Краткие сведения из теории

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Перед началом работ студент обязан пройти инструктаж по технике безопасности у преподавателя, ведущего занятия, и расписаться в журнале. Все лабораторные работы выполняются на унифицированных стендах.

Техника безопасности при работе на стендах

1. К работе на стендах допускаются только лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности.

2. Перед проведением лабораторной работы корпус устройства (стенда) необходимо подсоединить к контуру защитного заземления или зануления.

3. Включать стенд под напряжением 220 В разрешается только после проверки схемы преподавателем (лаборантом) или с их разрешения.

4. При выполнении лабораторной работы присоединение приборов и элементов устройства должно производиться только при отключенном напряжении питания стенда.

5. В целях безопасности в стенде (устройстве) все выходные напряжения, необходимые для проведения исследований, не превышают 30 В.

6. Недопустимо переключение прибора с одного вида измерения на другой, а также переключение диапазона измерений без отключения исследуемой схемы.

7. во время исследований необходимо внимательно следить, чтобы токи и напряжения в цепях не превышали величин, рекомендуемых по данной работе.

8. При нарушении изоляции в системе питания работы, связанные с напряжением, должны быть немедленно прекращены.

9. При обнаружении неисправных проводов или элементов схемы необходимо их изъять из обращения и сообщить об этом преподавателю.

Порядок выполнения лабораторной работы

Проведению каждой лабораторной работы должна предшествовать предварительная подготовка, для чего студент обязан изучить методические указания по данной работе, повторить соответствующие разделы рекомендуемой литературы. Перед выполнением работы преподаватель проверяет готовность студентов.

Студенты, получившие допуск к эксперименту, составляют рабочую схему, подбирают элементы, пределы измерения приборов и после утверждения материалов преподавателем приступают к сборке цепей. Собранную цепь предъявляют для проверки преподавателю и после его разрешения проводят эксперимент, результаты которого каждый студент заносит в свой журнал лабораторных работ. В соответствии с программой испытаний производятся все необходимые измерения и расчеты. Результаты их проверяются преподавателем.

Отчет по работе оформляется в тетради (в клеточку) по стандартной форме и должен быть написан ясным почерком. Схемы и графики выполняются карандашом с применением чертежных принадлежностей и с соблюдением обозначений по ГОСТу. В одной системе координат можно изображать несколько кривых, но при этом необходимо строить дополнительные шкалы параллельно основным. По осям откладываются в определенном масштабе соответствующие стандартные обозначения величин параметров единицы измерения в соответствии с ГОСТом, как правило, начиная с нулевого значения. По оси абсцисс откладывают независимую переменную величину.

Не исключена возможность, что опытные и расчетные данные не совпадут; это возможно из-за колебаний напряжения в сети, погрешности при измерениях. Студенты должны уметь все это объяснять.

После выполнения лабораторной работы студенты обязаны сдать стенд преподавателю.

Отчет по работе студент должен представить преподавателю на следующем занятии и защитить его. Работа считается защищенной, если аккуратно и с верными результатами выполнен отчет и даны правильные ответы на контрольные вопросы.

Студент не допускается к лабораторной работе, если он к ней не подготовлен, не представил или не защитил отчет по предыдущей.

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ КРИВЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ

Цель работы. Изучить устройство и принцип работы электронного осциллографа С1-72 и исследовать с его помощью кривые периодических напряжений различной формы.

Краткие сведения из теории

Электронный осциллограф – это прибор, предназначенный для записи и визуальных наблюдений электрических сигналов, меняющихся во времени, а также для измерения различных электрических величин (напряжения, тока, частоты, сдвига фаз, длительности импульса, амплитуды и т. д.).

Основными узлами осциллографа (рис. 1) являются: электронно-лучевая трубка 1, усилители вертикального 2 и горизонтального 3 отклонений луча, генератор развертки 4 с синхронизирующим устройством и блок питания. Кроме основных узлов многие осциллографы имеют дополнительные блоки (например, калибраторы длительности и амплитуды импульсов, однократная развертка и др.).

Рисунок 1 - Упрощенная структурная схема электронного осциллографа

В электронно-лучевой трубке пучок электронов, созданный электронной пушкой и направленный к экрану, проходит между пластинами, которые своим электрическим полем могут изменять его траекторию. На пластины Y – Y, отклоняющие лучи в вертикальном направлении, подается исследуемое напряжение u_y, а на пластины X – X, отклоняющие луч в горизонтальном направлении, поступает из блока развертки вспомогательное пилообразное напряжение u_x (рис. 2). Последнее перемещает луч с постоянной скоростью по горизонтали до определенной точки, а затем возвращает его в начальное положение. Таким образом, горизонтальная развертка необходима для получения на экране зависимости исследуемого напряжения от функции времени. Скорость перемещения луча по горизонтали в осциллографах может изменяться с помощью переключателя длительности развертки, что позволяет проводить исследование электрических сигналов в широком диапазоне частот. В осциллографе С1 – 72 указанный переключатель расположен правее экрана. Число, на которое указывает ручка переключателя, информирует пользователя о том, за сколько микросекунд или миллисекунд луч переместится по горизонтали на одну клеточку, т. е. информирует о длительности развертки. Зная ее и расстояние, на которое переместился луч по горизонтали, можно измерить временные параметры исследуемого сигнала (длительность импульса и его фронтов, период следования).

Рисунок 2 – Развертка напряжения на экране

электронно-лучевой трубки

Исследуемый сигнал u_y подается на пластины Y – Y через входной делитель напряжения и усилитель вертикального отклонения. Такое схемное решение позволяет расширить диапазон допустимых амплитуд исследуемого сигнала. В осциллографе С1 – 72 изменение чувствительности канала вертикального отклонения

осуществляется с помощью переключателя «Усилитель Y». Число, на которое указывает ручка переключателя, информирует пользователя о том, сколько вольт надо подать на вход Y, чтобы луч переместится по вертикали на одну клеточку. Зная чувствительность усилителя Y и расстояние, на которое переместился луч по вертикали, можно определить величину входного напряжения u_y.

При исследовании периодических сигналов изображение на экране будет неподвижным лишь в том случае, если момент начала развертывания луча по горизонтали будет «привязан» к исследуемому напряжению. Такую «привязку» осуществляет в блоке развертки схема синхронизации. Сама синхронизация может быть: от исследуемого сигнала (внутренняя синхронизация); от сигнала, подаваемого на специальный вход осциллографа (внешняя синхронизация); от сетевого напряжения. В осциллографе С1 – 72 изменение режима синхронизации осуществляется с помощью клавишного переключателя. Для выбора внутренней синхронизации необходимо нажать клавишу « », внешней – « », а от сети – «сеть». Клавиша « » позволяет производить синхронизацию как от постоянной, так и переменной составляющих исследуемого сигнала.

Ручки « » и «☼» регулируют яркость и четкость изображения луча, а с помощью ручек «↨» и «↔» можно перемещать изображение на экране по вертикальной и горизонтальной осям.

Для выбора момента запуска горизонтальной развертки по отношению к исследуемому напряжению служат ручки «Уровень» и «Стабильность».

В данной работе с помощью осциллографа С1 – 72 необходимо исследовать параметры периодических напряжений различной формы (рис. 3): прямоугольной, пилообразной, треугольной и синусоидальной.

Рисунок 3 – Графики периодических напряжений

Первые три графика рис. 3 представляют собой периодические несинусоидальные напряжения, которые могут быть разложены в ряд Фурье.

Разложение их имеет следующий вид:

а) для прямоугольной формы –

б) для пилообразной формы –

в) для треугольной формы –

Действующее значение напряжения для указанных форм в общем виде определяется так:

где U₀ – постоянная составляющая напряжения, В;

U₁, U_{2, …} – действующие значения напряжений соответству-

щих гармоник, В,

Средние значения напряжений представленных форм:

Прямоугольной –

Пилообразной –

Треугольной –

Форма периодических кривых оценивается с помощью коэффициента формы кривой напряжения , определяемого как отношение действующего значения напряжения U к среднему по модулю , т. е. , и коэффициента амплитуды , равного отношению максимального напряжения к действующему U, т. е. . Теоретические значения указанных коэффициентов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Форма сигнала	kф	kа
Прямоугольная
Пилообразная
Треугольная
Синусоидальная

Частота периодического напряжения

где T – период следования сигнала, с.