9. Контрольные вопросы

9.1. Выведите условия баланса моста постоянного тока.

9.2. Выведите формулы для определения расстояния до места повреждения методом Варлея и Муррея.

9.3. В чем заключается разница между измерениями по методу Варлея и Муррея?

9.4. Как записывается уравнение баланса моста переменно тока?

9.5. Зависит ли точность измерений от колебаний напряжения источника питания Е и окружающей температуры в схемах мостов?

9.6. Как оценить абсолютную и относительную погрешность измерения

сопротивления по паспортным данным омметра?

9.7. Как устроен мост постоянного тока магазинного типа?

9.8. В чем заключается особенность измерения малых сопротивлений мостом?

9.9. Поясните устройство и правила пользования омметром.

9.10. Равномерная или нет шкала омметра?

9.11. Изменятся ли условие равновесия одинарного моста, если поменять местами источник Е и указатель равновесия РА?

9.12. Поясните назначение и устройство двойного моста постоянного тока.

9.13. Как измерить сопротивление компенсатором постоянного тока?

9.14. В каких случаях используется неуравновешенные мосты?

9.15. Поясните принцип действия и особенности потенциометров (компенсаторов постоянного тока).

Лабораторная работа №5 Изучение электронного осциллографа

1. Цель работы: Изучить устройство, принцип действия и технические характеристики электронного осциллографа (ЭО). Освоить методики применения осциллографа в измерительной практике.

2. Вопросы для подготовки к работе

2.1. Для каких целей служит осциллограф?

2.2. Пояснить устройство и принцип действия электронно-лучевой трубки.

2.3. Какие основные органы управления имеются в осциллографе?

2.4. Что такое развертка?

2.5. Для чего необходима синхронизация?

3. Литература

3.1. Кравцов А.В. Метрология и электрические измерения .-М: Колос,1999.- С.83-88.

3.2. Электрические измерения: Учебник для вузов /Под ред. А.3.Фремке. -Л: Энергия,1980.- С.171...133.

3.3. Электрические измерения /Под ред. В.Н. Малиновского- М: Энергоиздат, 1982.- С.200-208, 318...320.

4. Описание лабораторной установки.

Установка включает в себя следующие приборы: электроннолучевой осциллограф С1-166/1, фазовращатель WT, потенциометр (реостат) R, генератор гармонических колебаний Г3-33 или ГУК-1, вольтметр ВК7-9, В7-26, частотомер Ч3-34. Сигналы с генераторов на осциллограф подаются с помощью коаксиальных кабелей.

5. Предварительные указания и элементы теории

1.1 Осциллограф С1-166/1 предназначен для исследования периодических электрических сигналов в полосе частот от 0 до 25 МГц путем визуального наблюдения и измерения их амплитудных и временных параметров по шкале экрана электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

1.2 Осциллограф, структурная схема которого приведена на рисунке 5.1, содержит следующие составные части:

- аттенюатор канала А;

- аттенюатор канала Б;

- усилитель предварительный Y;

- линию задержки;

- усилитель выходной Y;

- блок развертки;

- усилитель горизонтального отклонения;

- усилитель импульсов подсвета;

- калибратор;

- блок управления;

- электронно-лучевую трубку;

- блок питания, в состав которого входит схема управления ЭЛТ.

Рис.5.1 - Структурная схема осциллографа

1.3 Исследуемые сигналы подаются на входы аттенюаторов каналов А и Б. В аттенюаторах осуществляется ослабление сигналов до величины, обеспечивающей заданный размер изображения по вертикали на экране ЭЛТ.

1.4. В предварительном усилителе осуществляется усиление сигналов, калибровка усиления в каждом канале, инвертирование сигнала в канале Б, смещение сигналов в каждом канале с целью перемещения изображения сигналов по вертикали, выбор каналов (одного, двух или их суммы).

