Измерение электрических величин с помощью осциллографа

Цель работы: изучить принцип действия и получить практические навыки работы с электронно-лучевым осциллографом, измерить параметры синусоидального и импульсного сигнала, провести компьютерную обработку полученных результатов.

Краткая теория

Электронно-лучевым осциллографом (ЭЛО) называется измерительный прибор, предназначенный для визуального наблюдения формы электрических сигналов и измерения их параметров с помощью электронно-лучевой трубки.

ЭЛО  наиболее распространенные измерительные приборы. Их широкое распространение объясняется рядом достоинств:

• широкой полосой рабочих частот,

• высокой чувствительностью,

• большим входным сопротивлением,

• универсальностью по видам измерений.

К недостаткам осциллографа можно отнести сравнительно низкую точность измерений.

Рассмотрим устройство и работу осциллографа С1-73.

Осциллограф универсальный С1-73 предназначен для изучения электрических сигналов в диапазоне частот 0....5 Мгц путем визуального наблюдения и измерения их амплитуд в диапазоне 0,02 ...120 В и с выносным делителем 1:10 до 350 В, а также временных интервалов в диапазоне 0,210^-6 ...0,5 с.

Основные блоки осциллографа

Осциллограф С1-73 (рис. 1) состоит из:

• электронно-лучевой трубки (ЭЛТ),

• канала вертикального отклонения,

• канала горизонтального отклонения,

• источника питания,

• калибратора амплитуды и длительности.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ)  основной узел осциллографа, который образует исследуемый сигнал в видимое перемещение светового пятна на экране.

Электронный прожектор (катод косвенного канала) создает пучок электронов, которые летят к экрану под действием сильного электри-

ческого поля между катодом К и анодом А и вызывают его флуоресценцию (свечение). Катод Е окружен модулирующим электродом М, который концентрирует луч к оси трубки и регулирует его интенсивность (ручка “Яркость”). Затем электронный пучок сжимается в тонкий луч при помощи фокусирующей системы (ручка “Фокус”) и пролетает между пластинами вертикального отклонения Y и пластинками горизонтального отклонения X, и, если между ними есть разность потенциалов (U_y, U_x), луч отклоняется по оси X или оси Y.

Основной характеристикой ЭЛТ является чувствительность S ^ЭЛТ  отношение отклонения луча на экране трубки h к величине напряжения U, вызвавшего это отклонение:

S ^ЭЛТ = h / U мм/В или дел/В. (1)

Если S ^ЭЛТ  чувствительность ЭЛТ по каналу x, то h_x  отклонение луча на экране в горизонтальном направлении, U_x  напряжение, приложенное к пластинам горизонтального отклонения. Аналогично и для S_y ^ЭЛТ  чувствительности ЭЛТ по каналу Y.

Чувствительность зависит от геометрических размеров отклоняющих пластин X или Y и анодного напряжения U_a и равна (0,1 ...0,4 мм/В).

Канал вертикального отклонения Y (канал сигнала) служит для преобразования напряжения исследуемого сигнала U_y, подаваемого на вход, в соответствующее ему вертикальное отклонение луча h_y .Он состоит из (рис. 1) входного устройства, усилителя y вертикального отклонения (ручка “ V/дел” и “Усиление”) и отклоняющих пластин ЭЛТ.

На выходе усилителя Y создается напряжение U_y (подаваемое на пластины Y ЭЛТ), пропорциональное входному сигналу U_y и измеряемое в широком диапазоне (с помощью ручки “ V/дел” и “Усиление”). Это обеспечивает сравнительно высокую чувствительность канала Y-S_y при сравнительно низкой чувствительности ЭЛТ  S_y ^ЭЛТ.

Тогда чувствительность канала Y-S_y  отношение напряжения подаваемого на вход Y-U_y отклонению луча h_y на вход Y-U_y к отклонению луча h_y на экране ЭЛТ:

S_y = h_y / U_y дел/В. (2)

Величина, обратная чувствительности  коэффициент отклонения канала V-K_y, устанавливается переключателем “ V/дел” и соответствует величине, указываемой этим переключателем

K_y = U_y / h_y В / дел. (3)

Канал горизонтального отклонения X (канал развертки и синхронизации) состоит их входного устройства, усилителя горизонтального отклонения (ручка “ Длит.”), генератора развертки, канала синхронизации (ручки “Синхронизация”, “Уровень”).

Г енератор развертки вырабатывает линейно изменяющееся во времени напряжение U_x = kt, которое через усилитель X поступает на платины X ЭЛТ в виде U_x и вызывает развертку исследуемого напряжения U_y во времени.

К алибратор амплитуды и длительности (гнезда “ 1В 1 кГц”) предназначен для калибровки чувствительности S_y канала Y путем подачи стандартного переменного напряжения амплитуды 1В на вход Y (калибровка амплитуды) и длительности развертки путем подачи импульсов напряжения со стандартной частотой 1 кГц на регулятор ЭЛТ.

Осциллограф С1-73 может работать:

1. В режиме развертки, когда исследуемое напряжение U_y, подаваемое на вход Y, отображается на экране ЭЛТ в виде функции времени U_y(t) (переключатель “Развертка” в положение “”).

2 . В режиме выключенной развертки, когда исследуемое напряжение U_y, подаваемое на вход Y, отображается на экране (переключатель “Разверт.” в положение “ X”) ЭЛТ виде функции напряжения U_x.