КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(МИИТ)

Кафедра электротехники, метрологии и электроэнергетики

ГРУППА_________________________________

СТУДЕНТЫ_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

_________________________________

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ________________________________

ОТЧЕТ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

по курсу " Метрология, стандартизация и сертификация"

«ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение основных метрологических характеристик электроннолучевого осциллографа CК1-140A, принципа его работы и навыков измерения с его помощью параметров различных по форме электрических сигналов.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Осциллограф CК1-140A предназначен для исследования формы и измерения амплитудных и временных параметров одного или двух электрических сигналов в полосе частот 0-25 МГц путем их визуального наблюдения и для измерения напряжений постоянного тока и активных сопротивлений. Прибор обеспечивает свои метрологические характеристики при исследовании осциллограмм сигналов в диапазоне амплитуд от 8 мВ до 250 В и временных интервалов от 80 нс до 0,5 с при измерениях напряжений постоянного тока до 1000 В и активных сопротивлений до 20 МОм. Прибор ориентирован преимущественно на применение для ремонта и обслуживания радиоэлектронной аппаратуры и может также эффективно использоваться в учебных заведениях или в радиолюбительской практике для исследования регулярных электрических сигналов в устройствах автоматики, вычислительной техники, аналоговых устройствах и т. д.

2.1. Основные метрологические и технические характеристики двухканального осциллографа CК1-140A

2.1.1. Нормальные условия эксплуатации прибора: температура окружающей среды (20 ± 5) ^оС; относительная влажность воздуха (30-80) %; атмосферное давление от 84до106 кПа (от 630 до 795 мм рт.ст.); напряжение сети питания (220 ± 4,4) В, частотой (50 ± 0,5) Гц. Прибор обеспечивает свои технические характеристики в пределах норм, установленных ТУ, по истечении времени установления рабочего режима, равного 5 мин.

2.1.2. Электронно-лучевая трубка

Рабочая часть экрана ЭЛТ: по вертикали 60 мм. (8 делений); по горизонтали 80 мм (10 делений); геометрические искажения на горизонтальных и вертикальных границах шкалы ЭЛТ не более 3 %; ширина линии луча не более 1 мм.

2.1.3. Канал вертикального отклонения Y

Входное активное сопротивление (1 ± 0,02) МОм; входная ёмкость (25 ± 3) пФ.

Максимальное входное напряжение при открытом входе каналов Y1 и Y2 не более 80 В, а при работе с выносным делителем в положении «1:10» не более 250 В.

Максимальное входное напряжение при закрытом входе каналов Y1 и Y2 не более 250 В при переменной составляющей не более80 В.

Коэффициенты отклонения каналов Y1 и Y2 устанавливаются ступенями от 2 мВ/деление до 10 В/деление соответственно ряду чисел 1, 2, 5.

Пределы допускаемых значений погрешностей коэффициентов отклонения не более: основной погрешности ± 4 %; основной погрешности при работе с выносным делителем в положе­нии «1:10» ± 6 %;

Время нарастания переходной характеристики (ПХ) каналов Y1 и Y2 не более 14 нс, а при работе с выносным делителем в положении «1:1» нe более 50 нс. Выброс и неравномерность ПХ каналов Y1 и Y2 на участке времени установления не более 6 %, а при работе с выносным делителем в положении «1:10» не более 8 %. Время установления ПХ каналов Y1 и Y2 не более 80 нс, а при работе с выносным делителем а положении «1:1» не более 120 нс. Неравномерность ПХ каналов Y1 и Y2 не более 2 %, а при работе с выносным делителем в положении «1:10» 3 %. Искажения ПХ по постоянному току каналов Y1 и Y2 не более 3 %. Спад вершины ПХ каналов Y1 и Y2 на начальном участке длительностью 4 мс при закрытом входе не более 10 %.

Дрейф луча каналов Y1 и Y2 не более: кратковременный 1,5 мм/мин (0,2 деления/мин); долговременный 7,5 мм/ч (1 деление/ч)

2.1.4. Канал горизонтального отклонения Х

В приборе обеспечиваются ждущий и автоколебательный режимы работы развертки. Обеспечивается автоматический переход автоколебательного режима а ждущий при подаче сигналов синхронизации частотой повторения не менее 10 Гц и ручной установке необходимого уровня запуска.