1.5. Линия задержки задерживает исследуемый сигнал на время, компенсирующее задержку сигнала в схемах синхронизации, развертки и подсвета, что позволяет наблюдать фронты коротких импульсов.

1.6. Выходной усилитель Y усиливает выходной сигнал до величины, удобной для исследования сигнала на экране ЭЛТ.

1.7. В блоке развертки осуществляется: синхронизация сигнала для получения неподвижного изображения сигнала на экране ЭЛТ; выбор источника синхронизации от тракта вертикального отклонения, внешним сигналом либо от сети; выбор полярности синхронизирующего сигнала; диапазона частот синхронизации; выработка пилообразных напряжений для осуществления развертки изображения по горизонтали; формирование сигналов для подсвета изображения и для коммутации каналов вертикального отклонения; усиление пилообразных напряжений до величины, обеспечивающей необходимое отклонение луча на экране ЭЛТ; смещение изображения сигналов по горизонтали; калибровка по горизонтали.

1.8 Калибратор служит для периодической проверки и калибровки коэффициентов отклонения и развертки.

1.9 Блок управления осуществляет выбор режимов работы осциллографа.

1.10 ЭЛТ служит для преобразования электрических сигналов, поступающих с усилителей горизонтального и вертикального отклонения и усилителя импульсов подсвета, в видимое изображение сигнала на экране ЭЛТ.

1.11 Источник вторичного электропитания служит для получения ряда напряжений постоянного и переменного токов , которые необходимы для работы всех устройств осциллографа. В блоке вторичного электропитания находится также схема управления ЭЛТ.

Устройство и порядок работы

1. Органы управления, подключения и индикации для удобства работы оператора сгруппированы по зонам. Схема их расположения приведена на рисунке 5.2.

Р ис.5.2 - Схема расположения органов управления

2. В левой части передней панели расположен экран ЭЛТ. Под ним расположены следующие органы управления:

- кнопка включения «СЕТЬ» и индикатор;

- ручка «ЯРКОСТЬ» - для регулировки яркости изображения;

- ручка «ФОКУС» - для вертикальной фокусировки изображения;

- ручка «АСТИГ» - для горизонтальной фокусировки изображения.

3. Справа от ЭЛТ расположена зона тракта вертикального отклонения.

В ней размещены:

- кнопочные переключатели режимов работы тракта вертикального отклонения (только канал А или Б, оба канала в поочередном или прерывистом режиме, алгебраическая сумма сигналов в каналах А и Б, изменение полярности сигнала в канале Б, включение режима X-Y);

- ручки «↨» каналов А и Б – для перемещений по вертикали изображений сигналов в каналах А и Б соответственно;

- переключатели «ВОЛЬТ/ДЕЛ» каналов А и Б;

- кнопочные переключатели вида связи источника сигнала с входом каналов вертикального отклонения (непосредственная или через конденсатор);

- разъемы «1 М 25рF» канала А и «1 М 25рF» канала Б – для подключения источников исследуемых сигналов на вход канала А и Б соответственно (в режиме X-Y канал А служит для подачи сигнала Х, а канал Б – сигнала Y).

4. В зоне разверток размещены следующие органы управления:

- кнопка «х10» и «х1» - для включения и выключения 10 – кратной

растяжки развертки;

- кнопка « μs», « ms» для выбора микросекундного или миллисекундного диапазона переключателя «ВРЕМЯ/ДЕЛ»;

- кнопка «АВТ», «ЖДУЩ» выбора режима запуска развертки;

- кнопка «+», «-» - для переключения полярности синхронизации;

- кнопка «ПС», «НЧ» обеспечивает запуск развертки полным сигналом или низкочастотной составляющей сигнала;

- ручки « » - обеспечивают плавное или грубое перемещение линии развертки по горизонтали;

- переключатель «ВРЕМЯ/ДЕЛ» вместе с кнопкой « μ s», » ms» обеспечивает установку требуемого коэффициента развертки;

- ручка «УРОВЕНЬ» обеспечивает выбор уровня запуска развертки;

- кнопки «А», «Б», «СЕТЬ», «ВНЕШН» предназначены для выбора

источника синхронизации;

- гнездо «СИНХР» для подачи сигналов при внешней синхронизации.

