Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Задание по работе.

3. Структурные схемы измерительных приборов, их технические характеристики.

4. Порядок выполнении работы, необходимые расчеты и таблицы.

5. Подробные выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Объясните, почему электронные измерительные приборы перед началом работы необходимо обязательно прогреть?

2. Перечислите основные узлы источника питания и охарактеризуйте их назначение.

3. Какие напряжения постоянного тока можно получить от источника питания?

4. Можно ли регулировать напряжение постоянного тока источника питания?

5. Какие значения постоянного тока выводятся на клеммы?

24

6. Из каких основных блоков состоит милливольтметр ВЗ-38?

7. Объясните, почему измерительные приборы, как правило, выполняются многопредельными?

8. Почему на самых чувствительных пределах прибора стрелка индикатора милливольтметра при отсутствии на входе (клеммах) измеряемого напряжения не находится в нулевом положении?

9. Из каких узлов или каскадов состоит универсальный вольтметр? Поясните назначение каждого из узлов.

10. Какую роль выполняет аттенюатор в милливольтметре, а делитель в вольтметре?

11. Почему шкалы стрелочных индикаторов обычно разбиваются на 1, 10, 100 и 3, 30, 300 делений?

12. Оцените погрешность измерения переменного напряжения порядка 30 мВ на шкале 30 и 300 мВ.

13. Почему нельзя использовать один и тот же предел измерений напряжения постоянного и переменного тока в вольтметре?

14. Почему при переходе с одного предела измерений на другой предел при измерении сопротивлений необходимо градуировать прибор?

15. Назовите основные каскады и узлы низкочастотного генератора ГЗ-54, охарактеризуйте их назначение.

16. Какие основные технические параметры низкочастотного звукового генератора ГЗ – 56/1 Вы знаете?

17. Какова погрешность частоты генератора ГЗ-56/1?

18. Где находят применение низкочастотные звуковые генераторы ГЗ-56/1?

19. В каком случае показания стрелочного индикатора генератора ГЗ-56/1 будут соответствовать действующему значению выходного напряжения генератора?

20. С какой целью заземляется корпус измерительного прибора?

25

3. Лабораторная работа №2 изучение электронного осциллографа

С 1 – 68

Цель работы

Ознакомление с принципом действия электронного осциллографа и приобретение навыков проведения измерений с его помощью.

Краткие теоретические сведения

Классификация осциллографов

По назначению электронные осциллографы могут быть:

• универсальные;

• скоростные;

• стробоскопические;

• запоминающие;

• специальные.

В зависимости от схемных решений все универсальные осциллографы можно разделить на:

• одноканальные;

• многоканальные (по количеству одновременно исследуемых сигналов);

• многофункциональные;

• цифровые.

Принцип действия универсальных осциллографов

Упрощенная функциональная схема универсального осциллографа представлена на рис. 2

На ЭЛТ обозначены:

К – подогреваемый катод;

М – модулятор яркости (сетка);

- фокусирующий анод;

- анод, ускоряющий электроны до скорости необходимой для свечения люминографа.

26

Рис. 2. Упрощенная функциональная схема универсального осциллографа

Принцип работы осциллографа. Если на вход Y осциллографа подать переменное напряжение, то на экране вычертится вертикальная линия. Чтобы получить изображение исследуемого сигнала луч смещают по оси Х с равномерной скоростью с помощью генератора развертки.

Принцип развертки представлен на рис. 3 Если изображение неподвижно и каждый следующий период будет повторять траекторию предыдущего периода. При изображение будет смещаться в каждом периоде входного сигнала, т.к. начало периодов и не совпадают. При равенстве периодов и на экране получится неподвижное изображение одного периода. Если период в n раз то, получим n периодов .

27

Рис. 3. Принцип развертки осциллографа

Ч

тобы сигнал на экране ЭЛТ был неподвижным необходимо, чтобы начало и совпадала, для этого используют синхронизацию, которая может быть внутренней и внешней.

