Краткие теоретические сведения

Российский государственный социальный университет

Кафедра информационной безопасности и программной инженерии

Смолин С.Л.

УЧЕБНОЕ МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

по выполнению лабораторной работы

по учебной дисциплине

"Основы микроэлектроники"

Тема:

Измерительные приборы в электронике

Москва

Краткие теоретические сведения

Осциллограф (лат. oscillo – качаюсь + греч. γραφω – пишу) — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи; также измерения) амплитудных и временных параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте.

Современные осциллографы позволяют разворачивать сигнал гигагерцовых частот. Для разворачивания более высокочастотных сигналов можно использовать электронно-оптические камеры.

Осциллографы используются в прикладных, лабораторных и научно-исследовательских целях, для контроля/изучения электрических сигналов – как непосредственно, так и получаемых при воздействии различных устройств/сред на датчики, преобразующие эти воздействия в электрический сигнал.

По назначению и способу вывода измерительной информации осциллографы подразделяются на:

- осциллографы с периодической развёрткой для непосредственного наблюдения формы сигнала на экране (электронно-лучевом, жидкокристаллическом и т. д.) – в зап.-европ. языках oscilloscop(e);

- осциллографы с непрерывной развёрткой для регистрации кривой на фотоленте (шлейфовый осциллограф) – в зап.-европ. языках oscillograph.

По способу обработки входного сигнала:

- аналоговый осциллограф;

- цифровой осциллограф.

По количеству лучей – однолучевые, двулучевые и т. д. Количество лучей может достигать 16-ти и более (n-лучевой осциллограф имеет n-ное количество сигнальных входов и может одновременно отображать на экране n графиков входных сигналов).

Осциллографы с периодической развёрткой делятся на универсальные (обычные), скоростные, стробоскопические, запоминающие и специальные. Цифровые осциллографы могут сочетать возможность использования разных функций.

Также существуют осциллографы, совмещенные с другими измерительными приборами (напр. мультиметром).

Осциллограф также может существовать не только в качестве автономного прибора, но и в виде приставки к компьютеру (подключаемой через какой-либо порт: LPT, COM, USB, вход звуковой карты).

Осциллограф с дисплеем на базе ЭЛТ состоит из электронно-лучевой трубки, блока горизонтальной развертки и входного усилителя (для усиления слабых входных сигналов). Также содержатся вспомогательные блоки: блок управления яркости, блок вертикальной развертки, калибратор длительности, калибратор амплитуды.

Современные осциллографы всё в большей степени переходят (как и вся техника визуализации – телевизоры, мониторы и т.п.) на отображение информации на экране ЖК-дисплеев.

Назначение органов управления осциллографа:

1. Выключатель сетевого питания.

2. Яркость. Регулирует яркость изображения.

3. Фокус.Регулировка фокусировки изображения.

4. Выход калибратора. Выход сигнала 1кГц калибратора делителя.

5. ◄►(положение). Перемещает изображение по горизонтали.

6. Уровень. Регулировка уровня синхронизации.

7. БЛК. Блокировка регулятора уровня синхронизации.

8. ВРЕМЯ/ДЕЛ. Устанавливает коэффициент развертки от 0,1мкс/дел до 0,1 с/дел 19 ступенями.

9. Вход Х (основной).

10. Внеш./Внутр. Развертка синхронизируется внешним или внутренним сигналом.

11. Сеть. Развертка синхронизируется внутренним сигналом от сети питания.

12. ТВ. Синхронизация телевизионным строчным сигналом.

13. Авто/Ждущ. Авто: развертка переходит в автоколебательный режим, если нет сигнала синхронизации или он <25 Гц; Ждущ. – развертка запускается только при наличии входного сигнала.

14. Заземлено. Переключатель режима входа усилителя: вход усилителя отключается от источника сигнала и заземляется.

15. Пост./Переем. Переключатель режимов входа усилителя: Пост. – открытый вход, Переем. – закрытый вход.

16. Вход Y. (для организации развертки Х-Y).

17. Кнопка включения режима Х-Y.

18. ВОЛЬТ/ДЕЛ. Устанавливает коэффициенты отклонения каналов в указанных значениях.

19. «+/-» Развертка синхронизируется положительным фронтом сигнала (+), отрицательным фронтом сигнала (-).

20. ▼▲(положение). Регулировка положения изображения по вертикали.

21. ↓ (плавно). Плавное изменение коэффициента отклонения каналов с перекрытием не менее чем в 2,5 раза в каждом положении переключателей в/дел.

22. ↓ (плавно). Плавное изменение коэффициента развертки с перекрытием не менее чем в 2,5 раза в каждом положении переключателей время/дел.

