Конспект по Метрологии / Элек. изм

Генератор розгорнення може працювати в автоколивальному очікуванні і однократному режимах. У режимі чекання, розгорнення виникає тоді, коли надходить пусковий імпульс, зі схеми синхронізації й запуску. Цей імпульс може формуватися як з досліджуваного сигналу в режимі внутрішньої синхронізації, так і від спеціального імпульсу в режимі зовнішньої синхронізації. В автоколивальному режимі генератор розгорнення формує періодичну пилкоподібну напругу. У цьому випадку напруга розгорнення виробляється навіть при відсутності досліджуваного сигналу в режимі внутрішньої синхронізації. Однократне розгорнення використається при фотографуванні осцилограм. У генераторі розгорнення здійснюється дискретне регулювання коефіцієнта розгорнення і його плавне регулювання.

Запуск генератора розгорнення може здійснюватися як по позитивному перепаді рівня сигналу (+), так і по негативному (–). Момент запуску розгорнення прив’язується до певного рівня сигналу. На рис. 2.3 представлені тимчасові діаграми досліджуваного сигналу (а), напруга генератора розгорнення в режимі внутрішньої синхронізації при запуску по позитивному перепаді (+) від рівня U1 (б), напруга генератора розгорнення при запуску по негативному перепаді (–) від рівня U2 (в), а також вид відповідних осцилограм на екрані осцилографа (г) і (д). На представлених осцилограмах для простоти не прийнято в увагу наявність лінії затримки в каналі Y.

Кінцевий підсилювач Х підсилює напругу розгорнення до заданого рівня, а також забезпечує симетричну подачу напруги на горизонтальновідхиляючі пластини. У ньому також здійснюється регулювання зсуву осцилограми по горизонталі ручкою. У ряді осцилографів передбачається можливість подачі на Х-канал зовнішніх сигналів (XY-режим) за допомогою перемикача S3. Генератор розгорнення при цьому відключають.

Підсилювач каналу Z підсилює імпульси, що надходять від генератора розгорнення на модулятор ЕПТ, чим забезпечується підсвіт лінії променя під час прямого ходу розгорнення. При цьому тривалість імпульсу підсвіту і його положення збігається із тривалістю прямого ходу напруги розгорнення. Цей режим забезпечує світіння екрана тільки при русі променя ліворуч-праворуч. Зворотний хід променя праворуч-ліворуч залишається невидимим (гасіння зворотного ходу). У деяких осцилографах на цей підсилювач можуть подаватися також зовнішні сигнали для модуляції яскравості осцилограм.

Калібратор виробляє сигнал з відомими параметрами, необхідними для калібрування каналів вертикального і горизонтального відхилення променя. Звичайно це періодична послідовність прямокутних імпульсів (меандр) з відомими амплітудою Uк й періодом Tк (на осцилографі вказується не

період, а частота повторення Fк=1/Tк).

21

2.2. Основні характеристики універсальних осцилографів

Робоча частина екрану – частина екрану, у межах якої нормовані основні похибки виміру.

Смуга пропущення каналу Y – діапазон частот, у межах якого значення амплітудно-частотної характеристики не відрізняється більш ніж на 3 дБ від її значення на опорній (відносно низкою) частоті. Смуга пропущення задається верхньою граничною частотою fв.

Час наростання перехідної характеристики каналу Y – інтервал часу,

протягом якого перехідна характеристика наростає від рівня 0,1 до рівня 0,9 сталого значення. Час наростання tн пов'язане з верхньою граничною

частотою співвідношенням tн 350/ fв, де tн виражене в наносекундах, а fв

– у мегагерцах.

Вхідний опір і вхідна ємність Y каналу осцилографа. Ці параметри впливають на методичну похибка виміру, пов'язану з порушенням електричного режиму досліджуваного ланцюга при підключенні до неї осцилографа. Для зменшення цього впливу використовують зовнішні дільники напруги, що характеризуються більшим вхідним опором і малою вхідною ємністю.

Коефіцієнт відхиленняKo – відношення напруги вхідного сигналу до

відхилення променя, викликаного цією напругою, В/діл. або мВ/діл.. Величина, зворотна коефіцієнту відхилення, називається чутливістю. Регулювання коефіцієнта відхилення здійснюється у вхідному атенюаторі.

