4.8 Приклади розв'язування задач Задача №6

Для вимірювання напруги використовують вольтметр електростатичної системи з номінальною напругою В, ємністю мкФ. Необхідно виміряти напруги U до 1800 В, визначити значення додаткової ємності, необхідної для вимірювання заданої напруги.

Розв`язання

1 Значення множника по напрузі для розширення границь вимірювання.

.

2 Виходячи з постійного заряду при послідовному з'єднанні ємностей можна скласти співвідношення:

,

де U – вимірювана напруга мережі;

C_g – ємність додаткового конденсатора;

- еквівалентна ємність двох послідовно з'єднаних ємкостей (приладу і додаткового конденсатора).

Тоді

Вираз являє собою множник по напрузі, тобто р_u.

Звідси мкФ.

С

C_g

хема включення приладу з додатковою ємністю приведена на рис. 4.8.

5 Реєструючі прилади

5.1 Електронні осцилографи

Електронний осцилограф – це вимірюваний прилад, призначений для спостереження форми електричних сигналів і вимірювання амплітудних і часових параметрів цих сигналів. Основним елементом електронного осцилографа є електронно-променева трубка (ЕПТ) з електростатичним керуванням променем і люмінесцентним екраном. Для перетворення досліджуваного сигналу у видиме зображення (осцилограму) на екрані ЕПТ з допомогою вертикально і горизонтально відхиляючих пластин ЕПТ необхідно зміщувати електронний промінь у двох взаємно перпендикулярних напрямках, які можна розглядати як координатні осі. Тому для одержання на екрані ЕПТ осцилографа зображення миттєвих значень сигналу, досліджуваний сигнал подається на вертикально відхиляючі пластини і одночасно електронний промінь відхиляється з постійною швидкістю в горизонтальному напрямку з допомогою лінійної змінної (пилкоподібної) напруги, яка подається на горизонтально відхиляючі пластини. Напруга, яка відхиляє промінь у горизонтальному напрямку, називається розгортаючою. Після закінчення циклу розгортки, розгортаюча напруга повертається до початкового положення і цикл повторюється спочатку.

Для одержання неспотвореного зображення форми електричного сигналу на екрані ЕПТ важливо, щоб розгортаюча напруга (під час прямого проходження електронного променя) змінювалась лінійно в часі. Чутливість ЕПТ мала, тому для відхилення променя на весь екран необхідна напруга 3-200 В. Напруги досліджуваного сигналу і розгортки, як правило, невеликі, тому в каналах вертикального і горизонтального відхилень осцилографа застосовують підсилювачі.

За призначенням і принципом дії розрізняють універсальні, стробоскопічні, запам’ятовуючі й спеціальні осцилографи. Найширше застосування знайшли універсальні електронні осцилографи. Типова структурна схема універсального електронного осцилографа зображена на рис. 5.1.

Внутр.

Синхр.

Зовніш.

S₁

Рис. 5.1. Структурна схема універсального електронно-променевого осцилографа.

АТТ — атенюатор (дільник напруги);

ВК — вхідний каскад;

ПП_y — попередній підсилювач каналу “Y”;

ЛЗ_y — лінія затримки;

ВП_y — вихідний підсилювач каналу “Y”;

К — калібратор;

ВП — перемикач входу синхронізації;

CC — схема синхронізації;

СЗ — схема запуску генератора розгортки;

ГР — генератор розгортки;

ВП_x — вихідний підсилювач каналу “X”;

СБ — схема блокування;

ППС — підсилювач підсвічування;

ЕПТ — електронно-променева трубка.

