9

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Кафедра теоретичної електротехніки та електричних вимірювань

ОСНОВИ МЕТРОЛОГІЇ ТА

ЕЛЕКТРОВИМІРЮВАЛЬНА ТЕХНІКА

М е т о д и ч н і в к а з і в к и

Лабораторна робота №7

Електронний осцилограф

Вінниця , ВНТУ 2011

Мета роботи:

1. Навчитися застосовувати електронний осцилограф С1-68 для візуального спостереження за формою сигналів, вимірювання амплітуди, частоти, часових інтервалів, зсувів фаз.

1.Короткі теоретичні відомості

1.1. Побудова та принцип дії електронного осцилографа.

Сучасний осцилограф є складним електронним приладом, призначеним для дослідження форми електричних напруг та вимірювання їх параметрів. Нефахівця з електронної техніки, який використовує осцилограф у своїй роботі, не повинна лякати складність цього приладу. Для правильної експлуатації осцилографа немає необхідності знати його побудову до останньої деталі. Необхідно тільки добре розібратись в призначенні окремих вузлів (блоків) та їх взаємодії.

Одним із основних вузлів осцилографа є електронно-променева трубка (ЕПТ). Для одержання розгорнутої в часі досліджуваної напруги на екрані в ЕПТ є дві пари пластин: вертикально - та горизонтально відхилюючі пластини, позначені на рисунку 1.2.1. відповідно літерами Y-Y та X-X . Якщо на обох парах пластин напруга відсутня, то потік електронів (електронний промінь), що виробляється спеціальним пристроєм ЕПТ, буде створювати пляму, яка світитиметься в центрі екрану ЕПТ.

Якщо подати на пластину Y-Y досліджувану, а на пластину X-X напругу, яка змінюється лінійно (пилкоподібну), пляма, яка світиться, переміщується на екрані догори-донизу та направо, в результаті чого на екрані одержуємо розгорнуте в часі зображення досліджуваного сигналу.

Але для того, щоб зображення досліджуваної періодичної напруги залишалось на екрані ЕТП нерухомим, потрібно, щоб частота пилкоподібної напруги дорівнювала, або була в ціле число разів меншою від частоти досліджуваної напруги (тобто період Тр на рис 1.2.1 повинен бути рівним або в ціле число разів більший від періоду Тс).

Крім того необхідно, щоб кожний період пилкоподібної напруги розгортки починався в моменти (t1+n*Tp),де n=1,2,3…,які відповідають переходу через нуль досліджуваної напруги. Такий вид синхронізації називають внутрішньою синхронізацією. Необхідно також, щоб в момент стрибкоподібної зміни пилкоподібної наруги від додатніх до від”ємних значень електронний промінь не попав на екран осцилографа, оскільки в цьому випадку на екрані була б лінія, яку викреслює промінь при своєму рухові справа наліво. Для виконання цих умов служать схеми синхронізації та управління розгорткою.

1.2. Вимірювання амплітуди

Перед вимірюванням необхідно підготувати прилад до роботи, вибрати режим синхронізації і розгортки. Для більшості випадків використовується безперервна розгортка з синхронізацією досліджуваним сигналом.

Для одержання безперервної розгортки зручніше спочатку установити режим чекання, а потім перейти до безперервної роботи.

Для одержання розгортки чекання з синхронізацією досліджуваним сигналом необхідно установити ручку перемикача виду синхронізації в положення ”ВНУТР.”, а ручку ”РІВЕНЬ” – в одне з крайніх положень. Поставити в потрібне положення перемикач тривалостей і тумблер множника розгортки, якщо приблизно відома тривалість досліджуваного процесу. Установити перемикач ” V/см ”, ”mV/см ” в положення, при якому величина досліджуваного сигналу на екрані приладу найбільш зручна для спостереження. Подайте досліджуваний сигнал на вхід ” ”.

Обертайте ручку ”СТАБ.” Вправо до появлення зображення на екрані ЕПТ. Обертаючи цю ж ручку в зворотній бік, установіть її в положення, при якому розгортка зривається. Це положення відповідає режиму чекання. Поверніть ручку ”РІВЕНЬ” до появи стійкого зображення сигналу. Перемикачем вибору полярності синхронізації (” - , + , ~ , ¯~”) можна здійснити запуск розгортки від додатної чи від”ємної частини сигналу, установивши його в положення ”+”, або ” - ”.