Коефіцієнт розгорнення Kp – час, за який промінь проходить один

розподіл шкали на екрані ЕПТ, с/діл., мс/діл., мкс/діл.. Регулювання коефіцієнта розгорнення виробляється шляхом зміни тривалості прямого ходу tпр генератора розгорнення.

2.3.Вимір напруг і тимчасових інтервалів

Убільшості сучасних осцилографів при вимірі амплітуди і тимчасових інтервалів використовується метод каліброваних шкал. Перед вимірами попередньо калібрують вертикальну і горизонтальну шкали осцилографа, використовуючи сигнал калібратора з відомими параметрами.

коефіцієнт відхилення.

Аналогічно виміряється часовий інтервал T a Kp , де а– відлічений розмір зображення по горизонталі, діл., Kp – коефіцієнт розгорнення.

23

У ряді осцилографів є режим розтяжки розгорнення в М раз за рахунок збільшення амплітуди напруги розгорнення. При цьому частина осцилограми, що перебуває в центрі екрана ЕПТ, спостерігається в збільшеному масштабі. У режимі розтяжки величина вимірюваного тимчасового інтервалу визначається співвідношенням T a KpM . Звичайно

множник розтяжки М = 0,1 або 0,2.

2.4. Завдання і вказівки до виконання роботи

2.4.1. Калібрування осцилографа С1-65

Виберіть автоколивальний режим роботи осцилографа С1-65 із внутрішньою синхронізацією. Для цього встановіть органи управління осцилографа С1-65 у наступні положення:

ПІДСИЛЮВАЧ Y – коефіцієнт відхилення 0,05V/діл.; ручку ПЛАВНО в положення ,

РОЗГОРНЕННЯ – АВТ. (знак ), коефіцієнт розгорнення 0,5 ms/діл., х1, ручку ПЛАВНО в положення ;

СИНХРОНІЗАЦІЯ - ВНУТР., + , ~.

Перевірте калібрування тривалості розгорнення осцилографа. Для цього

підсилювача Y, перемикач входу встановіть в положення .

Обертаючи ручку СИНХРОНІЗАЦІЯ РІВЕНЬ доможіться стійкого зображення сигналу калібратора на екрані осцилографа.

Виміряйте період напруги розгорнення осцилографа Tк. Для цього

виміряйте цей період a з точністю до 0.1 діл. і помножте результат на коефіцієнт розгорнення Tк a Kp . Результат зрівняєте з точним значенням

періоду Tк = Fк (Fк = 1 кГц). При правильному калібруванні ці значення повинні збігатися.

Зробіть калібрування Y каналу осцилографа. Для цього зробіть вимір амплітуди сигналу калібратора b, вираженої в діленнях, а потім розрахуйте її значення по формулі U bKo . Результати занесіть у таблицю 2.1. Порівняйте

встановлене значення амплітуди сигналу калібратора з обмірюваним значенням і при необхідності зробіть регулювання коефіцієнта підсилення передпідсилювача каналу Y ручкою, виведеної під шліц. Потім перевірте калібрування осцилографа для напруг калібратора 1 і 20 V, регулюючи при цьому коефіцієнт відхилення так, щоб розмір зображення по вертикалі був не менш 3 діленій.

24

2.4.2. Вимір параметрів напруги розгорнення осцилографа С1-65

Установіть органи керування осцилографів у наступні положення: С1-65: РОЗГОРНЕННЯ: х1, 01 µs/діл., АВТ (знак );

СИНХРОНІЗАЦІЯ: ВНУТР, +, ; С1-96: ПІДСИЛЮВАЧ Y2:2V/діл.;

РОЗГОРНЕННЯ: х1, 2 µs/діл., АВТ.;

періоду Tр а2Kp і амплітуди напруги розгорнення Um bKo (тут а1, а2 і b -

відповідно тривалість прямого ходу, період і перепад напруги розгорнення, виражені в діленнях згідно рис. 2.2, коефіцієнт розгорнення осцилографа С1-96 Kp – масштабний множник осі X, виражений у мс/діл. або мкс/діл.,

коефіцієнт відхилення осцилографа С1-96 Ko – масштабний множник осі Y,

виражений в В/діл. або мВ/діл.) для значень коефіцієнта розгорнення

осцилографа С1-65, рівного 0,1 s/діл. Результати вимірів занесіть у таблицю 2.2. При цьому обов'язково записуйте розмірність масштабних коефіцієнтів Kp і Ko , не забувайте робити це і у наступних пунктах роботи

для правильного оформлення результатів вимірів тимчасових і амплітудних параметрів сигналів.

