Министерство образования и науки РФ
ФГБОУ ВО ТГТУ
Кафедра: “Радиотехника”
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Изучение электронно-лучевого осциллографа.
Преподаватель__________________________Панасюк Ю.Н.
Подпись,дата
Студент _______________________________Плотников Д.Г.
Подпись,дата Мельников Е.С.
Кулешов И.В.
Учебная группа БРТ-21
Тамбов 2017
1. Цель работы
Изучить конструкцию и порядок работы с электронно-лучевым осциллографом.
2. Содержание занятия
1. Назначение органов управления, принцип работы универсального двухканального электронно-лучевого осциллографа.
2. Порядок работы с универсальным двухканальным электронно-лучевым осциллографом.
3. Основные теоретические сведения
3.1. Универсальный двухканальный электронно-лучевой осциллограф GOS-620 (GOS-620FG)
3.1.1. Назначение. Осциллограф GOS-620 (GOS-620FG) предназначен для исследования формы электрических сигналов путем визуального наблюдения и измерения их параметров на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Электронно-лучевая трубка представляет собой электровакуумный прибор с двумя лучами, с помощью которых на экране, покрытом люминофором, получается изображение исследуемых сигналов.
3.1.2. Структурная схема универсального двухканального осциллографа.
Основными устройствами осциллографа являются электроннолучевая трубка (ЭЛТ) с устройством ускорения и фокусировки электронов, каналы вертикального (Y) и горизонтального (X) отклонений луча, блок синхронизации и запуска, канал модуляции луча по яркости (Z) и калибратор. Органы управления этих блоков на передней панели осциллографа обычно объединяют в группы (рис.1), что упрощает регулировку и управление прибором.
В осциллографе применена ЭЛТ с электростатическим формированием и отклонением луча. Такая трубка содержит две пары пластин для отклонения электронного луча по вертикали и горизонтали, ускоряющие и фокусирующие электроды, модулятор для управления плотностью луча (а, следовательно, и яркостью изображения) и катод с подогревателем. Изображение сигнала образуется на плоском экране с люминесцентным покрытием. Цвет свечения экрана - желто-зеленый. Непосредственно на экран ЭЛТ наносят шкалу (прямоугольную сетку), обычно 8 х 10 делений. В пределах шкалы гарантируются основные метрологические параметры осциллографа (погрешности измерения напряжения и временных интервалов). Масштаб изображения по вертикали и горизонтали задается относительно деления этой шкалы.
Рис.1. Структурная схема осциллографа
Каналы Y1 и Y2 служат для усиления исследуемых сигналов. Они включают входные устройства, калиброванный аттенюатор, предварительные усилители, диодные ключи, линию задержки и оконечный усилитель. Входное устройство представляет собой коммутируемый разделительный конденсатор, позволяющий при необходимости убрать постоянную составляющую сигнала ("закрытый вход"). Калиброванный аттенюатор и предварительный усилитель обеспечивают регулировку и усиление исследуемого сигнала. В усилителе предусматривают возможность плавной регулировки коэффициента передачи (высоты изображения) и смещения изображения по вертикали. Сигналы на оконечный каскад и ЭЛТ подают через электронный коммутатор каналов (диодные ключи). В этом случае обеспечивается как независимое наблюдение сигналов в канале 1 и 2, так и суммирования (вычитание) сигналов. В режиме коммутации (подключается коммутатор) переключение каналов с большой частотой (100кГц) позволяет создать на экране изображение двух сигналов. Используеся поочередный режим переключения, при котором на один ход развертки создается изображение одного из сигналов, на другой – второй сигнал. Линия задержки обеспечивает небольшой временной сдвиг сигнала, подаваемого на отклоняющие пластины Y, относительно начала развертки. Это позволяет сохранить на осциллограмме передний фронт исследуемого импульса при запуске генератора развертки от входных сигналов (внутренняя синхронизация и запуск). Оконечный усилитель канала Y увеличивает амплитуду сигнала до значения необходимого для отклонения луча в пределах рабочей части экрана. Кроме того, малое выходное сопротивление усилителя позволяет уменьшить частотную зависимость канала на верхних частотах, возникающую из-за паразитной емкости отклоняющих пластин. Оконечный усилитель имеет симметричный выход, что также уменьшает искажения осциллограммы.
Рис. 2. Пилообразное напряжение непрерывной развертки
Оно имеет участок прямого хода развертки tпр, участок обратного хода tобр и некоторый интервал блокировки tбл , дополняющий до периода Tр.
.
(1)
Длительность прямого хода определяет временной масштаб осциллограммы по оси Х и приближенно равна цене деления (коэффициенту развертки), умноженному на 10 делений всей шкалы. Время обратного хода стараются делать минимальным. Время блокировки возникает в случае, когда при синхронизации генератора его период становится кратен или равен периоду входного сигнала и не равен сумме времен прямого и обратного хода.
Обычно генератор развертки имеет три режима работы: автоколебательный (непрерывный), ждущий и однократный. Ждущий режим применяется для исследования непериодических сигналов и импульсов большой скважности, однократный – для фотографирования неповторяющихся одиночных процессов. В ряде случаев (при измерении частоты, фазового сдвига и пр.) генератор развертки отключают, а на оконечный усилитель канала X подают сигналы от внешнего источника развертывающего напряжения (Х-У режим).
Оконечный усилитель канала X выполняет те же функции, что и усилитель канала У. Он используется в режиме X-Y для усиления входного сигнала при отключенной развертке. Для получения более крупного масштаба осциллограммы используют режим растяжки изображения по горизонтали. При этом масштаб меняют не регулировкой генератора развертки, а дискретным (обычно в 10 раз) увеличением коэффициента передачи оконечного усилителя канала X.