Коэффициенты развертки устанавливаются ступенями от 0,02 мкс/деление до 50 нс/деление соответственно ряду чисел 1, 2, 5.

Пределы основных допускаемых значений погрешностей коэффициентов развертки на ее рабочей части не должны быть более: 4 % для коэффициентов развертки (0,05 мкс/деление - 50 мс/деление) и 6 % для коэффициентов развертки 0,02 мкс/ деление.

Примечание: Рабочей частью развертки является участок линии развертки, равный 10 делениям по горизонтали вправо от точки, отстающей на 20 нс от ее начала.

Коэффициенты отклонения по горизонтали в режиме "X-Y" устанавливаются ступенями от 2 мВ/деление до 10 В/деление соответственно ряду чисел 1, 2, 5.

Предел допускаемого значения погрешности коэффициентов отклонения канала горизонтального отклонения не более 8 %.

2.1.5. Параметры внутренней синхронизации сигналами каналов Y1 и Y2

δ_R = ± [2 + 0,1(R_k/R_x)] на пределах измерения от 0,1 кОм до 1 Mом;

δ_R = ± [2,5 + 0,1(R_k/R_x)] на пределе измерения 10 Mом,

где R_k - установленный предел измерения. кОм;

R_x - измеряемое сопротивление, кОм.

Прибор обеспечивает измерение величин с заданной погрешностью при значениях результатов измерений не более 1,999 от установленного предела.

Входное сопротивление прибора при измерении напряжения постоянного тока на пределе 0,1 В - (10±1) МОм, на остальных пределах - не менее 9,9 МОм.

Прибор обеспечивает измерения вертикальных и горизонтальных размеров выбранных оператором участком осциллограмм с индикацией результатов измерения в делениях шкалы ЭЛТ.

Пределы допустимого значения погрешности измерения напряжений:

δ_U = ± [0,8δ_ку + 1,6/Н_у)] ,

где δ_U -предел допустимого значения основной относительной погрешности измерения напряжений, %;

0,8δ_ку - погрешность калибровки, равная 80 % предела допускае­мого значения погрешности коэффициентов отклонения, %;

Н_у - измеряемое значение вертикального участка осциллограм­мы, деления.

Пределы допустимого значения погрешности измерения временных интервалов:

δ_Т = ± [0,8δ_кх + 2/Н_х)] ,

где δ_Т - предел допустимого значения основной относительной погрешности измерения временного интервала, %;

0,8δ_кх - погрешность калибровки, равная 80 % предела допускае­мого значения погрешности коэффициентов развертки при котором проводятся измерения, %;

Н_х - измеряемое значение горизонтального участка осциллограм­мы, деления.

Электрическая структурная схема двухканального осциллографа CК1-140A

Рис. 2.1

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Подготовка осциллографа к проведению измерений

3.1.1. Ознакомиться с устройством, основными техническими характеристиками осциллографа (см раздел 2.1), применяемого в данной лабораторной работе и установить органы его управления в положения, указанные в ПРИЛОЖЕНИИ 2 методических указаний.

3.1.2. При включении прибора загорается индикатор СЕТЬ, расположенный в кнопке переключателя «СЕТЬ». Прибор готов к проведению измерений через 5 мин после включения.

Ручками « » и « » добиться оптимальной яркости и фокусировки луча развертки.

Ручками «↕»установить луч канала Y1 на 1 деление выше центра экрана ЭЛТ, а луч канала Y2 на 1 деление ниже центра экрана ЭЛТ.

В верхнем правом углу экрана ЭЛТ должен отображаться результат измерения цифрового мультиметра в виде четырехразрядного числа с децимальной точкой ("0.000","0.001"или "-0.001").

3.1.3. Проверить балансировку усилителей вертикального отклонения.

Для этого: установить коэффициент отклонения проверяемого канала 10 В/деление;

установить ручкой «↕» луч в исходное положение;

установить коэффициент отклонения 0.2 В/деление.