5. На выходе калибратора «0,6 V 1 kHz», предназначенного для калибровки трактов горизонтального и вертикального отклонения, а также для компенсации делителей 1:10, присутствуют импульсы положительной полярности типа «меандр» частотой 1кГц и амплитудой 0,6 В.

6. На задней панели расположен разъем «СЕТЬ 220 V 50 Hz» для подключения шнура сетевого питания. В этом разъеме установлены вставки плавкие, доступные для замены только при отсоединенном сетевом шнуре.

Подготовка к проведению измерений.

1. Подать исследуемый сигнал на вход канала А (Б) «1М 25рF» через соединительные кабели или делители 1:10.

Примечание: использовать делитель 1:10 предпочтительнее, так как при этом осциллограф значительно меньше влияет на исследуемый источник сигнала.

2. Установить режим работы тракта вертикального отклонения (один из каналов А или Б , оба канала в поочередном или прерывистом режиме или алгебраическую сумму каналов А и Б).

3. Выбрать источник синхронизации (канал А, канал Б, сигнал с частотой питающей сети или внешний сигнал, подаваемый на вход «СИНХР»).

4. Установить удобные для наблюдения размер и положение изображения сигнала на экране ЭЛТ по вертикали.

5. Получить, вращая ручку «УРОВЕНЬ», устойчивое изображение сигнала на экране ЭЛТ.

6. Установить кнопками переключателей «ВРЕМЯ/ДЕЛ» удобные для наблюдения размер и положение изображения сигнала на экране ЭЛТ по горизонтали.

Электронно-лучевой осциллограф является универсальным измерительным прибором. С его помощью визуально можно наблюдать и документально фиксировать периодические и импульсные сигналы. Исследуемый сигнал отображается на экране ЭО в виде светящихся линий и фигур, называемых осциллограммами. Осциллограммы представляют собой функциональную зависимость у= f(t) где: У - входная величина пропорциональная напряжению, t-время.

Электронно-лучевые осциллографы применяются также для измерения напряжения, временных интервалов и длительности, частоты и фазового сдвига и многих других физических величин. Из принципа действия электронно-лучевой трубки следует, что осциллограф является прибором, реагирующим на изменение напряжения. Следовательно, любые физические величины, которые можно преобразовывать в соответствующие изменения напряжения, могут быть исследованы с помощью Э0.

Широкое распространение ЭО обусловлено возможностью их использования в полосе частот от нуля до десятков гигагерц, в пределах входного U от долей милливольта до сотен вольт при использовании специальных делителей напряжения.

Калибраторы амплитуды и длительности служат для измерения с погрешностью (5...10%) амплитуды и частоты входного сигнала.

Для получения на экране Э0 неподвижного изображения исследуемого напряжения необходимо, чтобы частота напряжения развертки была равна или кратна частоте исследуемого сигнала f_x , то есть f_p=n·f_x где n -целое число. Это соотношение выполняется за счет изменения частоты пилообразного напряжения. Эта операция называется синхронизацией работы генератора развертки.

Для исследования коротких импульсов или импульсов, следующих друг за другом с большими и изменяющимися интервалами, применяется ждущая развертка.

Сущность ее заключается в том, что в отсутствии сигнала на входе А (Б) развертывающее напряжение не вырабатывается, генератор развертки «ждет». Поступающий на вход А (Б) исследуемый сигнал через усилитель синхронизации запускает генератор развертки, который вырабатывает одиночный пилообразный импульс, поступающий на пластины X. Синхронизация развертки и исследуемого сигнала, таким образом, происходит автоматически.

Применение электронного осциллографа