«Поверка универсальных осциллографов»

1. Цель работы

1.1. Изучить методику поверки, операции и средства поверки универсальных электронно-лучевых осциллографов.

1.2. Приобрести практические навыки поверки электронно–лучевого осциллографа С1-114.

1.3. Приобрести практические навыки в измерении с помощью электронно-лучевого осциллографа основных параметров электрических сигналов и оценке погрешности их измерения.

2. Задание

2.1. Выполняется при подготовке.

2.1.1. Изучить назначение и принцип действия электроннолучевых осциллографов, их метрологические характеристики, а также источники погрешностей измерения параметров электрических сигналов с помощью электронно-лучевых осциллографов.

2.1.2. Изучить назначение, принцип действия, технические и метрологические характеристики универсального осциллографа С1-114.

2.1.3. Изучить работу с осциллографом С1-114 при измерении параметров сигналов.

2.1.4. Изучить методику поверки универсальных осциллографов.

2.1.5. Изучить принцип действия образцовых средств измерений, применяемых при поверке осциллографа С1-114. Изучить работу с этими средствами измерений.

2.2. Выполняется в лаборатории.

Произвести поверку универсального электронно-лучевого осциллографа С1-114 в следующей последовательности:

2.2.1. Внешний осмотр.

2.2.2. Опробование.

2.2.3. Определение основной погрешности установки напряжения и частоты калибратора.

2.2.4. Определение основной погрешности коэффициентов отклонения.

2.2.5. Определение основной погрешности коэффициентов развертки и основной погрешности измерения временных интервалов.

2.2.6. Определение времени нарастания и выброса ПХ, неравномерности ПХ.

2.2.7. Определение ширины линии луча.

3. Общие сведения об универсальных электронно-лучевых осциллографах.

Как известно, колебания можно определить как во временной области, так и в частотной. Во временной области колебание характеризуется его формой - зависимостью мгновенного значения от времени.

Воспроизведение формы колебаний является важной задачей радиоизмерений, поскольку по форме можно оценить сразу многие параметры колебаний. Для воспроизведения формы колебаний и измерений их параметров предназначены осциллографы. В некоторых современных осциллографах, включающих встроенные микропроцессоры, предусмотрена возможность точного измерения параметров и характеристик колебаний.

При использовании осциллографа параметры сигналов определяют по их осциллограммам. Достоверность результатов измерений зависит от точности воспроизведения осциллограмм. Погрешности измерений зависят от правильного выбора осциллографа, установки оптимальных размеров осциллограммы, выбора вида оптимизации и других факторов. При этом погрешность воспроизведения осциллограммы зависит от линейных (частотных) и нелинейных искажений сигналов.

Хотя структурные схемы осциллографов достаточно сложны, для изучения принципа действия этих приборов достаточно рассмотреть простейшую схему, состоящую из трех элементов: усилителя вертикально отклоняющего напряжения, генератора развертки G и ЭЛТ (рис. 1.).

Формирование осциллограммы. Исследуемое напряжение U_x подводят ко входу усилителя и затем на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Под действием этого напряжения луч отклоняется по оси ординат на Y= K S_Y U_x(t), где K – коэффициент усилителя; S_Y – чувствительность трубки по оси ординат.

Отклонение луча по оси абсцисс обусловлено действием напряжения развертки U_р, которое изменяется во времени по линейному закону U_р =аt, где а – постоянный коэффициент. Отклонение луча по оси абсцисс также является линейной функцией времени: X= S_хU_р = Sаt, где S_х – чувствительность трубки по оси абсцисс.

В результате совместного воздействия на ЭЛТ вертикально и горизонтально отклоняющих напряжений луч будет двигаться по траектории, заданной в параметрической форме приведенными соотношениями. Исключив время, получим уравнение траектории в декартовых координатах Y= KS_х U_х (X/S_х а). Траекторию луча называют осциллограммой исследуемого колебания. Поскольку отклонение луча по оси ординат пропорционально мгновенному значению колебания, а отклонение по оси абсцисс – времени, то на экране ЭЛТ в некотором масштабе воспроизводится зависимость U_х (t).

Размеры экрана и отклоняющее напряжение ограничены, поэтому напряжение развертки возрастает до определенного уровня, при котором луч, двигаясь вправо, достигает границы рабочей части экрана. Продолжительность возрастающего участка напряжения развертки оценивают длительностью Т_п прямого хода развертки. По окончание прямого хода напряжение развертки уменьшается до начального уровня. Пятно при этом перемещается справа налево, совершая обратный ход развертки. За время Т_о обратного хода напряжение развертки уменьшается по нелинейному закону, поэтому траектория луча не несет полезной информации и лишь искажает осциллограмму. Во избежание этого на время обратного хода на модулятор ЭЛТ подают запирающее напряжение, так что луч гасится. Генераторы развертки строят так, чтобы длительность обратного хода была меньше длительности прямого хода развертки, т.е. чтобы выполнялось условие Т_о  Т_п . Поскольку период развертки Т_р =Т_п +Т_о , то приближенно можно принять Т_о  Т_п.

При осциллографировании периодических колебаний необходимо, чтобы за каждый период исследуемого напряжения луч перемещался по одной и той же траектории. Для этого синхронизируют период развертки с периодом повторения исследуемого сигнала: период развертки устанавливают равным целому числу периодов повторения исследуемого сигнала. Для исследования непериодических импульсных напряжений применяется ждущая развертка. В этом режиме генератор развертки запускается перед каждым пришедшим импульсом. К моменту начала каждого импульса напряжение развертки имеет определенное значение, поэтому начало каждого импульса соответствует одной и той же точке на экране.

Кроме линейной развертки, предусмотренной во всех выпускаемых промышленностью осциллографах, существуют и другие типы раз верток, например, круговая или спиральная, применяемые при измерении фазовых соотношений. В этих развертках луч движется с постоянной угловой скоростью по кругу или по спирали, что позволяет получать большую по сравнению с диаметром экрана длину линии развертки.