4.1 Тема: «Изучение техники осциллографических измерений универсальным электронным осциллографом».

4.2 Цель работы: ознакомиться с основными техническими характеристиками электронных осциллографов, с методикой управления осциллографом и использованием его для измерения основных параметров сигналов, а также определения основной погрешности измерения – относительной, отражающей меру близости результата измерения к истинному значению; оценить погрешность результатов измерения, совершенствовать опыт практического измерения;

4.3 Используемое оборудование:

Оосциллографы С1-65, (С1- 64,С1-49, С1-67, ),соединительные провода, технические описания и инструкции по эксплуатации, генератор импульсных сигналов Г5-63, мультимедийное оборудование.

4.4Методические указания: Работа выполняется за 60 минут аудиторных занятий. Перед выполнением работы следует изучить соответствующие разделы лекционного курса.

4.5. Теоретические сведения

Осциллограф относится к приборам, предназначенным для из­мерения характеристик и параметров сигналов, т. е. приборов, действие которых связало с подачей сигналов на их вход. Его структурная схема показана на рис. 1.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) определяет принцип дейст­вия прибора, и от ее характеристик в значительной мере зависят параметры я возможности применения осциллографа в целом. В осциллографах используют ЭЛТ с электростатическим управлени­ем лучом.

Рис. 1

Принцип отображения формы напряжения на экране осциллографической трубки в общих чертах можно представить сле­дующим образом. Исследуемое напряжение является функцией времени, отображаемой в прямоугольных координатах графиком u=f(t). Две пары пластин ЭЛТ отклоняют электронный луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях, которые можно рассматривать как координатные оси. Поэтому для наблюдения на экране ЭЛТ исследуемого напряжения необходимо, чтобы луч отклонялся по горизонтальной оси пропорционально времени, а по вертикальной оси пропорционально исследуемому напряжению в каждый момент времени). Для этого к горизонтально откло­няющим пластинам подводят линейно-изменяющееся напряжение, которое заставляет луч перемещаться по горизонтали с постоян­ной скоростью слева направо (и быстро возвращаться обратно). Расстояние, проходимое лучом вдоль горизонтальной оси, – линейная функция времени. |

Исследуемое напряжение подается на вертикально отклоняю­щие пластины и, следовательно, положение луча в каждый мо­мент времени однозначно соответствует значению исследуемо­го сигнала в этот момент. За время действия линейно-изменяю­щегося напряжения луч вычерчивает кривую исследуемого сигна­ла. Наблюдаемое на экране изображение называют осциллограм­мой.

Кратко рассмотрим функции, выполняемые основными узлами осциллографа. Для этого помимо схемы, изображенной на рис. 1, воспользуемся развернутой структурной схемой (рис. 2).

Рис. 2.

Канал вертикального отклонения Y, или канал сигнала, предназначен для передачи напряжения источника исследуемого сигнала на вход вертикально от­клоняющих пластин ЭЛТ. Входной блок в этом канале содержит аттенюатор, позволяющий ослабить исследуемый сигнал в определенное число раз а согласовать входное сопротивление канала сигнала с волновым сопротивлением, кабеля, по которому поступает исследуемый сигнал; эмиттерный повторитель, уменьшающий влияние канала вертикального отклонения на источник исследуе­мого сигнала и позволяющий получить высокое сопротивление. Линия задержки (в импульсных осциллографах) обеспечивает подачу исследуемого импульса на вертикально отклоняющие пластины с задержкой относительно на­чала горизонтально отклоняющего напряжения, что дает возможность наблю­дать фронт импульса.

Усилитель вертикального отклонения усиливает исследуе­мый сигнал, подаваемый со входного устройства, до значения, позволяющего получить достаточно большой размер видимого вертикального отклонения луча (размах изображения сигнала) на экране ЭЛТ.

Канал горизонтального отклонения X, или канал развертки, служит для создания напряжения, вызывающего горизонтальное перемещение луча, пропорциональное времени. Вторая функция этого канала — усиление (ослабление) сигнала, передаваемого от входа X на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. В состав канала входят генератор развертывающего напряжения, создающего горизонтальное отклонение луча; усилитель, усиливающий выраба­тываемое генератором напряжение до значения, необходимого для отклонения луча в горизонтальном направлении; схема синхронизации, предназначенная для преобразования и усиления, а также изменения полярности синхронизирую­щего напряжения, с помощью которого пользователь осциллографа получает устойчивую неискаженную осциллограмму, оптимальную в смысле точности из­мерения временных параметров исследуемого сигнала. На входе X канала име­ется аттенюатор.

Канал управления яркостью Z предназначен для передачи со входа Z на управляющий электрод ЭЛТ сигналов, модулирующих яркость свечения. Он содержит усилитель и схему, позволяющую изменять полярность модулирующего напряжения.

Средства измерения параметров исследуемого сигнала служат чаще всего для измерения напряжения и интервалов времени. Эти средства измерения пара­метров исследуемого сигнала и соответственно осциллографы, в которых эти средства применены, можно разделить на три разновидности. К первой относятся приборы, допускающие только измерения амплитуды и длительности сигнала вручную. Они имеют в своем составе калибраторы чувствительности и длитель­ности, с помощью которых градуируют или поверяют градуировочные харак­теристики осей экрана осциллографа: вертикальной в единицах напряжения, го­ризонтальной в единицах времени. Для второй разновидности осциллографов, характерны встроенные цифровые измерители указанных параметров, причем ре­зультаты измерений отображаются на экране ЭЛТ в цифровой форме — число и единицы измерения. Третья разновидность приборов — микропроцессорные осциллографы с программным управлением, предполагающие автоматическое измерение широкого перечня параметров сигналов по заданной программе, включающей при необходимости обработку результатов наблюдений. Результаты изме­рений и другая информация (например, о погрешностях измерений) выводятся на дисплей.

Блок питания обычно состоит из двух выпрямителей – высоковольтного, пи­тающего высоким напряжением ЭЛТ, и низковольтного, питающего все узлы ос­циллографа и низковольтные электроды трубки.

Схема управления лучом связана с блоком питания и содержит органы ре­гулировки напряжений, управляющих яркостью, фокусировкой, астигматизмом и положением светящегося пятна на экране ЭЛТ.