Если луч сместился от начального положения, более чем на 0.5 деления, то с помощью регулировок соответствующего канала «БАЛАНС Y1» или «БАЛАНС Y2», выведенных под шлиц на правую боковую стенку прибора, вернуть луч а исходное положение идалее еще раз проверить балансировку усилителей и, при необходимости, повторить балансировку.

3.2. Определение погрешности коэффициентов отклонения осциллографа с использованием калибратора И1-9

3.2.1. В осциллографе установить автоколебательный режим работы и внешний запуск развертки при коэффициенте развертки 0,2 мкс/деление, входы каналов Y1 и Y2 – открытые.

3.2.2. Выходной разъем « » калибратора И1-9 соединить с одним из входов каналов Y1 или Y2 осциллографа с помощью соединительного кабеля из комплекта калибратора, тип которого выбирается в зависимости от входного разъема поверяемого осциллографа.

Органы управления калибратора устано­вите в следующие положения:

кнопку «mV/ДЕЛ. — V/ДЕЛ.» переключателя— в положе­ние, соответствующее диапазону, установленному в осциллогра­фе по заданию преподавателя;

переключатель «МОД.» — в положение, обеспечивающее тре­буемый вид выходного напряжения: « » — положи­тельный прямоугольный сигнал („меандр”);

Примечание: остальные положения переключателя «МОД.»: «+» — положительное напря­жение постоянного тока; «0» — нулевое напряжение; «—» — от­рицательное напряжение постоянного тока.

кнопку «ВКЛ.» («КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ») - в нажатое состояние;

переключатель «ЧИСЛО ДЕЛЕНИЙ» — в положение, обеспечивающее получение необходимого числа делений на экране ЭЛТ. Для всех значений коэффициентов отклонения каналов Y1 и Y2 изображение сигнала по вертикали должно быть равным 6 делениям. При коэффициенте отклонения 1 В/делениепогрешность необходимо определить также для размера изображения, равного 4 и 8 делений. Для этого в калибраторе И1-9 предусмотрены положения переключателя «ЧИСЛО ДЕЛЕНИЙ» «3, 4 или 5» и, если необходимо, нажимается кнопка множителя «х2» с независимой фиксацией. При этом изображение нужно располагать симметрично относительно горизонтальной оси экрана ЭЛТ;

­ нажмите кнопку «ДЕВИАЦИЯ, КАЛИБРАТОР НА­ПРЯЖЕНИЯ» (в это время в калибраторе кнопка «ДЕВИАЦИЯ, КАЛИБРАТОР ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ» должна быть отжа­та) и выберите диапазон измерения ± 3 или. ± 10 %, нажав соот­ветствующую кнопку.

3.2.3. Производите измерение погрешности коэффициентов отклонения.

Вращая ручку «ДЕВИАЦИЯ, КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ», размер изображения сигнала на экране ЭЛТ прибора установить равным соответствующему количеству делений шкалы ЭЛТ (6, 4, 8). Погрешность проверяемого коэффициента отклонения отсчитать в процентах непосредственно по шкале индикатора калибратора И1-9.

Результаты измерений занести в табл. 3.1.

Т а б л и ц а 3.1

Результаты определения погрешности коэффициентов отклонения осциллографа с использованием калибратора И1-9

Результаты считать удовлетворительными, если относительная погрешность коэффициентов отклонения δ не превышает 4 %, а погрешность при работе с выносным делителем в положении «1:10» не превышает 6 %.

3.3. Определение погрешности коэффициентов развертки осциллографа с использованием калибратора И1-9

3.3.1. Определение погрешности коэффициентов развертки проводить путем подачи на вход канала Y1 или Y2 прибора импульсного сигнала с калиброванным периодом повторения с выхода калибратора И1-9 « » через проходную нагрузку 50 Ом.

3.3.2. Для измерения погрешности калибровки длительности разверток осциллографа кнопка «ВКЛ.» («КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ») должна быть отжата.

Нажмите кнопку «ДЕВИАЦИЯ, КАЛИБРАТОР ВРЕМЕН­НЫХ ИНТЕРВАЛОВ» (в это время кнопка «ДЕВИАЦИЯ, КА­ЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ» должна быть отжата) и выберите диапазон измерения ±3 или ±10 %, нажав соответствующую кнопку.

