Сделай Сам Свою Работу на 5

Предварительная подготовка осциллографа





МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ,

СЕРТИФИКАЦИЯ

В 2 частях

Часть 2

Сборник лабораторных работ

 

Рекомендовано

Методическим советом ДВГУПС

в качестве учебного пособия

 

Хабаровск

Издательство ДВГУПС


УДК 006 (075.8)

ББК Ж 10 я73

М 607

 

Рецензенты:

Кафедра «Многоканальные телекоммуникационные системы»

Сибирского государственного университета телекоммуникаций

и информатики (Хабаровский филиал)

(заведующая кафедрой, доцент Л.В. Кудашова)

 

Директор по эксплуатации ЗАО «Транстелеком-ДВ»

С.Б. Хрульков

 

Мильков, Ю.А.

М 607Метрология, стандартизация, сертификация : сб. лабораторных работ. В 2 ч. Ч. 2 / Ю.А. Мильков, Н.Г. Осипова. – Хабаровск :
Изд-во ДВГУПС, 2008. – 67 с.: ил.

 

Сборник лабораторных работ соответствует ГОС ВПО направления подготовки дипломированных специалистов 190400 «Системы обеспечения движения поездов» специальности 190402 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» по дисциплине «Метрология, стандартизация, сертификация».

Сборник состоит из 2 частей. В части 2 изложены основные теоретические сведения, порядок и методика выполнения лабораторных работ, цель которых закрепить полученные знания по электронным измерительным приборам: осциллографам, вольтметрам, генераторам импульсов, электронно-счетным частотомерам, методам их калибровки, применения, способов оценки погрешностей.



Предназначено для студентов 1-го курса дневной формы обучения и
3-го курса заочной формы обучения.

 

УДК 006 (075.8)

ББК Ж 10 я73

© ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный

университет путей сообщения» (ДВГУПС), 2008

ВВЕДЕНИЕ

Во второй части учебного пособия рассматриваются вопросы измерения электрических величин электронными средствами. К их числу относятся универсальные осциллографы, вольтметры, генераторы импульсов, цифровые частотомеры. Представленный теоретический материал позволит студентам познакомиться с этими средствами, выполнить необходимые измерения, обработку и оценку погрешностей измерений.

Порядок проведения измерений более подробно описан в первой лабораторной работе, посвященной изучению универсального осциллографа. В последующих лабораторных работах – менее подробно, поскольку для их выполнения также используется осциллограф, с которым студенты уже знакомы и имеют определенные навыки обращения с ним.



В процессе выполнения лабораторных работ необходимо не только научиться проводить измерения электрических величин предложенными приборами, но и освоить методы оценки погрешности измерений, выполнения калибровки приборов.

 

 

Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель работы: 1) ознакомиться с устройством и принципом действия осциллографа; 2) научиться выполнять калибровку осциллографа; 3) научиться проводить измерения осциллографом.

 

Приборы: двухлучевой осциллограф С1-55, измерительный стенд,
генератор синусоидальных сигналов низкочастотный Г3-118.

 

Содержание работы:

1) изучить принцип работы электронно-лучевой трубки, блоков осциллографа;

2) ознакомиться с органами управления осциллографом;

3) изучить назначение и использование линейной и синусоидальной разверток в осциллографе;

4) научиться выполнять калибровку осциллографа;

5) освоить методы измерения параметров сигналов синусоидальной и импульсной формы;

6) познакомиться с выполнением измерений с использованием фигур Лиссажу.

 

 

1.1. Теоретическая часть

1.1.1. Назначение осциллографа

Осциллографом называется прибор для наблюдения и регистрации электрических сигналов, а также для измерения их параметров.

Основная функция осциллографа заключается в воспроизведении в графическом виде различных электрических колебаний (осциллограмм). Чаще всего с помощью осциллографа наблюдается зависимость напряжения от времени в декартовой системе координат. При этом по оси Y откладывается напряжение U, по оси X – время t. При помощи осциллографа можно измерять различные параметры сигнала: амплитуду, частоту, длительность сигнала, длительность фронта, коэффициент модуляции и др.



