34

Лабораторная работа № 9 изучение электронных измерительных приборов

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Получить практические навыки использования электронных приборов: генератора, осциллографа, вольтметра.

2. Освоить способы определения параметров синусоидального напряжения с помощью электронного осциллографа.

Основные теоретические положения

Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) является универсальным измерительным прибором. С его помощью можно визуально наблюдать и регистрировать изменяющиеся во времени сигналы. Он используется для измерения амплитуды, периода и частоты напряжения, угла сдвига фаз между напряжениями и других физических величин, преобразованных в электрические сигналы.

У прощённая структурная схема универсального осциллографа представлена на рис.1. Он состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и двух каналов управления лучом: канала Y и канала X. В канал Y входят аттенюатор Y и усилитель Y. В канал X входят: устройство запуска развёртки, генератор развёртки, аттенюатор X и усилитель X.

Основным узлом осциллографа является электронно-лучевая трубка, представляющая собой стеклянную колбу с высоким вакуумом, внутри которой жёстко закреплены электронная пушка и две пары взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин: пластины Y и X.

Электронная пушка служит для создания узкого пучка электронов – электронного луча. В её состав входят: подогреваемый катод К, управляющий электрод (модулятор) М и два анода А1 и А2. Первый анод служит для фокусировки луча, второй – для ускорения электронов луча. Электронный луч образует на экране ЭЛТ светящуюся точку.

Пластины Y служат для отклонения луча по вертикали, на них подаётся исследуемое напряжение U(t) по каналу Y. Пластины X служат для отклонения луча по горизонтали, на них подаётся напряжение развёртки U_X(t).

При работе осциллографа с внутренней развёрткой на пластины X от генератора развёртки подаётся пилообразное напряжение, возрастающее по линейному закону. Под воздействием его электронный луч отклоняется и светящаяся точка перемещается по экрану в горизонтальном направлении с постоянной скоростью.

При работе осциллографа с внешней развёрткой напряжение развёртки подаётся через вход X от внешнего источника.

Аттенюаторы служат для ослабления больших сигналов, а усилители для усиления малых сигналов.

1. Генератор синусоидальных колебаний.

Г енераторы синусоидальных колебаний являются источниками электрических колебаний, форма которых заранее известна, а частота, напряжение (или мощность) и некоторые другие параметры сигналов могут регулироваться в определённых пределах. Такие генераторы бывают низкочастотные и высокочастотные. Низкочастотные генераторы охватывают диапазон частот в пределах от долей герца до 200 кГц. Структурная схема низкочастотного генератора приведена на рис.2.

Задающий генератор вырабатывает синусоидальный сигнал, частоту которого можно регулировать дискретно («множитель частоты») и плавно. Усилитель состоит усилителя напряжения и усилителя мощности. Выходное устройство предназначено для создания на нагрузке заданного напряжения (мощности), а также для согласования выходного сопротивления генератора с сопротивлением нагрузки. Выходное устройство состоит из делителя напряжения (аттенюатора) и согласующего трансформатора.

В данной работе рассматривается применение осциллографа для определения по осциллограмме амплитуды и периода синусоидального напряжения, получаемого от генератора. Для решения этой задачи на вход Y подаётся исследуемое напряжение U(t), которое после преобразования в канале Y поступает на пластины Y. На пластины X подаётся линейно изменяющееся напряжение U_X(t) от генератора развёртки через усилитель X. Переключатель выбора развёртки при этом должен быть поставлен в положение «Внутренняя развёртка». При решении данной задачи принято использовать внутреннюю синхронизацию генератора развёртки, а поэтому переключатель S1 включается на канал Y, т.е. в положение «Внутренняя синхронизация».

В данном опыте на электронный луч действуют две электростатические силы F_X и F_Y. Сила F_X направлена вдоль оси Х и отклоняет луч с постоянной скоростью V_X. Сила F_Y направлена вдоль оси Y и изменяется по закону синуса: F_Y = F_Ymsint.Под воздействием такого рода сил электронный луч будет перемещаться по поверхности экрана по синусоидальной кривой (рис.3).

А мплитуда U_m и период Т исследуемого напряжения определяются по формулам U_m = S_YC_Y; T = S_XC_X, где S_Y и S_X – расстояния, равные амплитуде и периоду синусоиды, полученной на экране; C_Y и C_X – цены делений сетки экрана вдоль осей Y и X при данном положении переключателей усиления Y (Вольт/дел) и длительность развёртки (Время/дел) соответственно.

Для синусоиды, представленной на рис.3, S_Y = 1,7 дел, S_X = 7,3 дел. Допустим, что при этом переключатель «Вольт/дел» установлен в положение 2 В/дел (C_Y = 2 В/дел), а переключатель «Время/дел» установлен в положение 10 мс/дел (C_X = 10 мс/дел), тогда U_m = 1,72 = 3,4 В, Т = 7,31010^-3 = 0,073 с.

Действующее значение U, частота f и угловая частота  этого напряжения будут равны:

Уравнение мгновенного значения этого напряжения ( при _u = 0) , будет иметь следующий вид: U(t) = 3,4sin87,9t В.