П

ри внутренней синхронизации исследуемый сигнал дифференцируется в блоке синхронизации и полученным коротким импульсом возбуждается ГР. Линия задержки задер-

28

живает исследуемый сигнал, чтобы без искажения фронта его можно было наблюдать на экране ЭЛТ (рис. 4)

Рис. 4. Принцип действия внутренней синхронизации осциллографа

При внешней синхронизации ГР запускается сигналом от внешнего устройства.

Канал вертикального отклонения предназначен для неискаженной передачи исследуемого сигнала на пластины ЭЛТ.

Входной блок состоит из:

29

• аттенюатора, ослабляющего входной сигнал, и согласующего входного сопротивления ( ) канала с волновым сопротивлением кабеля.

• входной цепи (переключающий режим входа: открытый или закрытый).

• эмиттерного повторителя, создающего большое входное сопротивление канала.

Канал горизонтального отклонения создает напряжение развертки, усиливает и (при необходимости) преобразует сигналы синхронизации, усиливает сигналы подаваемые на вход Х.

Блок синхронизации преобразует различные по амплитуде и форме сигналы синхронизации в стандартные импульсы, запускающие ГР.

ГР – вырабатывает развертывающее напряжение.

Канал управления скоростью модулирует яркость свечения и гасит обратный ход луча.

Калибраторы амплитуды и длительности представляют собой встроенные генераторы сигналов с точно установленными параметрами.

С их помощью перед измерениями устанавливают требуемые значения коэффициента развертки и коэффициента отклонения.

Основные характеристики осциллографов.

Основные параметры канала Y.

1. Коэффициент отклонения – отношение амплитуды входного сигнала к видимому отклонению луча.

.

2. Полоса пропускания - диапазон частот, в пределах которого коэффициент отклонения изменяется не более чем на 3 дт. относительно его значения на некоторой опорной частоте.

30

3. Для импульсных сигналов необходимо знать время нарастания переходной характеристики , максимальный выброс и неравномерность переходной характеристики.

Основные параметры канала Х.

Коэффициент развертки – отношение времени сигнала к отклонению луча, вызванному направлением развертки за это время.

Скорость перемещения луча по оси Х – величина обратная .

Общие параметры входов осциллографа:

1. входное сопротивление. Входное сопротивление составляет порядка 0,5 – 1 Мом;

входное сопротивление должен быть намного больше сопротивления на участке цепи, параллельно включенного ко входу осциллографа;

2. входная емкость, составляет несколько пикофарад.

Входная емкость намного меньше емкости, параллельно включенного ко входу осциллографа.

Осциллографы характеризуются и другими параметрами. Например, максимально допустимое входное напряжение, размера рабочей части экрана, потреблением мощности, габариты, масса.

Осциллографы выполняют четырех классов точности: 1, 2, 3, 4, т.е. основная погрешность измерения напряжения и временных интервалов находятся в пределах 3-10% и равна соответственно 3, 5, 10, 12% соответственно.

Основная погрешность возникает из-за:

• Входных цепей ( и );

• Узкополосности и нелинейности АЧХ усилителей;

• Нелинейность напряжения развертки;

• Явления параллакса.

31

Три основных режима работы ГР.

1. Автоколебательный – при котором развертка периодически и непрерывно запускается;

2. Ждущий – когда развертка запускается только при наличии сигнала запуска (используется для сигналов с большой скважностью);

3. Одиночного запуска – когда запуск происходит один раз с последующей блокировкой ГР.

Электронные осциллографы являются универсальными измерительными приборами, которые применяются для измерений многих электрических величин: амплитуд токов и напряжений, частот, фазовых сдвигов, длительностей импульсов, действующих значений напряжений, полных сопротивлений и других электрических и неэлектрических величин.

Осциллографы позволяют визуально наблюдать и исследовать различные изменяющиеся во времени электрические процессы, а при использовании вспомогательных устройств на экране электронно-лучевой трубки осциллографа можно воспроизводить и наблюдать амплитудные, частотные, фазовые и другие характеристики исследуемой аппаратуры, а также вольтамперные характеристики электронных приборов.