 

1.1.2. Принцип действия осциллографа

Принцип действия осциллографа основан на явлении свечения люминесцирующего экрана электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) в точке воздействия на экран сфокусированного электронного луча (рис. 1.1).

Источником электронов является оксидный катод 2, нагреваемый подогревателем 1. С поверхности нагретого катода вылетают электроны, стремясь к высокому положительному потенциалу анодов 4 и 5.

Модулятор 3, представляющий собой диск с малым отверстием, осуществляет управление интенсивностью электронного пучка 8. Регулируя разность потенциалов между катодом и модулятором ручкой «Яркость», выведенной на лицевую панель осциллографа, можно изменять количество электронов, проходящих через отверстие модулятора в единицу времени. При достаточно большом отрицательном (относительно катода) потенциале модулятора электронный пучок можно полностью запереть.

Предварительная фокусировка электронного пучка осуществляется с помощью первого анода 4 (ускоряющий электрод), высокий положительный потенциал которого вызывает ускорение электронов, и фокусирующего электрода 5, регулируемый потенциал которого позволяет создавать такую конфигурацию поля, что электронный пучок сжимается в тонкий луч. Рассмотренные электроды 15 образуют так называемую электронную пушку.

Сформированный электронный луч, двигаясь вдоль оси трубки, попадает в отклоняющее поле, создаваемое двумя парами отклоняющих пластин 6 (по оси Х) и 7 (по оси Y), и достигает люминесцирующего экрана 9. Одна пара пластин служит для отклонения электронного луча в вертикальном направлении, а другая – в горизонтальном.

На пластины Х подается напряжение пилообразной формы, в результате пятно от электронного луча перемещается по горизонтали. Отклонение луча в горизонтальном направлении называется разверткой.

Исследуемый электрический сигнал подается на пластины Y. Процесс
отклонения электронного луча электрическим полем иллюстрируется на
рис. 1.2. Напряжение UОТКЛ управляющее отклонением электронного пучка, приложено к двум плоскопараллельным пластинам, расположенным параллельно плоскости чертежа. Пластины разнесены на расстоянии d, следовательно, напряженность электрического поля E = UОТКЛ/d, причем вектор напряженности поля параллелен оси Y. Первоначально электроны движутся вдоль оси z. Попав в область электричес­кого поля (точка а), электроны начинают удаляться от оси. Решение уравнений движения электронов в электрическом поле показывает, что траектория на участке аb параболическая. Правее точки b электроны снова движутся прямолинейно, достигая экрана в точке с и вызывая его свечение. Таким образом, под воздействием UОТКЛ электронный луч отклонился в плоскости экрана на расстояние h от центра. Изменяя UОТКЛ, можно управлять положением светящегося пятна на экране. При изменении полярности, а следовательно, и направления вектора ЕY луч будет находиться ниже точки 0. Зависимость между размером отклонения луча на экране h и приложенным к пластинам напряжением UОТКЛ – линейная. Это существенно, поскольку линейная зависимость между этими величинами позволяет получить неискаженное воспроизведение осциллограммы.

 

1.1.3. Структурная схема осциллографа

Структурные схемы осциллографов различных типов могут в некоторых деталях отличаться друг от друга, однако в основном они соответствуют обобщенной структурной схеме (рис. 1.3). Там же приведена лицевая панель осциллографа С1-55. Осциллограф имеет в своем составе два канала вертикального отклонения луча по ординате Y (на рис. 1.3 показан только один канал Y) и канал горизонтального отклонения – канал Х.

Канал вертикального отклонения Y состоит из аттенюатора и усилителя. Исследуемый сигнал подается на вход канала Y и далеечерез аттенюатор и усилитель на пластины Y вертикального отклонения луча ЭЛТ.

Аттенюатор (делитель напряжения) обеспечивает ослабление сигнала и необходим для расширения пределов измерения в сторону больших значений. Кроме того, он обеспечивает большое входное сопротивление 0,5–1,0 МОм и малую входную емкость 10–40 пФ.

Усилитель Y канала вертикального отклонения предназначен для расширения динамического диапазона исследуемых напряжений в область малых значений, а также усиливает сигнал до значений (кВ), достаточных для создания электрического поля между пластинами Y.