Устройство синхронизации и запуска (УСЗ) обеспечивает получение неподвижного изображения на экране. Это устройство вырабатывает импульсы синхронизации( запуска), которые привязываются к одной и той же характерной точке сигнала (например, фронт, срез импульса и др.). Для периодических сигналов устройство синхронизации вырабатывает импульсы с периодом, равным периоду входного сигнала. В автоколебательном режиме работы генератора развертки эти импульсы воздействуют на генератор развертки, синхронизируя его с исследуемым сигналом и обеспечивая тем самым неподвижность осциллограммы. В ждущем режиме УСЗ вырабатывает импульсы, запускающие генератор развертки. При этом напряжение развертки вырабатывается только при наличии на входе осциллографа исследуемого сигнала. В УСЗ используют ручную или автоматическую регулировку уровня срабатывания, по которому вырабатывается сигнал синхронизации или запуска. Кроме этого, применяют переключение полярности синхронизации - это позволяет выбрать точку образования импульса запуска на фронте (нарастании) или на срезе (убывании) сигнала. Предусматривают также режимы синхронизации от специальных видов сигналов – например, от напряжения питающей сети 50 Гц или от телевизионных сигналов (выделение синхроимпульсов по кадрам или строкам).
Калибратор служит для установки определенных масштабных коэффициентов по горизонтали и вертикали и представляет собой генератор эталонного сигнала. Для калибровки обычно используют прямоугольные импульсы с известными амплитудой и частотой.
3.1.3 Принцип действия осциллографа и режимы его работы. Универсальный осциллограф используется как для визуального анализа осциллограмм, так и для измерения параметров исследуемых сигналов. С помощью осциллографа прямым способом измеряют напряжение и временные интервалы. Косвенные способы позволяют использовать осциллограф для измерения частоты, тока, фазового сдвига, сопротивления, АЧХ и пр.
Визуальный анализ осциллограмм - начальный этап использования осциллографа. Для исследования сигнала необходимо получить на экране ЭЛТ четкую неподвижную осциллограмму в удобных для наблюдения масштабах по осям X и Y. Четкость изображения обеспечивают регулировкой яркости, фокусировки и астигматизма луча. Неподвижности изображения в автоколебательном режиме работы канала Х достигают синхронизацией генератора развертки от исследуемого сигнала (внутренняя синхронизация) или от специальных синхроимпульсов (внешняя синхронизация). При этом должно обеспечиваться равенство или кратность периода развертки Тр периоду входного сигнала Тс (рис. 3, а, б).
Рис. 3. Напряжения непрерывной развертки и осциллограммы сигналов
В случае нарушения кратности изображение перемещается по экрану ("бежит"). Для выполнения условия неподвижности изображения регулируют значение сигнала синхронизации, подаваемого на генератор развертки (эта регулировка обычно обозначается УРОВЕНЬ).
При исследовании импульсных сигналов с большой скважностью (напомним, что скважность – это отношение периода сигнала к его длительности) для получения удобного масштаба по оси X необходимо устанавливать период развертки меньше периода сигнала. Это приводит к многократным проходам луча по линии нулевого уровня (рис. 4, а); яркость ее может существенно превышать яркость изображения импульса, что затрудняет анализ осциллограммы. В этом случае используют ждущий режим работы генератора развертки. Генератор запускается только при наличии на входе исследуемого импульса или внешнего импульса запуска. При этом ликвидируются проходы луча по линии нулевого уровня, яркость осциллограммы становится однородной (рис. 4, б). Этот режим незаменим для исследования непериодических повторяющихся сигналов, где синхронизация невозможна.
Рис. 4. Напряжения ждущей развертки
В случае необходимости укрупнения масштаба по оси Х без нарушения режима синхронизации используют растяжку изображения в усилителе Х (рис. 5).
Рис.
5. Растяжка осциллограммы по горизонтали
Дискретно увеличивают коэффициент передачи оконечного усилителя (обычно в 10 раз), что приводит к растяжению осциллограммы по оси Х. Большую часть прямого хода луч на экране будет отсутствовать. Видимая часть осциллограммы при этом соответствует «временному окну», которое можно перемещать по оси Х регулировкой горизонтального положения луча. Важно, что при этом режимы генератора развертки и синхронизации не меняются и условие неподвижности изображения сохраняется. Режим растяжки имеет и недостатки – уменьшается яркость осциллограммы и возрастают искажения, связанные с нелинейностью напряжения развертки. Поэтому данный режим работы канала Х является дополнительным.
Измерение напряжений с помощью осциллографа производят методом калиброванных шкал. Перед измерениями осциллограф должен быть откалиброван по вертикали, для чего на вход Y подают сигнал калибратора с известными параметрами. Обычно используют сигнал прямоугольной формы (меандр) с точно известной амплитудой. Плавной регулировкой усиления канала Y добиваются соответствия вертикального размера изображения калибрационного сигнала установленному коэффициенту отклонения осциллографа. Значение коэффициентов отклонения нанесены на шкалу калиброванного аттенюатора, плавная регулировка усиления в канале Y при этом не используется (ручка ПЛАВНО должна находиться в крайне правом фиксированном положении).
При измерениях желательно выбирать коэффициент отклонения так, чтобы размер изображения составлял 80.. 90 % от высоты шкалы осциллографа. При этом погрешность измерений минимальна. Для измерения определяют интересующий размер изображения по вертикали в делениях шкалы. Умножив число делений на установленный коэффициент отклонения, получают искомое значение напряжения.
Точность измерения напряжения методом калиброванных шкал определяется погрешностью установки коэффициента отклонения, погрешностью калибровки, конечными размерами светового пятна и дискретностью шкалы, нелинейностью масштаба по вертикали.