Для одержання безперервної розгортки необхідно виконати ті ж самі операції, що й для роботи в режимі чекання, потрібно тільки при відсутності сигналу на вході повернути ручку ”СТАБ.” так, щоб на екрані з”явилась лінія розгортки, потім подати на вхід ” ” досліджуваний сигнал і повертати ручку ”Рівень” до одержання стійкого зображення. Якщо цього зробити не вдається, то потрібно добитись стійкого положення зображення незначним поворотом ручки ”СТАБ.”.

Для забезпечення більшої точності вимірювання рекомендується установлювати зображення як можна більшим.

Подайте на вхід ” ” досліджуваний сигнал.Ручка ”ПІДСИЛЕННЯ ” повинна знаходитися в крайньому положенні. Установіть перемикачем ” V/см , mV/см ” величину зображення в межах робочої частини екрану, але не менше 2 см. Сумістіть за допомогою ручок ” ” ” зображення сигналу з поділками шкали і відрахуйте розмір зображення по вертикалі в поділках (см, мм).

Величина досліджуваного сигналу у вольтах дорівнює добуткові виміряної величини в сантиметрах та коефіцієнта відхилення (т.б., цифрової поділки перемикача ” V/см , mV/см ” ) і значення множника ”Х1 – Х10”. При роботі з виносним подільником 1:10 одержаний результат необхідно помножити на 10. При цьому не потрібно збувати, що на екрані зображення синусоїдної напруги має подвійну амплітуду.

1.3. Вимірювання часових інтервалів

Перед вимірюванням установіть ручку ”Довготривалість” в крайнє праве положення. В цьому положенні розгортка калібрована і відповідає градуюванню розгортки перемикача ”ЧАС/см”. Установіть вимірюваний часовий інтервал в центрі екрана ручкою ” ”. Поставте перемикач ”ЧАС/см” і перемикач ”Х – Х1 – Х0.2” в таке положення, щоб вимірюваний інтервал займав довжину на екрані не менше 30 мм шкали (бажано якомога більше).

Вимірюваний часовий інтервал визначається як добуток довжини вимірюваного інтервалу часу на екрані по горизонталі в поділках шкали (см), значення коефіцієнта розгортки (цифрової відмітки перемикача тривалості розгортки) і значення множника розгортки ( ”Х1 – Х0,2” ).

1.4. Вимірювання частоти

Частоту сигналу можна визначити. Вимірявши його період (див. попередній пункт):

f = 1 / T

Якщо при вимірюванні періодичних сигналів малої тривалості проводиться вимірювання тривалості декількох його періодів, то тривалість одного періоду визначається діленням виміряного інтервалу часу на число вимірюваних періодів.

Іншим методом визначення частоти є метод порівняння невідомої частоти з відомою за фігурами Ліссажу. В цьому випадку на підсилювач вертикального відхилення (вхід ” ”) подають сигнал більшої частоти, а на підсилювач горизонтального відхилення (вхід ”Х”) – сигнал меншої частоти.

При рівності частот на екрані спостерігається нерухомий еліпс.

При кратному співвідношенні частот на екрані одержуємо складну фігуру, причому частота по вертикалі так відноситься до частоти по горизонталі, як число точок дотиків дотичної до фігури по горизонталі до числа точок дотиків дотичної до фігури вертикалі (рис. 1.1.).

Рис.1.1.

Вимірювання часових інтервалів і , отже, частоти можливе також за допомогою світлових міток, які створюються на зображенні досліджуваного сигналу за допомогою іншого (модулюючого) сигналу з більшою частотою, бажано кратною частоті досліджуваного сигналу. Сигнал більшої частоти подається на гнізда ”→ Z” та ” ┴ ”, які знаходяться на задній стінці приладу. Цим же сигналом здійснюється синхронізація розгортки для одержання нерухомих світлових міток на екрані ЕПТ. Вимірювальний інтервал визначається як добуток періоду сигналу більшої частоти на кількість міток ” h ”, які умістились на періоді сигналу меншої частоти:

= n*

1.5. Вимірювання зсувів фаз

В лабораторній роботі для одержання напруги з фазою, що змінюється, використовується фазообертач, який являє собою електричний міст із ємностей та резисторів (рис.1.2).

Рис. 1.2.

При зміні активного опору одного з плеч моста змінюється фаза вихідної напруги U2 відносно напруги U1. Напруга U1 частотою 50 Гц подається з виходу понижувального трансформатора.

При установленні перемикача вибору синхронізації в положення ”МЕРЕЖА” генератор розгортки весь час буде запускатись напругою мережі. Фазу напруги мережі, і таким чином напруги U1, можна прийняти за опорну фазу.

Тоді при зміні фази напруги U2 синусоїда на екрані осцилографа буде зміщуватися.