Величина ослабления или усиления сигнала задается в виде цены одного деления масштабной сетки экрана ЭЛТ по оси Y, имеет размерность вольт на деление (В/дел, мВ/дел, В/см, мВ/cм), где «дел» – деление масштабной сетки, устанавливается переключателем В/дел. Цифровой отсчет напряжений измеряемого сигнала осуществляется путем умножения числа делений, занимаемых сигналом по Y, на величину единицы масштаба.

Для удобства просмотра осциллограмм возможно плавное изменение цены деления по Y регулятором УСИЛЕНИЕ, расположенным перед переключателем В/дел. Но при измерениях этот регулятор должен быть повернут против часовой стрелки до упора, что сопровождается характерным щелчком.

 

Рис. 1.3. Упрощенная структурная схема и лицевая панель осциллографа С1-55

 

Канал горизонтального отклонения Хсодержит переключатель входа (ВНЕШ.–ВНУТР.I–ВНУТР.II–ВХОД Х), генератор развертки, усилитель Х.

Переключатель входа S обеспечивает подключение сигнала с усилителя Y к устройству запуска (положение переключателя – ВНУТР.I), либо подачу внешнего сигнала с входного зажима Х (положение переключателя ВНЕШ.). Из этих сигналов в устройстве запуска формируются импульсы синхронизации с длительностью, кратной периоду исследуемого сигнала, запускающие генератор развертки в моменты времени, соответствующие одной и той же фазе исследуемого сигнала. На вход Х может также подаваться внешний сигнал (ВХОД Х), который используется для получения развертки вдоль оси X. В последнем случае генератор развертки осциллографа отключается.

Генератор развертки вырабатывает напряжение пилообразной формы и служит для управления линейным перемещением луча в горизонтальном направлении, напряжение с него поступает на пластины горизонтального отклонения через усилитель Х.

Генератор развертки отключается, когда переключатель входа установлен в положение ВХОД Х. Тогда перемещение луча в направлении оси Х будет осуществляться по закону изменения сигнала, поданного на вход Х.

 

1.1.4. Принцип работы осциллографа

Для получения осциллограммы исследуемого сигнала необходимо управлять движением светового пятна на экране ЭЛТ в горизонтальном и вертикальном направлениях. Смещение пятна в вертикальном направлении осуществляется сигналом, а в горизонтальном – напряжением развертки. Генератор развертки вырабатывает колебания пилообразной формы, показанные на рис. 1.4.

 

 

Рис. 1.4. Сигнал на выходе генератора развертки

 

На участке ас графика Ux(t) напряжение развертки линейно убывает. Время Тпр, в течение которого изменяется от максимального значения до минимального, называется временем прямого хода развертки. Участок cd, который длится в течение времени Тобр,соответствует обратному ходу развертки. Время Тпр и Тобр составляет период развертки Тр.

Если приложить к горизонтальным отклоняющим пластинам, отключив сигнал от пластин вертикального отклонения, электронный пучок ЭЛТ будет отклоняться только в горизонтальной плоскости. При этом светящееся пятно на экране будет перемещаться в определенной последовательности. При максимальном положительном напряжении (точка ана рис. 1.4) светящееся пятно займет крайнее левое положение (точка а') на экране. При линейном убывании пятно постепенно перемещается в точку b'и после перемены полярности Uх – в точку с'. На участке а'с' скорость движения пятна будет постоянной. Поскольку нарастает по линейному закону, то зависимость между смещением пятна на экране и напряжением, приложенным к пластинам, также линейная. После достижения точки с' светящееся пятно начинает перемещаться по той же траектории в обратном направлении (пунктирная линия). Обратный ход осуществляется за время Тобр<<Тпр, поэтому скорость движения пятна в обратном направлении существенно выше.

Линия с`d` обратного хода луча создает помеху на экране. В идеальном случае, когда Тобр = 0, луч мгновенно перемещается из точки с в точку а, и линия обратного хода отсутствует. На практике длительность обратного хода не может быть равна нулю, электронный пучок во время обратного хода перемещается, образуя отчетливо видимую линию обратного хода. Поэтому в осциллографах с генератора развертки на устройство управления яркостью луча ЭЛТ (см. рис. 1.3) подаются специальные гасящие импульсы, предназначенные для запирания электронного пучка во время обратного хода развертки сd (рис. 1.4), чтобы не создавать помеху на экране. Таким образом, при подаче на горизонтальные пластины ось Х является одновременно осью времени.