Переключатель «μs/ДЕЛ.», «ms/ДЕЛ.» , «s/ДЕЛ.», а также одну из кнопок «х2», «х5», либо две сразу установить в положение, соответствующее периоду следования развертки, установленному в осциллогра­фе по заданию преподавателя;

3.3.3. В осциллографе установить автоколебательный режим развертки, синхронизацию от сигнала канала Y1 или Y2, коэффициент отклонения канала 1 В/деление, включить канал Y1 или Y2. Ручкой «УРОВ» добиться устойчивой синхронизации изображения на экране ЭЛТ.

3.3.4. Измерения производятся следующим образом: вращая руч­ку «ДЕВИАЦИЯ, КАЛИБРАТОР ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ», отрегулируйте изображение на экране ЭЛТ проверяемого осцил­лографа так, чтобы количество периодов калибрационного сигнала было равно количеству делений на проверяемом участке развертки.

Отсчитайте погрешность в процентах непосредствен­но на шкале измерительного прибора калибратора. Результаты измерений занести в табл. 3.2.

Т а б л и ц а 3.2

Результаты погрешности калибровки длительности разверток осциллографа с использованием калибратора И1-9

Погрешность коэффициентов развертки нужно определять на 10 делениях шкалы ЭЛТ, а для коэффициентов развертки 0,05 и 0,02 мкс/деление - на 4. 6, 8 и 10 делениях.

Результаты считать удовлетворительными, если погрешность коэффициентов развертки 50 мс/деление - 0,05 мкс/деление не превышает 4 %, а погрешность коэффициентов развертки 0,02 мкс/деление не превышает 5 %.

3.4. Калибровка переходной характеристики канала вертикального отклонения осциллографа с использованием калибратора И1-9

3.4.1. В калибраторе И1-9 выходной разъем « » калибратора, соединить через нагрузку 50 Ом (если вход осциллографа не 50-омный) со вход­ным разъемом канала вертикального отклонения Y1 или Y2 проверяемого осциллографа.

Кнопка «ВКЛ.» («КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ») должна быть отжата.

Установите период сигнала калибратора - 1 мкс/деление. Период сигнала калибратора устанавливается тем же переключателем «μs/ДЕЛ.», «ms/ДЕЛ.» , «s/ДЕЛ.», что и при калибровке длительности разверток осциллографов. Кнопку «ЗАДЕРЖКА μs» установить в положение 0,5 мкс.

Синхронизация может осуществля ться сигналами с выходного разъе­ма « » калибратора, подаваемыми на вход внешней синхронизации осциллографа « СИНХР». При этом, дополнительной установки периода следования сигнала синхронизации не требуется. Кнопки «х2», «х5» должны быть отжаты. Возможен и режим внутренней синхронизации.

3.4.2. В осциллографе установить коэффициент развертки 0,5 мкс/деление, режим синхронизации – внешняя синхронизация, включить поверяемый канал Y1 или Y2, входы каналов – открытые, коэффициент отклонения канала Y – 100 мВ/деление. Ручкой «УРОВ» добиться устойчивой синхронизации изображения на экране ЭЛТ.

3.4.3. Уменьшить коэффициент развертки так чтобы получить один период сигнала калибратора.

Органами управления осциллографа изображение сигнала расположить симметрично относительно центра экрана ЭЛТ.

Выберете требуемую задержку выходного сигнала, чтобы наблюдать фронт сигнала полностью. При внешней синхронизации необходимо выбрать соответствующую кнопку переключателя «ЗАДЕРЖКА μs» в калибраторе И1-9.

Вращая ручку «АМПЛ.» калибратора, производите плавную подстройку амплитуды в диапазоне так, чтобы установившееся значение Н_у (см рис.2.2.) занимало 7-8 делений на экране ЭЛТ. (Это необходимо для осциллографов, в которых отсутствует плавная регулировка чувстви­тельности канала вертикального отклонения, которая, кстати, ухудшает переходную характеристику большинства осциллографов). Если возникнет необходимость, то измените коэффициент отклонения канала Y.

По изображению сигнала на экране ЭЛТ измерьте выброс на вершине ΔH_В и установившееся значение Н_у в делениях шкалы (см. рис.2.2.).