2.4.3. Вимір параметрів періодичної послідовності прямокутних імпульсів генератора Г5-54

З'єднайте розняття СИНХРОІМПУЛЬСИ генератора Г5-54 кабелем з розняттяом Х осцилографа С1-65. З'єднайте також кабелями виходи 1:10 і 1:1 генератора Г5-54 із входами каналу Y осцилографа С1-65 і каналу Y осцилографа С1-96 відповідно. Схема сполуки представлена на рис. 2.4.

У генераторі Г5-54 є білі і чорні шкали установки параметрів, а також білі й чорні клавіші множників цих параметрів. При натисканні білої клавіші варто користуватися білою шкалою відповідного параметра, а в противному випадку - чорною. Установіть органи управління генератора Г5-54 у наступні положення: ЧАСТОТА ПОВТОРЕННЯ 10 kHz; ЧАСОВЕ ЗРУШЕННЯ 8 s; ТРИВАЛІСТЬ 7 s; АМПЛІТУДА 20 V; полярність . Натисніть одночасно

обидві клавіші множника вихідної напруги 0,03, що забезпечить надходження сигналу з обох вихідних розняттів 1:1 і 1:10.

25

вкажіть, від чого залежить кількість спостережуваних на екрані ЕПО імпульсів?

Переведіть осцилограф С1-65 у режим зовнішньої синхронізації, для чого перемикач синхронізації встановіть в положення ВНЕШ 1:1. Відзначте пунктиром на осцилограмах № 3 і № 4 зміни, що відбулися, і порівняйте їх з осцилограмами, отриманими в режимі внутрішньої синхронізації. У звіті поясніть, чому відрізняються зарисовані осцилограми?

Вимкніть осцилограф С1-96, наступні виміри проводяться тільки за допомогою осцилографа С1-65.

Проведіть вимір періоду T 1/ F (F – частота повторення імпульсів), тимчасового зрушення tc початку імпульсу відносно початку розгорнення,

тривалості і амплітуди Um імпульсної послідовності і порівняйте їх з відповідними значеннями, установленими на генераторі Г5-54: F=104 Гц; tс=8 мкс; =7 мкс; Um = 20 0,03:10 В.

Визначте відносну різницю обмірюваних Аи та установлених Ау параметрів (Аи – Ау) 100/Ау %. Результати занесіть у таблицю 2.3.

2.4.4. Вимір параметрів прямокутних імпульсів у режимі розтяжки тривалості розгорнення

Установіть наступні параметри імпульсної послідовності на генераторі Г5-54: F = 104 Гц, tc = 0,8 мкс, = 0,1 мкс і Um = 50 0,03:10 В.

Виміряйте тривалість імпульсу , а також тривалості фронтону фі зрізу c .

Ці параметри регламентуються ДОСТом і визначаються відповідно до рис. 2.5. При вимірі параметрів імпульсу скористайтеся режимом розтяжки розгорнення. Для цього ручками осцилографа С1-65 перемістіть імпульс у центр екрана та переведіть перемикач розгорнення в положення × 0,1. При цьому коефіцієнт розгорнення зменшується в 10 разів. Відрегулюйте коефіцієнт відхилення в тому числі й ручкою ПЛАВНО, так, щоб амплітуда імпульсу дорівнювала 8 діленням. При цьому точкові горизонтальні лінії відповідають рівням 0.1 і 0.9. Коефіцієнт розгорнення встановіть таким, щоб досліджувана ділянка сигналу займала як можна більшу частину ширини екрана. Тривалість імпульсу визначте за рівнем 0,5 від амплітудного значення (рис. 2.4). Результати вимірів занесіть у таблицю 2.4.

Встановіть тривалість імпульсу генератора = 1 мкс і знову проведіть вимір тривалості імпульсу, а також тривалість фронту й зрізу. Результати занесіть у таблицю 2.4.

27

2.5. Зміст звіту

Звіт повинен містити структурну схему універсального ЕПО, таблиці з результатами вимірів і розрахунків, 4 осцилограми та висновки по п. 2.4.3.

2.6. Форми таблиць, що рекомендуються.

28

2.7. Контрольні питання

1.Поясніть принцип роботи й призначення основних вузлів універсального ЕПО.

2.У яких режимах може працювати генератор розгорнення, яка форма напруги генератора в різних режимах?

3. Для чого потрібні регулювання Рівень синхронізації і її полярність (+/-) в осцилографі?

4.Перелічіть основні характеристики й параметри ЕПО.

5.Як роблять калібрування ЕПО?

6.Поясніть суть методу каліброваних шкал.

7.Як вимірюють тривалість фронту й зрізу імпульсу, а також його тривалість?

8.Для чого потрібна лінія затримки в каналі Y осцилографа? У якому режимі роботи осцилографа її присутність необхідно, а в якому необов'язково?

9.Для чого використається режим розтяжки розгорнення осцилографа? Як визначають тривалість вимірюваних тимчасових інтервалів у режимі розтяжки?

10.Що таке зворотний хід променя? Яким чином в універсальному осцилографі здійснюється гасіння зображення зворотного ходу променя?

11. У чому складається відмінність двопроменевого осцилографа від однопроменевого і які його достоїнства?

12.Як правильно встановити коефіцієнти відхилення й розгорнення при осцилографічних вимірах?

13.Поясніть роботу осцилографа в режимах внутрішньої й зовнішньої синхронізації. Чим відрізняються осцилограми, сформовані в режимах внутрішньої й зовнішньої синхронізації при спостереженні імпульсів?

14.Від чого залежить кількість імпульсів, спостережуваних на екрані осцилографа, при спостереженні періодичного імпульсного сигналу?

15.Чому подача напруги на горизонтально й вертикально відхиляючі пластини ЕПТ виробляється в симетричному виді?

16.Поясните чому може "бігти" зображення періодичного сигналу на екрані осцилографа при використанні автоколивального режиму генератора розгорнення. Сформулюйте умову нерухомості зображення.

29

Лабораторна робота № 3

Вимір фазового зрушення

Мета роботи — вивчення методів визначення фазового зрушення та принципів дії приладів, застосовуваних при цих вимірах. Фазове зрушення виміряється такими способами: способом еліпса; нульовим способом за допомогою попередньо відградуйованного фазообертача; цифровим фазометром Ф2-16, що працює за принципом перетворення фазового зрушення в часовий інтервал.

3.1. Загальні відомості

Поняття фази пов'язане з гармонійними (синусоїдальними) коливаннями. Для напруги u(t) U1m sin( t ) повною фазою є весь

аргумент гармонійної функції; величину називають початковою фазою. Для двох гармонійних коливань із рівними частотами

u1(t) U1m sin( t 1) ; u2 (t) U2m sin( t 2 )

уводять поняття різниці фаз 1 2 , що звичайно називають фазовим

зрушенням.

Звичайно приймають за початок відліку момент часу, при якому початкова фаза першого (опорного) коливання дорівнює 0. Тоді

U1(t) U1m sin t ; U2 (t) U2m sin( t )

де - фазове зрушення між цими напругами.

Для негармонійних, зокрема імпульсних, коливань поняття фазового зрушення заміняють поняттям зрушення в часі. У цьому випадку вимірюють час затримки. Для гармонійних коливань часу затримки tзвідповідає фазове

зрушення 2 f tз.

3.2. Вимір фазового зрушення за допомогою осцилографа

Фазове зрушення можна виміряти безпосередньо по осцилограмам досліджуваних напруг, спостерігаючи їх одночасно на екрані осцилографа (рис. 3.1). Очевидно, що

360o а/b ,

де a – відстань у розподілах між перетинаннями осцилограмами нульової лінії; b– тривалість періоду, виражена в розподілах шкали. Для цих вимірів використають осцилограф із двопроменевою електронною трубкою або з

30