Образование осциллограммы на экране ЭЛТ при воздействии двух напряжений – развертки () и сигнала (Uc)соответственно на пластинах Х и Y показано на рис. 1.5.

Период развертки условно разбит на четыре равных интервала с границами, отмеченными на рис. 1.5 через t0, t1, t2, t3 и t4. Каждому моменту времени соответствует свое значение напряжения сигнала и генератора развертки, которые приводят к смещению светового пятна соответственно в направлении Y и X, а значит формированию требуемого изображения на экране ЭЛТ.

Осциллограммы, полученные при первом, втором и т. д. периодах работы генератора развертки, накладываются друг на друга. Но образование неподвижного изображения возможно при выполнении условия, принятого при построении рис. 1.5, а именно Tp = Tc. В этом случае любой периодический сигнал делится на временные интервалы, в пределах которых «отрезки» сигнала полностью идентичны, и при наложении осциллограмм образуется единое неподвижное изображение.

Аналогично образуется изображение осциллограммы, когда Тр = n Тс. Если n – целое число, то в одном периоде развертки укладывается ровно n периодов сигнала. Осциллограмма будет отличаться от изображенной на рис. 1.5 числом периода сигнала (2, 3 и более), отложенным вдоль оси Х.
Условие Тр = n Тс устанавливает необходимость выбора периода развертки Tp,равным целому числу периодов сигнала, путем подбора периода генератора развертки и уровня сигнала синхронизации.

 

 

Рис. 1.5. Формирование осциллограммы на экране ЭЛТ

 

Формирование осциллограммы на экране осциллографа при нарушении кратности периодов сигнала и генератора развертки иллюстрирует рис. 1.6.

Период сигнала, представляющего собой колебание синусоидальной формы (рис. 1.6, а), Tc>Tp. При первом цикле развертки Тр1 (рис. 1.6, б) на экране отображается осциллограмма в виде отрезка синусоиды между точками аb(рис. 1.6, в), при втором – отрезок bc, при третьем – cdи т. д.

Последовательное появление осциллограмм приводит к их наложению со смещением, что создает ощущение движения изображения слева направо (рис. 1.6, г). Скорость движения осциллограммы тем выше, чем больше отличается период развертки от периода сигнала. Можно показать, что при Tc < Тp, осциллограмма будет перемещаться в противоположном направлении, т. е. справа налево.

 

Рис. 1.6. Формирование осциллограммы в случае

неравенства периодов сигнала и генератора развертки

 

1.1.5. Синхронизация генератора развертки

Для получения неподвижной осциллограммы необходимо подобрать период (частоту) развертки луча по оси Х, кратный периоду (частоте) исследуемого сигнала Тр = n Тс. В конструкции осциллографа предусматривается такая возможность. Однако простого подбора периодаразвертки Тр недостаточно. Поскольку сигнал и напряжение развертки поступают от разных источников, через некоторое время из-за нестабильности генераторов установленная кратность периодов будет нарушена. Решение задачи возможно лишь при синхронизации генератора развертки осциллографа исследуемым сигналом или специально сформированным сигналом, частота которого равна (кратна) частоте исследуемого сигнала (п. 1.1.4), путем подбора периода генератора развертки и уровня сигнала синхронизации. Этим самым обеспечивается синхронная работа генератора развертки и источника сигнала, т. е. генератор развертки запускается в строго определенное время, соответствующее одной и той же фазе сигнала.

Операции по синхронизации генератора развертки проводятся в три этапа путем подбора периода генератора развертки и уровня сигнала синхронизации. На первом этапе регулятор УРОВЕНЬ (см. рис. 1.3), расположенный на блоке синхронизации, необходимо повернуть против часовой стрелки до упора. Далее, вращая регулятор СТАБИЛЬНОСТЬ, добиться начального момента срыва изображения. На третьем этапе, поворачивая по часовой стрелке регулятор УРОВЕНЬ, добиться устойчивости осциллограммы на экране ЭЛТ.

 

1.1.6. Синусоидальная развертка

Если на отклоняющие пластины Y и X подать соответственно напряжения и синусоидальной формы с одинаковой ампли­тудой со сдвигом фаз 90 или 270°, то на экране за один период колебаний получится изображение окружности (рис. 1.7).

Моментам времени t0, t1 и т. д. будут соответствовать напряжения сигналов Uc и , отмеченные точками 0, 1, и одноименные точки на экране осциллографа. Таким образом, светящаяся точка будет перемещаться на экране против часовой стрелки, описывая окружность.

 

Рис. 1.7. Получение фигур Лиссажу

 

Если на пластины подать напряжения, совпадающие по фазе, то на экране получится изображение прямой линии с наклоном 45°. При сдвиге фаз в 180° – такая же ли­ния, но с наклоном в противоположную сторону. При сдвиге фаз в 45 или 135° на экране получится изображение эллипса, большая ось которого наклонена по отношению к горизонтальной оси.

Изображения на экране осциллографа, получаемые при разных соотно­шениях фаз и частот исследуемых синусоидальных напряжений, называют фигурами Лиссажу.

По фигуре, полученной на экране, определяют соот­ношения частот. Допустим, что на экране получена фигура, показанная на рис. 1.8, а.

 

 

Рис. 1.8. Фигуры Лиссажу при различных соотношениях частот

 

Для определения соот­ношения частот проводят горизонтальную и вертикальную прямые, пересекающие фигуру. При этом через точки пере­сечения линий самой фигуры эти прямые проходить не должны. Количество точек пересечения линий фигуры с горизонтальной прямой соответствует количеству измене­ний напряжения , а с вертикальной – количеству изменений напряжения . В данном случае отношение частот 4:6 = 2:3.

Формы некоторых фигур Лиссажу для разных соот­ношений сдвига фаз а и частот показаны на рис. 1.8, б. По известной частоте одного из сигналов можно опре­делить неизвестную частоту другого сигнала.

С помощью осциллографа можно исследовать многие зависимости – вольт-амперные характеристики полу­проводниковых приборов, магнитную индукцию, функции напряженности магнитного поля (петли гистерезиса).

 

1.1.7. Измерение параметров сигналов

Измерение параметров сигналов рассмотрим на примере последовательности импульсов положительной полярности. Осциллограмма этой последовательности, полученная на экране осциллографа, показана на рис. 1.9, а. Необходимо отметить, что вертикальные линии на осциллограммах могут отсутствовать ввиду того, что процесс резкого изменения напряжения на пластинах Y быстротечен и за это время люминофор не успевает разгореться. Но на чертежах эти линии следует показывать. Параметрами представленного сигнала являются: период, длительность импульса, амплитуда импульса, среднее значение (постоянная составляющая) сигнала. На лицевой панели осциллографа переключатель цены деления по вертикали установлен в положении 0,5 V/дел., по горизонтали – 2 mS/дел.

 

 

Рис. 1.9. Осциллограммы сигнала на экране осциллографа с постоянной составляющей (а) и без постоянной составляющей (б); в декартовой системе координат с постоянной составляющей (в) и без постоянной составляющей (г)

 

Параметры сигнала вычисляются следующим образом. Период следования импульсов 5,5 дел. ´ 2 mS/дел. = 11 mS. Длительность импульса –
2 дел. ´ 2 mS/дел. = 4 mS. Амплитуда импульса – 5,6 дел. ´ 0,5 V/дел. = 2,8 V.

Для измерения постоянной составляющей сигнала на лицевой панели осциллографа (блок УСИЛИТЕЛЬ YI или УСИЛИТЕЛЬ YII в зависимости от того, на какой вход подан исследуемый сигнал) переключатель « /~» установить в положение «~». Осциллограмма примет вид, показанный на рис. 1.9, в. Сигнал опустился на 2 деления. Тогда его постоянная составляющая составит 2 дел. ´ 0,5 V/дел.= 1 V.

В декартовой системе координат сигнал показывают в виде, представленном на рис. 1.9, в и 1.9, г соответственно с постоянной и без постоянной составляющих.

1.1.8. Калибратор

Калибратор предназначен для проверки (и при необходимости установки) правильности цены деления по оси Y и длительности развертки (цены деления по оси Х). Калибраторы могут быть раздельными по амплитуде и по длительности или объединенными. В качестве калибратора используется генератор прямоугольных импульсов с высокостабильными частотой следования импульсов 1–2 кГц и амплитудой, которая может быть постоянной или дискретно изменяемой.

В режиме калибровки на вход канала вертикального отклонения подается сигнал с выхода калибратора. С помощью переключателя ВОЛЬТ/ДЕЛ устанавливается заданная цена деления канала вертикального отклонения, при котором размах осциллограммы по оси Y должен быть равен определенному, обычно отмеченному на масштабной сетке экрана, значению.

Пусть переключатель формы сигнала калибратора установлен
в правом положении (см. рис. 1.3), переключатель амплитуды сигнала – в положении 2V. Таким образом, калибратор будет вырабатывать сигнал в виде импульсов прямоугольной формы с размахом 2 В и частотой 2 кГц (периодом 0,5 мс).

Подадим сигнал с калибратора на вход YI. Установим на блоке УСИЛИТЕЛЬ YI цену деления по вертикали 0,5 В/дел., на блоке
РАЗВЕРТКА цену деления по горизонтали 50 /дел., переключатель
´1 – ´0,2 в положение ´1.

Сигнал на экране ЭЛТ должен занимать по вертикали 4 полных
деления, по горизонтали – 10 полных делений (рис. 1.10).

 

 

Рис. 1.10. Осциллограммы сигналов калибровки осциллографа: а – осциллограф не откалиброван ни по амплитуде, ни по длительности; б – осциллограф откалиброван

 

В случае несовпадения сигнала и числа делений необходимо корректировать коэффициент усиления усилителя Y и период работы генератора развертки соответственно регуляторами КОРР на блоке УСИЛИТЕЛЬ YI и ´0,2 на боковой стенке осциллографа.

1.2. Порядок выполнения работы

1.2.1. Предварительная подготовка осциллографа

Установить переключатели и ручки на лицевой панели осциллографа,
а также выполнить действия в соответствии с табл. 1.1.

Таблица 1.1

Предварительная подготовка осциллографа

Блок Переключатель, ручка Положение переключателя или ручки, выполняемое действие
ПИТАНИЕ питание / вкл ВКЛ
РАЗВЕРТКА ПЛАВНО Повернуть по часовой стрелке до характерного щелчка
УСИЛИТЕЛЬ YI, УСИЛИТЕЛЬ YII /~
УСИЛЕНИЕ Повернуть по часовой стрелке до характерного щелчка
СИНХРОНИЗАЦИЯ ВНЕШ / ВНУТР I / ВНУТР II / ВХОД Х ВНУТР I
СИНХРОНИЗАЦИЯ СТАБИЛЬНОСТЬ, УРОВЕНЬ Добиться появления на экране двух светящихся линий («лучей») соответственно каналов YI, YII
УСИЛИТЕЛЬ YI ЯРКОСТЬ I, «↨»
  УСИЛИТЕЛЬ YII ЯРКОСТЬ II, «↨»
    ФОКУС I, ФОКУС II, АСТИГ I, АСТИГ II Установить толщину линий и четкость изображения соответственно каналов YI, YII
  УСИЛИТЕЛЬ YI, «↨» Луч YI разместить в центре экрана, совместив его с одной из горизонтальных линий шкалы экрана
  УСИЛИТЕЛЬ YII «↨» Луч YII сместить в нижнюю часть экрана (или за пределы экрана)
    ПЛАВНО ↔ ГРУБО Сместить луч (лучи) таким образом, чтобы начало развертки совпадало с первой вертикальной линией шкалы экрана

 

Включить питание измерительного стенда и функционального генератора измерительного стенда, генератора Г3-118.