Измерение временных интервалов проводят также методом калиброванных шкал. Методика измерения подобна описанной ранее, но калибровку осциллографа по оси X производят плавной подстройкой длительности прямого хода развертки по образцовому сигналу с известным периодом. Измеренный интервал (в делениях шкалы) умножают на коэффициент развертки Кр. При использовании растяжки его необходимо домножить на коэффициент растяжки (обычно 0,1).
Точность измерения временных интервалов методом калиброванных шкал определяется погрешностью установки коэффициента развертки, погрешностью калибровки, конечными размерами светового пятна и дискретностью шкалы, нелинейностью развертки.
3.1.4. Технические данные Тракт вертикального отклонения
1. Коэффициенты отклонения каждого из каналов вертикального отклонения имеют значения от 5 мВ/дел до 5 В/дел в последовательности 1; 2; 5 с перекрытием не менее чем 2,5 раза. И от 1 мВ/дел до 1 В/дел при усилении в 5 раз.
3. Полоса пропускания осциллографа при непосредственном входе для коэффициентов отклонения от 5В/дел/дел до 5 В/дел составляет 20 МГц при выключенном усилении в 5 раз.
4. Полоса пропускания осциллографа при непосредственном входе при включенном усилении в 5 раз составляет 7 МГц. При подключении делителя 1:10, из комплекта осциллографа, в положении 1:1 полоса пропускания осциллографа составляет 6 МГц во всех положениях переключателя В/дел, в положении делителя 1:10, полоса пропускания осциллографа составляет для коэффициентов отклонения составляет 20 МГц при выключенном усилении и 7 МГц при включенном усилении в 5 раз.
5. Время нарастания переходной характеристики (ПХ) каждого из каналов вертикального отклонения при непосредственном входе составляют не более 17,5 нс для коэффициентов отклонения от 5 мВ/дел до 5 В/дел при выключенном усилении и 50 нс при включенном усилении.
6. Параметры входов каждого из каналов усилителя:
При непосредственном входе – активное сопротивление 1 МОм ± 2 %,
входная емкость…25+2 пФ.
С делителем 1:10 - активное сопротивление 10 МОм + 2 %, входная емкость..23+2 пФ.
В положении делителя 1:1 – полоса пропускания 6 МГц, активное сопротивление 1 МОм ± 2 %,
входная емкость 128+2 пФ.
7. Осциллограф обеспечивает следующие режимы связи входного усилителя:
закрытый вход (АС) - обеспечивает прохождение сигналов на вход усилителя вертикального отклонения с частотой более 10 Гц;
открытый вход (DC) обеспечивает прохождение сигналов на вход усилителя вертикального отклонения во всей полосе частот, включая постоянную составляющую;
вход усилителя закорочен на корпус (GND), входной сигнал не поступает на вход усилителя и физически отключен от входа усилителя.
8. Осциллограф обеспечивает следующие режимы работы усилителя:
Наблюдение сигналов по каналам 1,2, 1 и 2. При наблюдении сигнала по каналам 1 и 2, возможна работа в режиме поочередно или попеременно. Частота переключения коммутатора в режиме попеременно составляет примерно 250 кГц.
Суммы 1+2 при открытых и закрытых входах каналов 1 и 2.
Инвертирование сигнала в канале 2.
Допускаемое суммарное значение постоянного и переменного напряжения на входе каждого из каналов усилителя:
на входе каждого из каналов усилителя……не более 400 В,
с делителем 1:10 ……………………………..не более 600 В.
При этом частота переменного напряжение не должна превышать значения 1 кГц.
9. Коэффициент ослабления синфазных сигналов составляет не менее 50:1 для синусоидального сигнала 50 кГц. при равной чувствительности канала 1 и канала 2.
10. Коэффициент развяжи между каналами не менее 1000 при частоте входного сигнала 50 кГц и не менее 30 при частоте входного сигнала 20 МГц, в положении В/дел 5 мВ/дел.
11. Осциллограф имеет дополнительный выход канала 1 на задней панели с крутизной, приблизительно, 20мВ/дел и 50 мВ/дел при выходном сопротивлении 50 Ом.
Тракт горизонтального отклонения
1. Коэффициент развертки осциллографа имеет значения от 0,2 мкс/дел до 0,5 сек/дел, в последовательности и 1;2;5. Осциллограф обеспечивает растяжку развертки в 10 (до 100 нс/дел). Предел допускаемого значения основной погрешности коэффициентов развертки составляет:
±3 % при выключенной растяжке;
±5 % при включенной растяжке, за исключением значений 20 нс/дел и 50 нс/дел;
не калиброванное значение для 20 нс/дел и 50 нс/дел
2. Осциллограф обеспечивает плавную регулировку коэффициентов развертки с перекрытием не менее чем в 2,5 раза.
3. Развертка и синхронизация.
Осциллограф обеспечивает следующие режимы запуска развертки:
автоматический, с ручной установкой уровня синхронизации, для сигналов с частотой не менее 40 Гц;
ждущий, TV-H - синхронизация по строкам,
TV-V - синхронизация по кадрам.
Осциллограф обеспечивает следующие режимы синхронизации:
синхронизацию сигналом в канале 1 (канале 2), в одноканальном режиме,
синхронизацию сигналом в канале 1 (канале 2), в двухканальном режиме и режиме суммирования входных сигналов,
синхронизацию сигналом поочередно в канале 1 и канале 2, в двухканальном режиме и режиме суммирования входных сигналов,
синхронизацию от сети,
синхронизацию от внешнего источника.
Осциллограф обеспечивает изменение полярности сигнала синхронизации.