Досліджуваний сигнал подається на вхід “Y” безпосередньо (відкритий вхід) або через розділяючий конденсатор (закритий вхід). З допомогою атенюатора “АТТ” здійснюється необхідне затухання (ослаблення) сигналу, що дозволяє забезпечувати роботу підсилювачів вертикального відхилення з мінімальними нелінійними спотвореннями. З виходу атенюатора досліджуваний сигнал через вхідний каскад “ВК” (підсилювач з високим вхідним опором) надходить на попередній підсилювач “ПП_у”, який підсилює сигнал. Підсилений сигнал затримується лінією затримки “ЛЗ_у” на час, необхідний для спрацювання каналу горизонтального відхилення осцилографа, тобто генератора розгортки “ГР” і вихідного підсилювача “ВП_х”, щоб зміщення променя по горизонталі почалося раніше, ніж підсилений сигнал поступить на вертикально відхиляючі пластини “Пy” електронно-променевої трубки (ЕПТ). Вихідний підсилювач вертикального відхилення “ВП_у”, зібраний за симетричною схемою, підсилює затриманий сигнал до значення, необхідного для спостереження зображення на екрані. З виходу “ВП_у” симетричний сигнал надходить на вертикально відхиляючі пластини. При симетричному живленні відхиляючих пластин промінь розфокусовується менше; крім того, в симетричних вихідних каскадах простіше одержати широку смугу пропускання.

Стійке зображення на екрані ЕПТ одержують внаслідок синхронізації частоти сигналу розгортки “f_p” з частотою досліджуваного сигналу “f”. Частота сигналу розгортки “f_p” повинна бути рівна, або в ціле число раз менша частоти досліджуваного сигналу:

f_p = f/n. (5.1)

Відповідно період сигналу розгортки “Т_р” повинен бути рівним або в ціле число раз більшим періоду досліджуваного сигналу Т:

Т_р = nT, (5.2)

де n = 1, 2, 3, ….

Запуск схеми синхронізації “СС” може бути здійсненим як від внутрішнього, так і зовнішнього сигналу за допомогою перемикача. Крім того, схема синхронізації дає можливість змінювати рівень і полярність сигналу синхронізації. При роботі осцилографа в режимі внутрішньої синхронізації із каналу вертикального відхилення (до лінії затримки) знімається частина досліджуваного сигналу і подається на вхід схеми синхронізації

Схема синхронізації разом із схемою запуску “СЗ” генератора розгортки виробляє короткі запускаючі імпульси певної форми, полярності, амплітуди незалежно від значення і форми сигналу, який надходить на вхід схеми синхронізації. Завдяки цьому забезпечується стійкий запуск генератора розгортки.

Для запуску генератора розгортки можна використати зовнішній сигнал, який подається на вхід схеми синхронізації (зовнішня синхронізація). Генератор розгортки “ГР” формує пилкоподібну лінійну напругу (рис. 5.2) для часової розгортки променя ЕПТ.

Час прямого ходу променя t_пр набагато більший часу зворотного ходу t_зв, тому період розгортки Т_р = t_пр + t_зв ≈ t_пр.

U_р

Рис. 5.2. Напруга розгортки.

Вихідний сигнал генератора розгортки надходить на вихідний підсилювач “ВПх” каналу горизонтального відхилення, призначеного для перетворення пилкоподібної напруги, що надходить з “ГР” у два протифазних сигнали і підсилення їх до значення, достатнього для відхилення променя по горизонталі на всю ширину екрану “ЕПТ”. Сигнал з “ВП_х” надходить на горизонтально відхиляючі пластини “x” електронно-променевої трубки.

В осцилографі передбачена можливість подавання зовнішнього сигналу на горизонтально відхиляючі пластини з входу “Х”. При цьому підсилювач “ВП_х” з допомогою перемикача “S₂” від’єднується від виходу генератора розгортки і під’єднується до входу “Х”. Генератор розгортки має органи регулювання режимів робіт і тривалості періоду розгортки. В більшості осцилографів “ГР” може працювати в двох режимах – автоколивальної періодичної й очікуючої розгортки.

Схема блокування “СБ” використовується для того, щоб не допускати повторного запуску “ГР” при зворотному ході напруги розгортки.

В осцилографах часто замість гасіння променя під час зворотного ходу застосовують збільшення яскравості лінії розгортки під час прямого ходу. Прямокутний імпульс підсвічування променя з підсилювача підсвічування “ППС” надходить на модулятор “ЕПТ”. Тривалість цього імпульсу повинна співпадати з тривалістю прямого ходу напруги розгортки.