 

1.2.2. Калибровка осциллографа

1. Соединить ВХОД блока УСИЛИТЕЛЬ YI c ВЫХОДОМ блока КАЛИБРАТОР. На блоке КАЛИБРАТОР переключатель «–/ » установить в положение « ». На выходе калибратора будет сформирован сигнал в виде импульсной последовательности с частотой 2 кГц. Амплитуду импуль­сов установить переключателем «V» по заданию преподавателя.

2. Выполнить синхронизацию осциллографа, как описано в п. 1.1.5.

3. Ручками ВОЛЬТ/ДЕЛ, ВРЕМЯ/ДЕЛ установить такие параметры развертки сигнала по Y и X, чтобы на экране наблюдался целый период сигнала, а размах сигнала занимал как можно большую часть экрана. Осциллограмма должна иметь примерно такой же вид, как показано на рис. 1.10, а.

4. Зарисовать осциллограмму, используя шаблон рис. 1.11, а. Записать значения параметров сигнала калибратора и значения цены делений по Y и X.

5. С разрешения преподавателя выполнить калибровку осциллографа (установить номинальные значения периода развертки и коэффициента усиления усилителя YI).

6. Для построения графика сигнала в декартовой системе координат необходимо определить положение оси t на экране ЭЛТ. Для этого следует подать на вход Y сигнал с амплитудой 0В. Это можно сделать, соединив информационный и общий провода, подключенные к входу Y.

 

Рис. 1.11. Отчет «Калибровка осциллографа»

 

1.2.3. Измерение параметров синусоидального сигнала

1. На функциональном генераторе измерительного стенда (см. лаб. работу № 3, рис. 3.7) кнопкой 2 выбрать синусоидальную форму генерируемого напряжения.

2. Выполнить синхронизацию осциллографа. При необходимости подобрать цену деления по Y и X. Получить осциллограмму измеряемого напряжения на экране осциллографа.

3. Ручкой 4 функционального генератора установить размах напряжения, чтобы оно касалось горизонтальных линий шкалы и занимало максимум шкалы экрана. Число периодов сигнала, наблюдаемых на экране, не должно превышать двух.

 

4. Зарисовать осциллограмму, используя шаблон рис. 1.12, а. Записать значения цены делений по Y и X.

 

 

Рис. 1.12. Отчет «Измерение напряжения синусоидальной формы»

 

1.2.4. Измерение параметров импульсного сигнала

1. На функциональном генераторе кнопкой 3 выбрать импульсную форму генерируемого напряжения. Сигнал двухполярный, при этом и равны по модулю, размах напряжения равен удвоенному значению амплитуды.

2. На блоке СИНХРОНИЗАЦИЯ осциллографа переключатель «+/–»
установить в положение «+», на блоке УСИЛИТЕЛЬ YI переключатель « /~» – в положение « ».

3. Выполнить синхронизацию осциллографа. При необходимости подобрать цену деления по Y и X. Получить осциллограмму измеряемого напряжения на экране осциллографа.

4. Параметры развертки осциллографа выбрать таким образом, чтобы число периодов сигнала, наблюдаемых на экране, не превышало двух.

5. По заданию преподавателя ручкой 5 функционального генератора установить отношение длительности положительного и отрицательного импульсов, а ручкой 4 – амплитудное значение сигнала.

6. Зарисовать осциллограмму, используя шаблон рис. 1.13, а. Записать значения цены делений по Y и X.

7. Перевести переключатель « /~» в положение «~».

8. Зарисовать осциллограмму на шаблоне рис. 1.13, а пунктирной линией.

9. Вернуть переключатель « /~» в положение «~», переключатель «+/–» установить в положение «–». При необходимости выполнить синхронизацию осциллографа.

10. Зарисовать осциллограмму, используя шаблон рис. 1.14, в.

Рис. 1.13. Отчет «Измерение напряжения импульсной формы»

 

 

Рис. 1.14. Отчет «Построение фигур Лиссажу»

1.2.5. Получение фигур Лиссажу

1. На функциональном генераторе кнопкой 2 выбрать синусоидальную форму генерируемого напряжения.

2. Соединить выход II (600 ) генератора Г3-118 (лицевая панель приведена на рис. 1.15) и ВХОД блока СИНХРОНИЗАЦИЯ осциллографа. На блоке СИНХРОНИЗАЦИЯ установить переключатель в положение ВХОД Х. На генераторе установить ручками Hz, МНОЖИТЕЛЬ частоту сигнала, равную или кратную рассчитанной по результатам измерений, выполненных в п. 1.2.3.

3. Регулируя амплитуды напряжений сигналов, подаваемых на входы Y и X осциллографа, меняя цену деления по Y, добиться, чтобы размеры изображения по осям Y и X были примерно равны.

4. Меняя частоту сигнала на генераторе Г3-118 дискретно и плавно регулятором РАССТРОЙКА, добиться устойчивого изображения в виде фигуры Лиссажу.

5. Зарисовать осциллограмму. Записать значение частоты сигнала на выходе генератора Г3-118.

 

 

Рис. 1.15. Лицевая панель генератора Г3-118

 

1.2.6. Обработка результатов измерений

1. По данным п. 1.2.2 и полученной осциллограмме рассчитать относительные погрешности измерения амплитуды и периода сигнала до калибровки осциллографа. Погрешности рассчитываются по формулам:

 

, .

 

2. Построить график сигнала в декартовой системе координат (см.
рис. 1.11, б).

3. По данным п. 1.2.3 и полученной осциллограмме рассчитать параметры сигнала: амплитудное значение, период, частоту. Построить график сигнала в декартовой системе координат (см. рис. 1.12, б).

4. По данным п. 1.2.4 и полученным осциллограммам рассчитать параметры сигнала: амплитудное значение напряжения, среднее значение напряжения, период, частоту. Построить графики сигнала в декартовой системе координат (см. рис. 1.13, б, г).

5. По данным п. 1.2.5 и полученной осциллограмме (фигуре Лиссажу) рассчитать частоту сигнала, поданного на вход Х осциллографа (см. рис. 1.14).

 

Отчет должен содержать:

1) описание цели работы;

2) структурную схему осциллографа;

3) схемы и графики, поясняющие принцип работы осциллографа;

4) осциллограммы исследуемых сигналов;

5) расчеты.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

 

1. Объясните назначение осциллографа, процессы получения осциллограммы в осциллографе.

2. Почему в качестве генератора развертки используют генератор
пилообразного напряжения?

3. Что дает использование в качестве генератора развертки источника синусоидальных колебаний?

4. Как происходит синхронизация генератора развертки осциллографа?

5. Как осуществляется управление яркостью луча?

6. Какие меры предусмотрены для устранения обратного хода луча?

7. Каково назначение калибратора. Как осуществить калибровку осциллографа?

 

Рекомендуемый библиографический список: [3–5].

 

 

Лабораторная работа № 2
ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕРАТОРОВ ИМПУЛЬСОВ
ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ

Цель работы:1) изучить параметры сигналов генераторов импульсов прямоугольной формы, метрологические характеристики одиночного импульса; 2) научиться формировать сигналы с требуемыми параметрами.

 

Приборы: генератор Г5-56, двухлучевой осциллограф С1-55.

 

Содержание работы:

1) изучить принцип работы генераторов импульсов прямоугольной формы;

2) ознакомиться с органами управления генератора Г5-56;

3) освоить способы формирования импульсных последовательностей;

4) освоить режимы работы генератора;

5) получить осциллограммы импульсных последовательностей.

 

2.1. Теоретическая часть

2.1.1. Метрологические характеристики
одиночного импульса

Генераторы импульсов Г5 являются источниками одиночных или периодических видеоимпульсных сигналов, параметры которых известны с заданной точностью. Основная форма сигнала – прямоугольная.

Прямоугольный импульс идеальной формы характеризуется двумя параметрами: длительностью и амплитудой . Реальная форма прямоугольного импульса, осциллограмма которого изображена на рис. 2.1, отличается от идеальной.

 

 

Рис. 2.1. Метрологические характеристики импульса

 

Метрологические характеристики импульса устанавливаются в соответствии с ГОСТ 16465-70:

– амплитуда импульса находится путем продления плоской части его вершины до пересечения с фронтом (рис. 2.1);

– длительность импульса определяется на уровне 0,5 ;

– длительность фронта соответствует времени нарастания импульса от 0,1 до 0,9 ;

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.