Внутренняя синхронизация обеспечивается при следующих уровнях входного сигнала:
В диапазоне частот входного сигнала 20 Гц ... 2 МГц - не менее 0,5 дел,
В диапазоне частот входного сигнала 2 МГц ... 20 МГц - 1,5 дел,
ТВ сигналом, при амплитуде импульса синхронизации - не менее 1 В,
Внешняя синхронизация обеспечивается при следующих уровнях входного сигнала:
В диапазоне частот входного сигнала 20 Гц ... 2 МГц -200 мВ
В диапазоне частот входного сигнала 2 МГц ... 20 МГц - 800 мВ
Параметры входа внешней синхронизации:
активное сопротивление -1 МОм ± 2 %,входная емкость - 25+2 пФ
Допускаемое суммарное значение постоянного и переменного напряжения на входе внешней синхронизации не более 300 В, при этом частота переменного напряжение не должна превышать значения 1 кГц.
X-Y вход
1. Осциллограф обеспечивает режим работы X-Y входа.
2. При этом входом оси X является сигнал, подаваемый на вход канала 1, а входом оси Y является сигнал, подаваемый на вход канала 2.
3. Ширина полосы пропускания составляет 0...500 кГц.
4. Фазовый сдвиг - ± 3° на частоте 50 кГц.
Z вход
1. Осциллограф обеспечивает яркостную модуляцию входного сигнала (режим работы 2-вход).
2. Чувствительность входа Z составляет 5 В, яркость свечения увеличивается при подаче отрицательного напряжения.
3. Полоса пропускания в этом режиме составляет 2 МГц.
4. Допускаемое суммарное значение постоянного и переменного напряжения на входе внешней синхронизации не более 30 В, при этом частота переменного напряжение не должна превышать значения 1 кГц.
5. Активное сопротивление входа внешней модуляции яркости составляет не менее 47 кОм ± 2 %.
Параметры калибратора
(предназначен только для калибровки делителей 1:10)
Форма сигнала..............импульсный сигнал положительной полярности,
Частота ……………….(1±0,02) кГц,
Отношение……………в пределах 48 : 52,
Амплитуда……………(2±0,04) В,
Выходное сопротивление………….≈ 1 кОм.
ЭЛТ
Тип..........................................6-дюймовый прямоугольная с внутренней
шкалой,
Напряжение
ускорения анода…………….≈ 2 кВ,
Рабочая часть экрана………. 8×10 дел (1 дел = 10 мм),
Шкала………………………..внутренняя,
Поворот луча………………..обеспечивается.
Общие параметры
1. Прибор обеспечивает свои технические характеристики в пределах норм после времени прогрева, равного 15 минутам.
2. Параметры прибора соответствуют техническим характеристикам при питании от сети, напряжением 115 или 230 В ±15% частотой 50±0,5 Гц или 60±0,5 Гц с содержанием гармоник до 5%.
4. Прибор допускает непрерывную работу в рабочих условиях эксплуатации в течение 8 часов.
5. Общая относительная погрешность прибора составляет 3...5 %.
3.1.5. Условия эксплуатации
1. Установка яркости свечения ЭЛТ
Никогда не оставляйте статичную точку с высокой яркостью неподвижной на экране в течение больше чем нескольких секунд. В этом месте люминофор экрана может быть поврежден.
2. Предельные входные напряжения. Не подавайте напряжения выше, чем указанные в табл. 1.
Таблица 1. Предельные входные напряжения
Вход |
Максимальное входное напряжение |
СП1,СП2-вход |
300 В (DC + AC пик) |
ЕХТ-вход |
300 В (DC + AC пик) |
Делитель 1:10 |
600 В (DC + AC пик) |
Z-вход |
30 В (DC + AC пик) |
Максимальные входные напряжения должны иметь частоты не более 1 кГц |
|
3.1.5. Органы управления осциллографом
Перевод обозначений органов управления приведен в табл. 2.
Таблица 2. Перевод обозначений органов управления осциллографа
-
POWER
СЕТЬ (5)
INTEN
ЯРКОСТЬ (2)
TRACE
ЛУЧ
TRACE ROTATION
ПОВОРОТ ЛУЧА (4)
FOCUS
ФОКУС (3)
ILLUM
ПОДСВЕТКА
CAL
КАЛИБРАТОР
VERTICAL POSITION
ПОЛОЖЕНИЕ ПО ВЕРТИКАЛИ
VOLTS/DIV
ВОЛЬТ/ДЕЛ (7,22)
VAR
ПЛАВНО
PULLx5MAG
ТЯНУТЬ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ В 5 РАЗ
CHI CH2
КАНАЛ1 КАНАЛ2 (8,20)
AC/DC
ПОСТОЯННЫЙ/ПЕРЕМЕННЫЙ (10,18)
GND
ЗЕМЛЯ
ALT/CHOP/ADD
ПОПЕРЕМЕННО/ПООЧЕРЕДНО/СУММА
INV
ИНВЕРСИЯ (16)
HORIZONTAL POSITION
ПОЛОЖЕНИЕ ПО ГОРИЗОНТАЛИ (19)
×l0
РАСТЯЖКА В 10 РАЗ (31)
TRIGGER LEVEL
УРОВЕНЬ ЗАПУСКА (28)
TRIGGER ALT
СЛОЖЕНИЕ СИГНАЛОВ СИНХРОНИЗАЦИИ
(27)
MODE
РЕЖИМ (14)
SOURCE
ИСТОЧНИК (23)
SLOPE
ПОЛЯРНОСТЬ (26)
TV-V
ТВ СТРОКИ (25)
TV-H
ТВ КАДРЫ (25)
FREQUENCY
ЧАСТОТА
RANGE
ДИАПАЗОН
FUNC
ФОРМА СИГНАЛА
AMPLITUDE
АМПЛИТУДА
PULL DC-OFFSET
ТЯНУТЬ ПОСТОЯННОЕ СМЕЩЕНИЕ
Расположение и назначение органов управления (передняя панель) представлены на рис.6.
Цепи элт:
(6) POWER (Выключатель сетевого питания). Когда этот выключатель включен, загорается индикатор (5).
INTEN (яркость) Регулирует яркость изображения.
FOCUS (фокус) Регулировка фокуса изображения.
TRACE ROTATION (поворот) Регулировка изображения, параллельно линиям шкалы.
(33) FILTER (Фильтр).
Органы управления тракта вертикального отклонения:
(8) СН 1(Х) (Канал 1) вход канала 1. В режиме X-Y, входной канал Х-оси.
(20) СН 2(Y) (Канал 2) вход канала 2. В режиме X-Y, входной канал Y-оси.
(10)(18) AC-DC-GND Переключатель режима входов усилителя.
АС: закрытый вход
DC: открытый вход
GND: Вход усилителя отключается от источника сигнала и заземляется.
(7)(22) VOLTS/DIV (вольт/дел) Устанавливают коэффициенты отклонения каналов от 5 мВ/дел до 5 В/дел в 10 диапазонах.
(9)(21) VARIABLE (плавно) Плавное изменение коэффициентов отклонения каналов с перекрытием не менее чем в 2.5 раза в каждом положении переключателей в/дел. Когда ручка вытянута (режим х5 раз) происходит увеличение амплитуды в 5 раз.
(13) (17) СН1 и СН2 DC BAL балансировка каналов 1 и 2.
(11)(19) POSITION (положение) Регулировка положения лучей обеих каналов по вертикали. (16) INV СН 2: инвертирование сигнала в канале 2
(14) VERT MODE (режимы) Переключатель режима работы усилителя в положениях:
СН 1: на экране наблюдается сигнал канала 1.
СН 2: на экране наблюдается сигнал канала 2.
ALT: на экране наблюдаются изображения сигналов обоих каналов.
ADD: На экране наблюдается алгебраическая сумма или разность (при нажатии кнопки СН 2 INV сигналов каналов 1 и 2.
(12) ALT/CHOP Когда кнопка отжата в двухканальном режиме, режим работы коммутатора выбирается автоматически исходя из положения ручки время/дел. При нажатии на кнопку коммутатор принудительно переключается в режим попеременный.
Органы управления синхронизации:
(23) ЕХТ(ЕХТ НOR) (внешний). Вход внешней синхронизации и для подачи исследуемого сигнала непосредственно на входной усилитель X. Чтобы использовать этот вход переключите выключатель (23) в положение ЕХТ. Для входа синхронизации используйте вход (24) на задней панели.
(23) SOURCE (источник). Выбирает режим внутренней синхронизации и внешней.
СН 1 (Канал 1)(X-Y): Развертка синхронизируется сигналом с первого канала.
СН 2 (Канал 2): Развертка синхронизируется сигналом со второго канала.
(27) TRIG.ALT: Развертка поочередно синхронизируется сигналом с 1-го и 2-го каналов.
LINE (сеть): Развёртка синхронизируется от сети
ЕХТ (внешний): Развёртка синхронизируется внешним сигналом.
(26) SLOPE (полярность). Переключатель полярности синхронизирующего сигнала.
"+":Развёртки синхронизируются положительным перепадом исследуемого сигнала.
"-":Развёртки синхронизируются отрицательным перепадом исследуемого сигнала.
(28) LEVEL (уровень). Выбирает уровень исследуемого сигнала, при котором происходит запуск развёртки.
(25) TRIGER MODE выбор режима работы запуска развертки
AUTO если нет сигнала синхронизации или он меньше 25 Гц, развертка переходит в автоколебательный
режим
NORM развертка запускается только при наличии входного сигнала
TV-V синхронизация по вертикали (по кадрам)
TV-H синхронизация по горизонтали (по строкам)
В обоих режимах полярность сигнала должна быть отрицательной
Органы управления развёрткой
(29) ВРЕМЯ /ДЕЛ устанавливает коэффициент развёртки от 0,2 мкс/дел до 0,5 с/дел 20 ступенями. При переводе в положение X-Y обеспечивается наблюдение фигур Лисажжу.
(32) POSITION (положение). Перемещает изображение по горизонтали.
(31) x10 MAG (увеличение в 10).Скорость развёртки увеличивается в 10 раз.
Функциональный генератор (только для осциллографа GOS-620FG)
(39) GENERATOR OUTPUT – выход встроенного функционального генератора 50 Ом.
(40) FUNC – переключатель формы выходного сигнала. При нажатии на кнопку форма сигнала изменяется в последовательности «синус-треугольник-прямоугольник-синус» и фиксируется индикатором (41).
(41) OUTPUT WAVERFORM DISPLAY – индикатор формы сигнала.
(42) RANGE – переключатель диапазона частот выходного сигнала. При нажатии на кнопку выбирается диапазон 1МГц, 100 кГц, 10 кГц, 1кГц, 100 Гц, 10 Гц и 1 Гц и фиксируется индикатором (43).
(43) FREQUENCY RANGE DISPLAY - индикатор диапазона частот.
(44) FREQUENCY – регулятор частоты в пределах выбранного диапазона. При вращении ручки по часовой стрелке происходит плавное увеличение частоты; против часовой стрелки – уменьшение. Крайнее правое положение соответствует верхней границе выбранного диапазона (42).
(45) AMPLITUDE/DC LEVEL – регулятор амплитуды выходного сигнала и уровня смещения постоянным напряжением от –6 до +6В. Если ручка вжата: при ее вращении по часовой стрелке амплитуда выходного напряжения увеличивается до 14 В. Если ручку вытянуть на себя и вращать, к выходному сигналу добавляется постоянная составляющая.
(1) CAL – выход калибратора 2 В и частотой 1 кГц
(15) GND – гнездо подключения заземления.
Расположение и назначение органов управления на задней панели (рис. 7)
(34) Z-ВХОД. Вход для подачи сигнала, модулирующего яркость луча.
(35) CH 1 (Канал 1) Signal Output. Выход сигнала канала 1 (с напряжением приблизительно 20 мВ/дел при нагрузке 50 Ом) – для подключения частотомера или другого измерительного прибора.
(24) EXT TRIG IN – вход сигнала внешней синхронизации.
(36) ВХОД СЕТЕВОГО НАПРЯЖЕНИЯ.
Рис. 6. Передняя панель осциллографа
Рис. 7. Задняя панель осциллографа
4. Порядок выполнения работы
4.1. Проверка работоспособности осциллографа.
4.1.1. Одноканальный режим.
Установите органы управления осциллографа, как показано в табл.3.
Таблица 3. Установка органов управления
-
Наименование
Номер
Положение переключателя
POWER
(6)
Отжат
INTEN
(2)
Среднее положение
FOCUS
(3)
Среднее положение
VERT MODE
(39)
СН1
ALT/CHOP
(12)
Отжат (ALT)
CH2 INV
(16)
Отжат
POSITION
(11)(19)
Среднее положение
VOLTS/DIV
(7)(22)
0,5 В/дел
VARIABLE
(9)(21)
CAL (по часовой стрелке)
AC-DC-GND
(10) (18)
GND
SOURCE
(23)
СН 1
SLOPE
(26)
+
LEVEL
(28)
Cреднее
TRIG ALT
(27)
Отжат
TRIGGER MODE
(25)
AUTO
TIME/DIV
(18)
0,5 мс/дел
SWP.VER
(30)
Крайнее правое положение
POSITION
(32)
Среднее положение
X10 MAG
(31)
Отжат
После установки органов управления, как указанно в табл.3, подключите сетевой шнур к розетке, и затем, продолжите следующим образом:
Включите кнопку СЕТЬ и убедитесь, что загорается индикатор сети. В течении приблизительно 20 секунд, а экране должна появиться линия развертки. Если луч не появляется приблизительно в течении 60 секунд, проверьте правильность установки органов управления.
Установите желательную яркость и фокус изображения с помощью ручек ЯРКОСТЬ и ФОКУС.
Установите изображение луча параллельно горизонтальной линии шкалы, вращая ручки ПОВОРОТ ЛУЧА отверткой.
Подайте на вход СН1 (Канал 1) сигнал с КАЛИБРАТОРА через пробник 1:1.
Установите переключатель AC-DC-GND в положение АС. На экране должно наблюдаться изображение сигнала соответствующее рисунку 8.
Рис. 8. Изображение сигнала в одноканальном режиме
Отрегулируйте четкость изображения ручкой ФОКУС
С помощью переключателей В/ДЕЛ и ВРЕМЯ/ДЕЛ установите желаемые размеры сигнала.
Совместите с помощью переключателей изображение сигнала с линиями шкалы, так чтобы можно было легко рассчитать амплитуду (Vp-p) и период (Т).
Описанное выше - это основные положения работы с осциллографом при включении канала 1 (СН 1). При работе с каналом 2 следует поступать аналогично.
4.1.2. Двухканальный режим работы.
Установите переключатель VERT в положение DUAL. На экране будет наблюдаться прямая линия канала 2 (органы управления должны быть установлены, как описано выше), при этом на первом канале будет наблюдаться сигнал калибратора.
Подайте сигнал калибратора на второй канал. Переключатель AC-DC-GND установите в положение АС. Установите изображение аналогично показанному на рис. 9 с помощью ручек В/ДЕЛ и ВРЕМЯ/ДЕЛ.
При использовании двухканального режима (DUAL или ADD режим), сигнал канала 1 или канала 2 может быть засинхронизирован посредством переключения выключателя SOURCE. Если и СН1 (Канал 1) и СН2 (Канал 2) сигналы эквивалентны, то они могут быть стабильно отображены одновременно;
Если нет, то только сигнал канала, выбранный переключателем SOURCE может быть отображен стационарно. Если нажать кнопку TRIG.ALT, то возможно стабильное наблюдение двух сигналов. (Не используйте "CHOP" и "ALT" переключатель в то же самое время). Переключение между CHOP режимом, и ALT режимом автоматически происходит путём изменения положения переключателя TIME/DIV.На экране должно наблюдаться изображение сигнала соответствующее рисунку 9.
Рис. 9. Изображение сигнала в двухканальном режиме
4.1.3. Режим сложения. Алгебраическую сумму сигналов СН1 (Канал 1) и СН2 (Канал 2) можно наблюдать на экране, установив переключатель VERT в положение ADD ,разность сигналов, если СН 2 INV выключатель нажат.
Для более точных вычислений, желательно чтобы чувствительность каждого из двух каналов была одинаковой, что можно сделать посредством VARIABLE кнопок. Вертикальное перемещение может быть сделано ручкой AV POSITION любого канала. Ввиду линейности вертикальных усилителей, поставьте обе кнопки в их средние положения.
Назначение переключателя MODE :
AUTO (автоматический). Выбор автоматического режима работы развертки осуществляется установкой переключателя в положение AUTO. Генератор развертки работает в автоколебательном режиме без сигнала синхронизации. Как только появится сигнал синхронизации генератор развертки будет работать синхронно с входным сигналом. Режим AUTO удобно использовать при включении прибора для наблюдения луча и входного сигнала и последующего включения других режимов работы прибора. При установке органов управления в необходимые положения можно вернуться в режим NORM. Режим AUTO должен использоваться при исследовании постоянных напряжений и сигналов с малыми амплитудами когда нет синхронизации развертки.
NORM (ждущий). Генератор развертки не будет запускаться до тех пор пока не будет установлен необходимый уровень запуска развертки ручкой «УРОВЕНЬ». Генератор развертки формирует только один ход луча и в дальнейшем активируется только при поступлении другого сигнала синхронизации. В режиме NORM на экране не будет отображения луча, до тех пор пока не будет синхронизации. В режиме сложения сигнала от канала 1 и 2 и режиме синхронизации NORM не будет отображения ни одного канала до тех пор, пока не будет синхронизации.
TV-V. Перевод переключателя MODE в положение TV-V позволяет выделять кадровые синхроимпульсы из полного видеосигнала. Синхронизация кадровыми импульсами позволяет наблюдать ТВ кадры. При этом коэффициент развертки желательно установить в положение 2мс/дел для наблюдения одного кадра и 5 мс/дел для наблюдения двух кадров видео сигнала.
TV-H. Перевод переключателя MODE в положение TV-H позволяет выделять строчные синхроимпульсы из полного видеосигнала. Синхронизация строчными импульсами позволяет наблюдать ТВ строки. При этом коэффициент развертки желательно установить в положение 10 мкc/дел. Более удобный размер изображения можно установить ручкой SWP VAR.
Синхронизация возможна только "-" полярностью, это означает что синхросигнал должен быть отрицательным и видео сигнал положительным. Как показано на рис. 7.
Рис. 7. Видеосигнал
Назначение переключателя SOURCE.
Переключатель SOURCE используется для выбора источника синхронизации
СН 1: сигнал предусилителя СН1, который используется, как сигнал синхронизации наиболее часто.
СН 2: сигнал предусилителя СН2 используется как сигнал синхронизации.
LINE: сигнал с частотой сети переменного тока используется как сигнал синхронизации. Этот метол эффективен, когда измеряемый сигнал имеет временное соотношение с частотой сети.
ЕХТ: Развёртка запускается внешним сигналом, который подаётся на внешний вход. Так как развёртка синхронизируется одним и тем же сигналом это позволяет исследовать сигналы различной амплитуды, частоты и формы без перестройки регулировок синхронизации.
4.1.5. Выбор уровня запуска и полярности.
Запуск развертки осуществляется при установке определенного уровня запуска. Вращение ручки приводит к изменению начальной точки запуска генератора развертки. При вращении ручки в область «+» запуск будет происходить положительной полуволной, при вращении ручки в область «-» запуск будет происходить отрицательной полуволной, когда ручка находится в центральном положении запуск развертки будет осуществляться с нулевой линии.
Вращая ручку TRIG LEVEL, установите необходимый уровень запуска. При исследовании синусоидального сигнала начальная фаза может быть изменена. Вращением ручки TRIG LEVEL можно добиться синхронизации сигнала от пика до пика.
Когда переключатель TRIG SLOPE находится в положении "+", развёртка запускается положительной частью синхронизирующего сигнала.
Когда переключатель TRIG SLOPE находится в положении "-" , развёртка запускается отрицательной частью синхронизирующего сигнала. Выбор полярности сигнала показан на рис. 8.
Рис.8. Выбор полярности сигнала
Синхронизация суммарным сигналом (кнопка TRIG ALT).
Кнопка TRIG ALT используется для выбора различных источников синхронизации в двухканальном режиме (выбирается переключателем VERT MODE). В этом режиме запуск развертки осуществляется поочередно сигналом от канала 1 или канала 2. Это необходимо при исследовании сигналов с разной частотой или периодами. В этом режиме оба сигнала засинхронизированы и изображение на экране осциллографа неподвижно. Этот режим нельзя использовать при измерении разности фаз между сигналами канала 1 и канала 2.
4.1.6. Установка времени развертки.
Установите переключатель время/дел в такое положение при котором на экране отображается необходимое число периодов сигнала. Если периодов много уменьшите время развертки. Если на экране отображается только линия развертки попробуйте увеличить время развертки. Когда время развертки достаточно малое при наблюдении части сигнала, особенно прямоугольной формы, на экране будет видна прямая линия.
Растяжка сигнала.
Используйте кнопку ×10 MAG, чтобы рассмотреть маленькие части сигнала, как которые расположены далеко от момента запуска развертки, чтобы изучить их используя, ручку TIME/DIV. Чтобы включить режим MAG, выполните следующие операции.
Установите ручкой TIME/DIV самый большой коэффициент развертки, который позволяет изучить эту часть сигнала.
Вращением ручки HORIZONTAL POSITION, установите сигнал так, чтобы этот участок сигнала был в центре экрана.
Нажать кнопку ×10MAG, до включения индикатора. При выполнении выше указанных процедур, необходимая часть сигнала будет увеличенной в 10 раз вправо (рис 9).
Рис. 9. Развертка в положении в/дел×1/10
Таким образом, нерастянутая максимальная скорость развертки (0.1 мкс/дел) может быть увеличена следующим образом:
0,1 мксек/дел х 1/10=10 нсек/дел
Когда развёртка увеличена и скорость развёртки более чем 0.1 мкс/дел, яркость луча может уменьшиться.
4.1.7. Режим X-y.
Установите переключатель время/дел в положение Х-У для установки режима наблюдения фигур Лисажжу. Входы распределятся следующим образом:
Х-ось (горизонтальная) Вход канала 1
Y-ось (вертикальная) Вход канала 2
Внимание: Когда сигналы высокой частоты наблюдают с помощью X-Y режима, следует обратить внимание на полосу частот и различие фаз между X и Y-осью.
Ось Y (канал 2)
Ось X (канал 1)
Рис. 10. Вид сигнала в режиме X-Y
Режим Х-У используется для измерения которые не могут быть проведены в обычном режиме (измерение отношений частот, температуры, скорости и т.д.).
1.Установите переключатель время/дел в положение Х-У. Канал 1 станет осью X и канал 2 станет осью У.
2. Ручками положения луча по горизонтали и вертикали установите изображение в необходимую часть экрана.
3. Переключателем В/дел канала 1 установите необходимый размер изображения по оси X
4. Переключателем В/дел канала 2 установите необходимый размер изображения по оси У
4.1.8. Калибровка делителя.
Как сказано выше, делитель расширяет диапазон измерений. Если компенсация делителя не должным образом выполнена, отображенная форма волны будет искажена и приведёт к ошибкам в измерениях.
Подключите делитель 1:10 ко входам СН1 или СН2, и установите переключатель VOLTS/DIV в положение 50мВ. Подсоедините делитель к выходу калибратора и с помощью переменного резистора установите оптимальное изображение сигнала (рис. 11):
Рис. 11. Установка оптимального изображения сигнала
4.1.9. Регулировка баланса.
Установка баланса по вертикали производится следующим образом:
1. Установите переключатель режимов входа в положение GND, режим работы развертки в положение AUTO.
2. Установите переключатель В/дел в положение 5 мВ/дел, вращением потенциометра DC BAL установите линию развертки в центр экрана. Установите переключатель В/дел в положение 5 В/дел и ручкой положения луча по горизонтали установите луч в центр экрана. Повторите эти действия несколько раз до тех пор, пока при изменении положения переключателя В/дел луч не будет оставаться в центре экрана.
4.2. Измерить параметры сигналов осциллографом.
4.2.1. Измерить амплитуду, период, частоту сигнала с помощью электронного осциллографа. Оценить погрешность результатов измерения.
4.2.1.1. Подать сигнал неизвестной амплитуды и частоты с выхода генератора НЧ лабораторного стенда (рис 12) на вход Y1 (Y2) осциллографа.
4.2.1.2. Установить переключатель VOLTS/DIV (В/дел) таким, чтобы размер исследуемого сигнала по вертикали получался от 6 до 8 делений.
Например, изображение синусоидального сигнала по вертикали занимает 6 делений. Следовательно, амплитуда исследуемого сигнала на экране осциллографа будет составлять 3 деления. Если коэффициент отклонения равен 5 В/дел, то амплитуда сигнала будет равна 15 В.
4.2.1.3. Установить переключатель развёртки TIME/DIV (время/дел) в такое положение, при котором на экране видны 1 – 2 периода сигнала.
Например, пусть период исследуемого сигнала занимает 6 делений, а длительность развертки установлена 10 мс/дел. Тогда период исследуемого сигнала будет равен: 8 дел 10 мс/дел = 80 мс. Затем из формулы связи периода и частоты исследуемого сигнала ( f = 1/ T ) определим его частоту: f = 1/ 80 мс = 12,5 Гц
Рис. 12. Лабораторный стенд
4.2.1.4. Результаты измерений записать в таблицу 1
Таблица 1
№ п/п |
Um |
ΔUm |
Um ± ΔUm |
T |
ΔT |
T ± ΔT |
f |
Δf |
f ± Δf |
вход Y1 |
|||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вход Y2 |
|||||||||
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.2.2. Измерить фазовый сдвиг между напряжениями на входе и выходе фазосдвигающего устройства с помощью электронно-лучевого осциллографа.
Фазовый сдвиг измерить на примере прохождения синусоидального сигнала через RL- и RC-цепочки (рис. 13). Оценить погрешность результатов измерения.
Рис. 13. Фазовращатель
4.4.1. Собрать схему согласно рис. 14. Установить частоту сигнала генератора в диапазоне 1…2 кГц.
Рис. 14. Структурная схема измерения фазового сдвига
4.4.2. Измерить
фазовый сдвиг между напряжениями на
входе и выходе фазосдвигающего устройства
первым способом (рис. 15 а), в котором
используется фигура Лиссажу. На рисунке
15 а показана
фигура Лиссажу, полученная путём подачи
на вход X
осциллографа напряжения
,
а на вход Y
– напряжения
.
Фазовый сдвиг равен
,
(1)
где A и B – ординаты точек, определяемых по изображению.
4.4.3. Измерить фазовый сдвиг между напряжениями на входе и выходе фазосдвигающего устройства вторым способом (рис. 15 б). На экране получают изображение двух напряжений (рис. 15 б), что даёт возможность измерить фазовый сдвиг (в градусах) по формуле
,
(2)
где
– временной сдвиг между напряжениями
и
;
Tx =
АС – период
или
.
3. Сравнить полученные значения (1) и (2). Они могут различаться вследствие погрешности измерения указанных отрезков. Оценить эту погрешность и погрешность измерения фазового сдвига. Записать результат измерения вместе с оценкой погрешности, используя правила представления результатов измерений.
Рис. 15. Методы измерения фазового сдвига
Контрольные вопросы
Объясните назначение основных узлов канала вертикального отклонения осциллографа.
Для чего в осциллографе предусматривают режим "закрытого входа"?
Назовите режимы работы электронного коммутатора.
Какие режимы работы генератора развертки используют в осциллографах?
Назовите режимы синхронизации осциллографа. В каких случаях используются эти режимы?
Для чего нужна линия задержки в канале Y?
Какие дополнительные возможности обеспечивает двухканальный осциллограф по сравнению с одноканальным?
Укажите достоинства и недостатки использования режима "растяжки" в канале X осциллографа.
Укажите основные источники погрешностей метода калиброванных шкал. Каковы пути их уменьшения?
Методика измерений параметров сигналов.