Схема электронно-лучевой трубки осциллографа: 1 – отклоняющие пластины, 2 – электронная пушка, 3 – пучок электронов, 4 – фокусирующий соленоид, 5 – экран

Осциллографы разделяются на одноканальные и многоканальные (2, 4, 6, и более каналов на входе). Многоканальные осциллографы позволяют одновременно сравнивать сигналы между собой (формы, амплитуды, частоты и пр.).

Имеются значительные отличия в аналоговых и цифровых осциллографах. В цифровых осциллографах, строго говоря, не требуется синхронизация, так как при частоте обновления 1 сек и менее изображение на экране вполне читаемо визуально.

Режимы развертки:

- автоматический;

- ждущий;

- автоколебательный;

- однократный.

Если запуск развёртки никак не связан с наблюдаемым сигналом, то изображение на экране будет выглядеть «бегущим» или даже совершенно размазанным. Это происходит потому, что в этом случае осциллограф отображает различные участки наблюдаемого сигнала на одном и том же месте. Для получения стабильного изображения все осциллографы содержат систему, называемую триггер.

Триггер в осциллографе – это устройство, которое задерживает запуск развёртки до тех пор, пока не будут выполнены некоторые условия. Триггер имеет как минимум две настройки:

- уровень сигнала. Задаёт входное напряжение (в вольтах), при достижении которого запускается развёртка

- тип запуска (по фронту или по спаду).

Таким образом, триггер запускает развёртку всегда с одного и того же места сигнала, поэтому изображение сигнала на осциллограмме выглядит стабильным и неподвижным (конечно, только при правильных настройках триггера).

Для работы с осциллографом предварительно необходимо произвести калибровку его канала (каналов). Калибровка производится после прогрева прибора (примерно 5 минут). Калибратор встроен в большинство осциллографов. Для калибровки высокочастотных моделей желательно иметь шнур с двумя разъемами (на выход калибратора и на вход осциллографа) иначе возможны искажения сигнала. Для низкочастотных моделей возможно просто коснуться щупом выхода калибратора. Далее ручка вольт/дел. ставится так, чтобы сигнал калибратора занимал 2-4 деления на экране (то есть, если калибратор 1 вольт, то на 250 милливольт). После этого канал включается на переменное напряжение и на экране появится сигнал. Далее, в зависимости от частоты калибратора, ручка развертки ставится в положение, при котором видно не менее 5-7 периодов сигнала. Для частоты 1 кГц частота развертки, при которой каждый период занимает одно деление экрана, равен 1 мс (одна миллисекунда). Далее необходимо убедиться, чтобы сигнал на протяжении этих 5-7 периодов попадал точно по делениям экрана. Для аналоговых осциллографов нормируется, как правило, ±4 деления от центра экрана, то есть на протяжении восьми делений должен совпадать точно. Если не совпадает, следует поворачивать ручку плавного изменения развертки, добиваясь совпадения. Заодно проверяется амплитуда (размах) сигнала – она должна совпадать с тем, что написано на калибраторе. Если не совпадает, то необходимо добиться совпадения, поворачивая ручку плавного изменения чувствительности вольт/дел. Необходимо помнить, что если установлена чувствительность канала в 250 милливольт, то сигнал в 1 вольт занимает при правильной настройке 4 деления. После калибровки прибор будет показывать сигнал точно. Теперь можно не только смотреть, но и измерять сигналы.

Допустим, имеется устройство на выходе, которого заведомо известный по напряжению сигнал. Чувствительность вертикального отклонения (вольт/дел) устанавливается так, чтобы отображаемый на экране сигнал не выходил за рамки экрана, щуп устанавливается в нужное место на плате, после чего на экране появится исследуемый сигнал. При необходимости развертка переключается в позицию удобную для наблюдения. Если сигнал превышает допустимый, то необходимо воспользоваться делителем с коэффициентом деления 1/10 или 1/100 и соблюдать правила электробезопасности. Можно измерять амплитуду и частоту сигнала, подсчитывая деления по вертикали и горизонтали. Некоторые модели осциллографов оснащены системой, которая подсвечивает часть луча и измеряет время этого подсвеченного участка, это удобно при измерении частоты или периода – вручную выставляется длина подсвеченного участка, например, на начало и конец одного или нескольких периодов сигнала и на цифровом табло считывается значение в миллисекундах или иной временной единице. Амплитуда сигнала измеряется аналогично.

2. Цели и учебные вопросы лабораторной работы:

Цели лабораторной работы:

1. Ознакомление с методами и приёмами работы с измерительными приборами;

2. Овладение практическими навыками работы с измерительными приборами для осуществления измерений электрических величин в микроэлектронных схемах.

3. Состав измерительной аппаратуры и порядок ее размещения.

3.1 В состав лабораторного стенда входит:

1. Осциллограф ОСУ-10А.

2. Генератор Г-3-112/1

3. Генератор GFG-8219А

4. Микровольтметр АВМ-1071

ВНИМАНИЕ!

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: