Ю РГТУ (НПИ) Измерение физических величин

Кафедра электронно-лучевым осциллографом Л.р. №1

ИИСиТ

Цель работы

• изучить принцип действия и особенности конструкции двухканального электронного осциллографа типа GOS-620;

• усвоить методы измерений параметров электрических сигналов с использованием электронного осциллографа;

• приобрести навыки работы с осциллографом при измерении параметров электрических сигналов в режимах внутренней и внешней синхронизации.

Программа работы

1. До включения в сеть установить органы управления на передней панели осциллографа в исходное положение в соответствии с разделом «Подготовка к работе» данной инструкции.

2. После включения осциллографа в сеть произвести его балансировку.

3. Произвести калибровку коэффициента отклонения (чувствительности) и коэффициента длительности развертки.

4. Измерить амплитуду, частоту, период синусоидального и импульсного сигналов, временную задержку между двумя синхронными сигналами, длительность импульса, постоянное напряжение, ток. Результаты измерений занести в таблицы.

5. Сделать выводы по результатам измерений.

Приборы, используемые при выполнении лабораторной работы

1. Осциллограф двухканальный типа GOS-620, C900314

2. Генератор звуковых частот типа ГЗ-118, 82082 (1987 г.)

3. Импульсный генератор типа Г5-54. 56798 (1984 г.)

4. Прибор комбинированный цифровой Щ 301-3, 0278 (1989 г.)

Краткая теория

Электронные осциллографы предназначены для исследования формы электрических сигналов путем визуального наблюдения и измерения их временных и амплитудных значений.

Структурная схема одноканального электронно-лучевого осциллографа представлена на рисунке 1.1. Исследуемый сигнал подается на вход «Вх.Y» делителя напряжения 1. Сигнал с выхода делителя напряжения поступает на вход усилителя 1 канала вертикального отклонения луча электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Усилитель линейно усиливает входной сигнал.

Рис 1.

Двухканальные и двухлучевые осциллографы применяют для одновременного наблюдения осциллограмм двух сигналов на экране одной ЭЛТ.

Структура двухканального осциллографа типа GOS-620 представлена на рисунке 1.2.

Двухканальный осциллограф содержит два идентичных канала вертикального отклонения. В состав каждого из них включен аттенюатор, эмиттерный повторитель и предварительный усилитель. Электронный коммутатор попеременно подает выходные сигналы каждого канала на оконечный усилитель, линию задержки и на вертикально отклоняющие пластины обычной ЭЛТ. В осциллографе предусмотрены четыре режима работы каналов:

• одноканальный (работает либо первый канал, либо второй),

• чередования каналов (поочередное включение каналов после каждого хода развертки),

• прерывания (работают оба канала, но переключения производятся с высокой частотой, в нашем случае с частотой 250 кГц),

• алгебраического сложения (работают оба канала одновременно на одну нагрузку).

Измерение частоты

Частоту сигнала можно определить, измерив его период Т, так как .

Другим методом определения частоты является метод сравнения неизвестной частоты с эталонной по фигурам Лиссажу. В этом случае на усилитель вертикального отклонения подают сигнал, частоту которого надо измерить, а на усилитель горизонтального отклонения — сигнал генератора образцовой частоты, которую можно изменять (режим Y(X)).

Измерение амплитуды исследуемых сигналов

Для обеспечения максимальной точности измерения рекомендуется соблюдать следующие условия:

• размах изображения измеряемого сигнала должен быть большим, что уменьшает погрешность отсчета;

• размах изображений измеряемого и калибровочного сигналов должен быть по возможности одинаков, что позволяет свести к минимуму погрешность за счет нелинейности по вертикали, так как ее действие в этом случае одинаково на измеряемый и калибровочный сигналы;

• калибровку коэффициента отклонения производить отдельно в каждом из положений множителя VOLTS/DIV.

Погрешность измерения амплитуды периодического сигнала определяется по формуле

где U_m – значение амплитуды, измеренное с помощью осциллографа;

U_m0 – значение амплитуды, определенное электронным вольтметром.

Вольтметр показывает среднеквадратическое значение напряжения, следовательно, значение амплитуды напряжения определится по формуле

,

где U – показания вольтметра;

– коэффициент амплитуды синусоиды.

Рис 2Структура двухканального осциллографа типа GOS 620

Рис 3 Двухканального осциллографа типа GOS 620

Рис.4 Осциллограмма синусоидального сигнала f=1кГц, CV=5В/см, CT=0,2мс/см

Рис.5 Осциллограмма синусоидального сигнала f=2кГц, CV=5В/см, CT=0,1мс/см

Рис.6 Осциллограмма синусоидального сигнала f=3кГц, CV=5В/см, CT=0,1мс/см

Рис.7 Осциллограмма прямоугольных импульсов f=1кГц, τ=0,5мс

Рис.8 Осциллограмма прямоугольных импульсов f=1кГц, τ=0,25мс

Таблица 1.1 – Результаты измерения параметров периодических сигналов

Сигнал	Осциллограммы исследуемого сигнала в режиме внутренней синхронизации	UобрВ	Um осц, В	Um обр, В	fосц, кГц	fген, кГц	Т осц, мс	Т ген, мс	U,%	T,%
Синус	Рис. 4 СV=5 В/см. СТ=0,2 мс/см	11,50	16,0	16,26	0,98	1,0	1,020	1,0	-1,6	2
Синус	Рис. 5 СV=5 В/см. СТ=0,1 мс/см	9,81	14,0	13,87	1,96	2,0	0,51	0,5	0,93	2
Синус	Рис. СV=5 В/см. СТ=0,12 мс/см	6,39	9,0	9,035	2,94	3,0	0,34	0,333	-0,39	2

В таблице 1.1:

T – длительность периода исследуемого сигнала,

_U – относительная погрешность измерения напряжения,

_T – относительная погрешность измерения длительности импульса исследуемого сигнала,

f – частота исследуемого сигнала,

U_m – значение амплитуды исследуемого сигнала.

Таблица 1.2 – Временные диаграммы периодических сигналов и постоянных

напряжений.

Сигнал	Временные диаграммы	Параметры исследуемых сигналов				δ T	δ τ
		T ген, мс	Тосц, мс	ген,мс	осц,мс
Прямоугольный импульс	СТ=0,2 мс/см Рис 7	1,0	1,04	0,5	0,51	4	-2
Прямоугольный импульс	СТ=0,1 мс/см Рис 8	1,0	1,04	0,25	0,23	4	8,7

В таблице 1.2:

T – длительность периода исследуемого сигнала,

– длительность импульса исследуемого сигнала,