Электронные осциллографы, обладая малой инерционностью, позволяют исследовать изменяющиеся процессы в широком диапазоне частот от постоянного тока до сотен мегагерц. По реализации они представляют собой сложные электронные устройства, которые дают возможность оценить исследуемые процессы и явления не только качественно, но и количественно, причём со сравнительно высокой степенью точности

В данной лабораторной работе изучается осциллограф типа С1-68, 2 класса точности.

Основные технические характеристики:

Количество лучей(каналов) ЭЛТ - однолучевой

Диапазон измеряемых напряжений 2 мВ – 200 В

Диапазон измеряемых интервалов времени 2 мкс – 16 с

32

Полоса пропускания 0 – 1 МГц

Время нарастания ПХ 350 нс

Погрешность измерения амплитуды сигнала не более 5 %

Погрешность измерения интервалов времени не более 5%

Ширина линии луча 0,7 мм

Рабочая площадь экрана по горизонтали 80 мм

Рабочая площадь экрана по вертикали 60 мм

Питание 220 В, 50 Гц; 115 В, 400 Гц

Потребляемая мощность 40 В*А

Диапазон рабочих температур -10... +50 ° С

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА Y:

Чувствительность канала 1 мВ/дел – 5 В/дел

Входное сопротивление канала 1 Мом

Входная емкость канала 50 пФ

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА X:

Длительность развертки минимальная 2 мкс/дел

Длительность развертки максимальная2 сек/дел

Амплитуда сигналов внешней синхронизации 0,5 – 50 В

Диапазон частот внешней синхронизации 1 Гц – 1 МГц

Входное сопротивление внешней синхронизации 50 Ком

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА Z:

Диапазон частот канала 20 Гц – 0,2 МГц

Диапазон входных напряжений 20 – 50 В

Входное сопротивление канала 10 Ком

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА КАЛИБРОВКИ:

Частота сигнала калибровки меандр 2 КГц

Напряжение сигнала калибровки 0,1 или 1 В

Масса осциллографа 10 кг

Габариты 274х206х440 мм

Назначение органов управления.

Органы управления и присоединения, расположенные на передней панели осциллографа, условно можно разбить на четыре функциональные группы (разделены линиями чёрного цвета).

33

Органы управления ЭЛТ (сеть, яркость, фокус, астигматизм, освещение).

Органы управления трактом вертикального отклонения луча (усилитель у).

Органы управления развёрткой (развёртка).

Органы управления синхронизацией (синхронизация).

Назначение органов управления первой группы не требует пояснений. Ниже поясняется назначение отдельных органов управления остальных групп.

Усилитель У.

Гнездо →) 1МΩ предназначено для подачи исследуемого сигнала на вход усилителя вертикального отклонения луча. Для подключения исследуемого сигнала в комплект прибора входят соединительные кабели и выносной делитель напряжения.

При необходимости увеличения входного сопротивления прибора и уменьшения входной ёмкости следует использовать выносной делитель во всех случаях при исследовании сигнала с амплитудой от 0.1 до 300 В.

Ручка переключателя ~, = служит для выбора открытого или закрытого входа усилителя, т. е. вида связи канала вертикального отклонения с источником исследуемого сигнала. В положении = связь с источником сигнала осуществляется по постоянному и переменному току. Этот режим может быть использован в подавляющем большинстве случаев. Однако если постоянная составляющая сигнала намного больше переменной, то целесообразно выбирать связь с усилителем вертикального отклонения по переменному току ~. Большая ручка переключателя V/cm и mV/cm служит для переключения входного аттенюатора, т. е. позволяет подобрать величину входного сигнала удобного для наблюдения.

Малая ручка переключателя УСИЛЕНИЕ предназначена для плавной регулировки чувствительности усилителя.

При измерениях амплитуды малая ручка УСИЛЕНИЕ

34

должна находиться в крайне правом положении КАЛИБР. (есть механическая фиксация).

Тумблер х1 и х10 служит для переключения чувствительности усилителя.

Ручка ↕ перемещает луч по вертикали.

Ручка БАЛАНСИР балансирует усилитель, а переключателем обозначенным ♦, калибруют его чувствительность.

Развёртка.

Органы управления развёрткой имеют следующее предназначение:

- гнездо →)Х для подачи внешнего сигнала на вход Х

- переключатель →)Х, х1, х0.2 – для пятикратного растяжения и подключения входа Х

- большая ручка сдвоенного переключателя ВРЕМЯ/СМ и малая ручка ДЛИТЕЛЬНОСТЬ для регулировки длительности развёртки.

Во избежание порчи переключателя ВРЕМЯ/СМ в момент переключения его следует прижимать слабым нажатием к передней панели.

При измерениях временных параметров малая ручка ДЛИТЕЛЬНОСТЬ должна находиться в крайне правом положении (есть механическая фиксация).

СИНХРОНИЗАЦИЯ

Переключатель + = -, + ~ -, устанавливает полярность сигнала запуска при открытом или закрытом входе синхронизации.

Переключатель СЕТЬ, ВНУТР., ВНЕШ. 1:1, 1:10 обеспечивает выбор вида синхронизации, в случае использования внешней синхронизации с делителем и без него.

Ручка УРОВЕНЬ служит для выбора уровня синхронизации.

Ручка СТАБ. предназначена для выбора режима генератора развёртки: ждущий, автоколебательный. Через гнедо →)ВНЕШ осуществляется подключение внешнего сигнала синхронизации.

35

Кроме того, на переднюю панель выведено гнездо калибратора Ω2 kHz, а также зажим ┴.

Органы управления, расположенные на боковых стенках прибора для исследования электронных схем применяются редко.

Подготовка к измерениям

Перед подключением прибора к источнику питания заземлите корпус прибора путём соединения зажима I с шиной защитного заземления.

Установите органы управления в следующие положения:

Ручки ЯРКОСТЬ и ФОКУС - в среднее, переключатель входа в положение =, УСИЛЕНИЕ в крайне правое, тумблер х10, х1 – в положение х10, ручки ↕, ↔ - в среднее, тумблер СЕТЬ – выключено, тумблер →)Х, х1, х0.2 – в положение х1, ручки ДЛИТЕЛЬНОСТЬ и СТАБ. в крайне правое положение, ручку УРОВЕНЬ – в среднее, переключатель вида полярности синхронизации + = -, + ~ - в положение + ~ -, переключатель вида синхронизации в положение ВНУТР.

Включите осциллограф в сеть питания. После разогрева прибора в течение 2-3 мин. на экране появится линия развёртки, далее следует отрегулировать яркость луча.

Во избежание прогорания экрана луч (световое пятно) не следует оставлять долго на одном месте, также необходимо работать при возможно меньших яркостях.

Далее отрегулируйте фокусировку так чтобы ширина луча была, возможно, меньшей. Ручками ↕, ↔ установите луч по центру экрана.

После этого можно приступать к проведению необходимых измерений в электронных схемах.

Проведение наблюдений и измерений

Для наблюдения исследуемого сигнала и измерения его основных параметров, таких как частота, амплитуда необходимо, прежде всего, установить устойчивое изображение на экране осциллографа. Это обеспечивается соответствующими режимами развёртки и синхронизации.

36

Ждущая и непрерывная развёртка с синхронизацией исследуемым сигналом.

Исследуемый сигнал подаётся на гнездо →) 1MΩ 50ρF.

Переключатель вида синхронизации устанавливается в положении ВНУТР., а ручка УРОВЕНЬ в одно из крайних положений.

Далее вращайте ручку СТАБ. вправо до появления изображения на экране ЭЛТ. Вращая эту же ручку в обратном направлении, установите её в положение, при котором развёртка срывается. Это положение соответствует ждущему режиму работы. Поверните ручку УРОВЕНЬ до положения, при котором появляется устойчивое изображение.

Переключателем выбора полярности синхронизации можно осуществить запуск развёртки от положительной или отрицательной части сигнала, установите его в положение + или – соответственно.

При устойчивом изображении сигнала на экране, переключатели mV/cm и V/cm и ВРЕМЯ/СМ установите в такое положение, чтобы удобно было наблюдать величину и длительность исследуемого сигнала. Непрерывная развёртка обеспечивается при положении ручки СТАБ в крайне правом положении. При этом на экране появляется линия развёртки. Вращением ручки УРОВЕНЬ получите устойчивое изображение. Если это сделать не удается, добейтесь устойчивого положения незначительным поворотом ручки СТАБ.

Синхронизация от внешнего источника

При синхронизации от внешнего источника переключатель вида синхронизации ставится в положение ВНЕШ. 1:1 или 1:10 в зависимости от амплитуды внешнего синхронизирующего сигнала.

На гнездо →) ВНЕШ. подается синхронизирующий сигнал, затем ручками СТАБ и УРОВЕНЬ и переключателем полярности синхронизации добейтесь устойчивого положения теми же манипуляциями как было указано выше.

37

В тех случаях, когда для горизонтального отклонения луча, необходимо не пилообразное напряжение, а сигнал другой формы, например, синусоидальный, применяется развёртка от внешнего источника. При этом развёртывающее напряжение от внешнего источника подаётся на вход →) Х, а переключатель Х, х1, х0.2 устанавливается в положение →) Х.

Применяется такой вид развёртки при исследовании амплитудных характеристик различных устройств, при определении частоты исследуемого сигнала по фигурам Лиссажу.

Измерение временных интервалов

Исследуемый сигнал подается на гнездо →) 1MΩ 50ρF и устанавливается устойчивое положение на экране. Малая ручка ДЛИТЕЛЬНОСТЬ должна находиться при этом в крайне правом положении. Переключатель ВРЕМЯ/СМ необходимо установить в такое положение, чтобы измеряемый интервал (например, период Т) занимал длину на экране не менее 30 мм. шкалы. Ручкой ↕ переместите изображение так, чтобы точки, между которыми измеряется время, находились на центральной горизонтальной линии. Измерьте расстояние между точками. Это расстояние между точками нужно умножить на коэффициент развёртки (соответствующее положение переключателя ВРЕМЯ /СМ) и положение переключателя х1, х0.2.

Измерение частоты

Для измерения исследуемого сигнала определите длительность его периода как указано выше. Частоту сигнала рассчитайте по формуле f = 1/T.

Измерение амплитуды

С помощью осциллографа можно измерить амплитудное значение переменного напряжения и постоянное напряжение. Исследуемый сигнал подаётся на гнездо →) 1MΩ 50ρF, малая ручка УСИЛЕНИЕ ставится в крайне правое положение КАЛИБР. изображение на экране синхронизируется. Переключателем V/cm и mV/cm устанавливается величина изображения в пределах рабочей зоны экрана, но не менее 20 мм. При помощи ручек ↕, ↔ изображение сигнала совмещается с делениями

38

шкалы и отсчитывается его размер по центральной вертикали.

Величина исследуемого сигнала в вольтах равна произведению измеренной величины (в см.) на коэффициент отклонения (по положению переключателя V/cm и mV/cm) и на значение множителя х1, х10. При работе с выносным делителем полученный результат умножается на 10.

Уровень постоянного напряжения измеряют при непрерывной развёртке, при этом линию развёртки устанавливают ниже (или выше в зависимости от полярности сигнала относительно корпуса) центральной горизонтали или другой контрольной линии. После установки контрольной лини перемещать её ручкой ↕ не следует.

Далее отсчитывают размер по центральной вертикали и определяют амплитуду постоянного напряжения аналогично вышеуказанному.