Определите значение выброса переходной характеристики в процентах: σ_в = (ΔH_В / Н_у)·100

3.4.4. Установить коэффициент развертки 0,05 мкс/деление и измерить время установления переходной характеристики t_Усогласно рис.2.2..

Переходная характеристика канала вертикального отклонения

Рис. 2.2

Время установления t_Уотсчитать от момента достижения переходной характеристикой уровня 0,1 до момента времени, при котором отклонение этой характеристики от установившегося значения составит 3 %, т.е. отклонение не должно превышать величины погрешности его измерения, которое равно 4 %.

3.4.5. Установить коэффициент развертки 0,02 мкс/деление и измерить время нарастания переходной характеристики t_нсогласно рис.2.2. в наносекундах.

Время нарастания t_н — интервал времени, в течение которого характеристика нарастает от 0,1 до 0,9 установившегося зна­чения.

Полоса пропускания проверяемого осциллографа определяет­ся формулойП =f_В ≈ 0,35/ t_н .

Результаты измерений занести в табл. 3.3.

Т а б л и ц а 3.3

Параметры переходной характеристики канала вертикального отклонения осциллографапорезультатам калибровки с использованием калибратора И1-9

Результаты считать удовлетворительными, если время нарастания переходной характеристики не превышает 14 нс, выброс переходной характеристики не превышает 6 %, время установления переходной характеристики не превышает 80 нс.

3.5. Измерение электронным осциллографом параметров сигнала сложной формы

3.5.1. Подать на вход осциллографа сигнал для калибровки длительности разверток осциллографов прибора И1-9.

3.5.2. Получить на экране ЭЛТ осциллографа устойчивое, синхронизированное изображение сигнала с одним или двумя периодами.

Зарисовать изображение одного периода сигнала и разбить его на отдельные характерные участки, временные и амплитудные значения которых необходимо измерить.

3.5.3. Провести измерения амплитуды сигнала U_max , периода следования Т_с , а также временные интервалы (Т_1, Т_2,…. Т_n) и вертикальные размеры (U_{max 1},U_{max 2}, …..U_{max n}) отдельных участков сигнала сложной формы.

3.5.4. Измерить среднее значение сигнала (постоянной составляющей)U₀, используя открытый и закрытый входы осциллографа. При переключении входа осциллографа сигнал на экране ЭЛТ смещается на величину постоянной составляющей сигнала.

3.5.5. Данные измерений занести в табл. 3.4. Все измеренные параметры сложного сигнала записывать в таблицу с учетом погрешности измерений вертикального Y и горизонтального каналов Х осциллографа Т_i ± ΔТ_i , U_i ± ΔU_i.

Т а б л и ц а 3.4

Измеренные электронным осциллографом параметры сигнала сложной формы

Примечание:

1.измерение параметров сигнала сложной формы U_max, Т_с, U₀ рекомендуется проводить в режиме измерения временных параметров сигнала (см. пункт 2.6.1. методических указаний), измерения амплитудных параметров сигнала (см. пункт 2.6.2. методических указаний), а временные Т_i и амплитудные U_i значения отдельных участков измерять в режиме измерений вертикальных и горизонтальных размеров участков осциллограмм, выбранных оператором, с индикацией результатов измерения вделениях шкалы (см. пункт 2.6.3. методических указаний).

2. определение абсолютных погрешностей ΔХ = ± δ·Х/100 проводить с учетом значений относительных погрешностей δ (см. 2.1.3., 2.1.4., 2.1.7.), где ХэтоU_max,Т_с,U₀,Т_i,U_i

ВЫВОДЫ

4.1. Относительная погрешность коэффициентов отклонения δ осциллографа CК1-140A ________________________* 4 %.

*не превышает или превышает

4.2. Погрешность коэффициентов развертки 50 мс/деление - 0,05 мкс/деление __________________* 4 %, а погрешность коэффициентов развертки 0,02 мкс/деление ______________________* 5 %.

*не превышает или превышает

4.3. Время нарастания переходной характеристики ___________________* 14 нс, выброс переходной характеристики не превышает 6 %, время установления переходной характеристики ___________________* 80 нс.

*не превышает или превышает

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: