-9 или В7-26, частотомер Ч3-34. Подключение измерительных приборов к исследуемым схемам производится с помощью коаксиальных кабелей.

4. Задание на проведение работ

4.1 Начертить структурную схему осциллографа (рис.1).

4.2 Изучить методику работы с приборами.

4.3 Записать паспортные данные всех приборов установки.

4.4 Подключить осциллограф к генератору гармонических колебаний и снять осциллограммы напряжения на частотах 500 Гц, 5 кГц и 150 кГц при амплитуде сигналов 0,1В; 0,5В и 10В. Указать на осциллограммах линию 0В и масштабы по вертикальной и горизонтальной осям. Определить по осциллограммам амплитуду и частоту сигналов.

4.5 Измерить амплитуду и частоту сигнала на выходе генератора с помощью электронного вольтметра и частотомера. Сравнить результаты, полученные в п.4.4. и п.4.5.

4.6 Подключить осциллограф к генератору импульсов и снять осциллограммы сигналов на частотах 500 Гц, 5 кГц и 150 кГц при амплитуде сигналов 0,1; 0,5 и 10 В. Определить по осциллограммам параметры сигналов: амплитуду, длительность импульсов, длительность фронта и спада, период и скважность импульсов.

5.Краткие сведения из теории

5.1 Назначение и состав структурных блоков осциллографа

5.1.1 Осциллограф предназначен для исследования периодических электрических сигналов в полосе частот от 0 до 25 МГц путем визуального наблюдения и измерения их амплитудных и временных параметров по шкале экрана электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

5.1.2 Осциллограф, структурная схема которого приведена на рис.1.1, содержит следующие блоки:

- аттенюатор канала А;

- аттенюатор канала Б;

- усилитель предварительный Y;

- линию задержки;

- усилитель выходной Y;

- блок развертки;

- усилитель горизонтального отклонения ;

- усилитель импульсов подсвета;

- калибратор;

- блок управления;

- электронно-лучевую трубку;

- блок питания, в состав которого входит схема управления ЭЛТ.

5.1.3 Исследуемые сигналы подаются на входы аттенюаторов каналов А и Б. В аттенюаторах осуществляется ослабление сигналов до величины, обеспечивающей заданный размер изображения по вертикали на экране ЭЛТ.

5.1.4 В предварительном усилителе осуществляется усиление сигналов, калибровка усиления в каждом канале, инвертирование сигнала в канале Б, смещение сигналов в каждом канале с целью перемещения изображения сигналов по вертикали, выбор каналов (одного, двух или их суммы).

5.1.5 Линия задержки задерживает исследуемый сигнал на время, компенсирующее задержку сигнала в схемах синхронизации, развертки и подсвета, что позволяет наблюдать фронты коротких импульсов.

5.1.6 Выходной усилитель Y усиливает выходной сигнал до уровня, удобного для исследования сигнала на экране ЭЛТ.

методика осциллографических измерений - student2.ru

Рис.1.1 – Структурная схема осциллографа

5.1.7 В блоке развертки осуществляется синхронизация сигнала для получения неподвижного изображения сигнала на экране ЭЛТ; выбор источника синхронизации от тракта вертикального отклонения, внешним сигналом либо от сети; выбор полярности синхронизирующего сигнала; диапазона частот синхронизации; выработка пилообразных напряжений для осуществления развертки изображения по горизонтали; формирование сигналов для подсвета изображения и для коммутации каналов вертикального отклонения; усиление пилообразных напряжений до величины, обеспечивающей необходимое отклонение луча на экране ЭЛТ; смещение изображения сигналов по горизонтали, калибровка по горизонтали.

5.1.8 Калибратор служит для периодической проверки и калибровки коэффициентов отклонения и развертки.

5.1.9 Блок управления осуществляет выбор режимов работы осциллографа.

5.1.10 ЭЛТ служит для преобразования электрических сигналов, поступающих с усилителей горизонтального и вертикального отклонения и усилителя импульсов подсвета, в видимое изображение сигнала на экране.

5.1.11 Блок питания служит для получения напряжений постоянного и переменного тока, которые необходимы для работы всех устройств осциллографа. В блоке питания находится также схема управления ЭЛТ.

5.2 Устройство передней панели осциллографа

5.2.1 Органы управления, подключения и индикации для удобства работы оператора сгруппированы по зонам. Схема их расположения приведена на рис.1.2.

5.2.2 В левой части передней панели расположен экран ЭЛТ. Под ним расположены следующие органы управления:

– кнопка включения «СЕТЬ» и индикатор;

– ручка «ЯРКОСТЬ» - для регулировки яркости изображения;

– ручка «ФОКУС» - для вертикальной фокусировки изображения;

– ручка «АСТИГ» - для горизонтальной фокусировки изображения.

5.2.3 Справа от ЭЛТ расположена зона тракта вертикального отклонения.

В ней размещены:

– кнопочные переключатели режимов работы тракта вертикального отклонения (только канал А или Б, оба канала в поочередном или прерывистом режиме, алгебраическая сумма сигналов в каналах А и Б, изменение полярности сигнала в канале Б, включение режима X-Y);

– ручки «↨» каналов А и Б – для перемещений по вертикали изображений сигналов в каналах А и Б соответственно;

– переключатели «ВОЛЬТ/ДЕЛ» каналов А и Б;

– кнопочные переключатели вида связи источника сигнала со входом каналов вертикального отклонения (непосредственная или через конденсатор);

– разъемы «1 М 25рF» канала А и «1 М 25рF» канала Б – для подключения источников исследуемых сигналов на вход канала А и Б соответственно (в режиме X-Y канал А служит для подачи сигнала Х, а канал Б – сигнала Y).

методика осциллографических измерений - student2.ru

Рис.1.2 – Передняя панель осциллографа

5.2.4В зоне разверток размещены следующие органы управления:

– кнопка «х10» и «х1» – для включения и выключения 10 - кратной

растяжки развертки;

– кнопка « μs», « ms» для выбора микросекундного или миллисекундного диапазона переключателя «ВРЕМЯ/ДЕЛ»;

– кнопка «АВТ», «ЖДУЩ» выбора режима запуска развертки;

– кнопка «+», «–» - для переключения полярности синхронизации;

– кнопка «ПС», «НЧ» обеспечивает запуск развертки полным сигналом или низкочастотной составляющей сигнала;

– ручки «↔» обеспечивают плавное или грубое перемещение линии развертки по горизонтали;

– переключатель «ВРЕМЯ/ДЕЛ» вместе с кнопками «s», «ms» обеспечивает установку требуемого коэффициента развертки;

– ручка «УРОВЕНЬ» обеспечивает выбор уровня запуска развертки;

– кнопки «А», «Б», «СЕТЬ», «ВНЕШН» предназначены для выбора источника синхронизации;

– гнездо «СИНХР» для подачи сигналов при внешней синхронизации.

5.2.5 На выходе калибратора «0,6 V 1 kHz», предназначенного для калибровки трактов горизонтального и вертикального отклонения, а также для компенсации делителей 1:10, присутствуют импульсы положительной полярности типа «меандр» частотой 1кГц и амплитудой 0,6 В.

5.2.6 На задней панели расположен разъем «СЕТЬ 220 V 50 Hz» для подключения шнура сетевого питания. В этом разъеме установлены вставки плавкие, доступные для замены только при отсоединенном сетевом шнуре.

5.3 Подготовка к проведению измерений

5.3.1 Подать исследуемый сигнал на вход канала А (Б) «1М 25рF» через соединительные кабели или делители 1:10.

Примечание: использовать делитель 1:10 предпочтительнее, так как при этом осциллограф значительно меньше влияет на исследуемый источник сигнала.

5.3.2 Установить режим работы тракта вертикального отклонения (один из каналов А или Б , оба канала в поочередном или прерывистом режиме или алгебраическую сумму каналов А и Б).

5.3.3 Выбрать источник синхронизации (канал А, канал Б, сигнал с частотой питающей сети или внешний сигнал, подаваемый на вход «СИНХР»).

5.3.4 Установить удобные для наблюдения размер и положение изображения сигнала на экране ЭЛТ по вертикали.

5.3.5. Получить, вращая ручку «УРОВЕНЬ», устойчивое изображение сигнала на экране ЭЛТ.

5.3.6 Установить кнопками переключателей «ВРЕМЯ/ДЕЛ» удобные для наблюдения размер и положение изображения сигнала на экране ЭЛТ по горизонтали.

5.4 Измерение временных интервалов и частоты

методика осциллографических измерений - student2.ru

Рис.1.3 – Осциллограмма исследуемого сигнала

Ручкой «↔» установите осциллограмму в центр экрана (см. рис.1.3).

Установите переключатель РАЗВЕРТКА ВРЕМЯ/дел в положение, при котором длина измеряемого интервала составляет не менее 4 делений шкалы по горизонтали.

Измеряемый временной интервал определяется как произведение длины интервала в делениях шкалы на показание переключателя РАЗВЕРТКА ВРЕМЯ/дел:

методика осциллографических измерений - student2.ru , (1.1)

Где l- длина измеряемого интервала в делениях,

mt- положение переключателя (масштаб) РАЗВЕРТКА ВРЕМЯ/дел.

Точность измерения временных интервалов увеличивается при увеличении длины измеряемого интервала на экране ЭЛТ.

5.5Измерение частоты

Измеряется длина целого числа периодов сигнала (в делениях) укладывающихся наиболее близко в 10 делениях шкалы. Тогда частота исследуемого сигнала определяется по формуле:

методика осциллографических измерений - student2.ru , (1.2)

где: f – частота сигнала, Hz;

n – число измеренных периодов;

l – длина, которую занимают измеренные периоды, дел.;

mt – значение коэффициента развертки, при котором осуществляется измерение, S/дел.

5.6 Измерение амплитуды исследуемого сигнала

Амплитуда (размах) исследуемого сигнала определяется как произведение измеренной величины изображения в делениях шкалы на показание переключателя УСИЛЕНИЕ mV/дел:

методика осциллографических измерений - student2.ru . (1.3)

Положение переключателя УСИЛЕНИЕ mV/дел должно соответствовать наибольшему размеру изображения сигнала в пределах рабочей части экрана.

5.7 Измерение параметров импульсных сигналов

Импульсные сигналы характеризуются следующими параметрами (рис.1.4а):

Ам – максимальный выброс (амплитуда) импульса; tи – время импульса; tп – время паузы; Т= tи+ tп – период повторения импульсов; Q= T/tи – скважность.

Реальные импульсы характеризуются также следующими параметрами (рис.1.4б): tф- фронт нарастания импульса; tс- фронт спада импульса.

6.Контрольные вопросы

6.1 Принцип работы осциллографа (по структурной схеме).

6.2 Методика настройки изображения на экране осциллографа.

6.3 Методика измерения длительности импульсов и периода их следования.

6.4 Методика измерения амплитуды исследуемого сигнала.

6.5 Пояснить автоматический и ждущий режимы работы развертки ос- циллографа.

6.6 Назначение и виды синхронизации сигнала в осциллографе.

6.7 Назначение органов управления на передней панели осциллографа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Наши рекомендации